Ultrafiltr: Porovnání verzí

← Přejít na předchozí porovnání Přejít na další porovnání →

Smazaný obsah Přidaný obsah

V textu

Verze z 5. 10. 2007, 15:45

Ultrafiltr je matematický pojem z oboru teorie množin.

Definice

Je-li $X\,\!$ množina a $\mathbb {P} (X)\,\!$ její potenční množina (tj. množina všech jejích podmnožin), pak řekneme, že neprázdná množina $F\subseteq \mathbb {P} (X)\,\!$ je ultrafiltr, pokud platí:

$F\,\!$ neobsahuje prázdnou množinu
$A,B\in F\implies A\cap B\in F\,\!$
$(A\in F\land A\subseteq B)\implies B\in F\,\!$
$(\forall A\in \mathbb {P} (X))(A\in F\vee X-A\in F)\,\!$

Vysvětlení definice

Podle bodu 2 je ultrafiltr dolů usměrněná množina, podle bodu 3 je to horní množina - jedná se tedy o filtr v potenční algebře.
Bod 1 a podmínka, podle které je ultrafiltr neprázdná množina, zaručují, že se jedná o vlastní filtr - ultrafiltr tedy není žádný z triviálních případů, kterými jsou prázdná množina a celá potenční množina $\mathbb {P} (X)\,\!$

Podle bodu 4 je v ultrafiltru obsažena podmnožina $A\subseteq X\,\!$ nebo její doplněk $(X-A)\subseteq X\,\!$ . Pokud by pro některou množinu $A\subseteq X\,\!$ obsahoval ultrafiltr tuto množinu, i její doplněk, pak by musel podle bodu 2 obsahovat i $A\cap (X-A)=\emptyset \,\!$ , a podle bodu 1 by se již nejednalo o ultrafiltr. Ultrafiltr tedy vždy obsahuje buď množinu, nebo její doplněk, ale nikdy ne obojí zároveň.
Tato vlastnost tedy zaručuje, že ultrafiltr je mezi ostatními vlastními filtry na potenční množině v jistém smyslu maximální - jakmile bychom se pokusili přidat k němu další množinu, pak výsledkem již nebude ultrafiltr, výsledkem již dokonce nebude ani filtr.

Zjednodušeně řečeno, „seká“ ultrafiltr celou potenční množinu na dvě části. Z každé dvojice podmnožina - její doplněk vybírá přesně jednu možnost.

Příklady a vlastnosti

Triviální ultrafiltr

Za hlavní filtr považujeme filtr všech nadmnožin nějaké množiny $A\subseteq X\,\!$ , hlavní filtr určený množinou $A\,\!$ tedy lze zapsat jako
$F(A)=\{B\subseteq X:A\subseteq B\}\,\!$
Mezi hlavními filtry existují ultrafiltry - jsou to hlavní filtry určené jednoprvkovou množinou $A=\{a\}\,\!$ , kde $a\in X\,\!$ . Tyto ultrafiltry jsou nazývány triviální ultrafiltry.

Na konečné množině je každý ultrafiltr triviální - celkový počet ultrafiltrů tedy odpovídá počtu prvků množiny $X\,\!$ .
Na nekonečné množině odpovídá počet triviálních ultrafiltrů mohutnosti množiny $X\,\!$ .

Uniformní ultrafiltr

Ultrafiltr ${\mathcal {U}}$ na množině X se nazývá uniformní, má-li každá množina $A\in {\mathcal {U}}$ mohutnost rovnou mohutnosti množiny X. Zřejmě každý uniformní ultrafiltr je netriviální.

Základní věta o ultrafiltrech

Nabízí se otázka, zda na nekonečné množině existují nějaké netriviální ultrafiltry. Kladnou odpověď dává základní věta o ultrafiltrech:
Každý centrovaný systém lze rozšířit do ultrafiltru.

Protože filtr je speciálním případem centrovaného systému, lze podle této věty každý filtr rozšířit (přidáním nějakých dalších podmnožin) na ultrafiltr. Vezmeme-li v úvahu například Fréchetův filtr a aplikujeme na něj tuto větu, získáváme důkaz o existenci ultrafiltru, který určitě není triviální.

Důkaz této věty podstatným způsobem používá princip maximality - větu nelze dokázat, bez přijetí axiomu výběru nebo nějaké jeho obdoby.

Dualita s prvoideálem

Stejně jako u většiny pojmů z teorie uspořádání, má i ultrafiltr svůj duální pojem - prvoideál. Ke každému ultrafiltru $F\,\!$ existuje duální prvoideál - množina všech doplňků z $F\,\!$ :
$F^{*}=\{X-A:A\in F\}\,\!$

Vztah platí i opačně - množina doplňků k prvoideálu je ultrafiltr - duální ultrafiltr. Navíc je každý ultrafiltr duálním ultrafiltrem svého duálního prvoideálu, tj. platí
$(F^{*})^{*}=F\,\!$

Podívejte se také na

Šablona:Portál matematika

@@ Řádek 12: / Řádek 12: @@
 Bod 1 a podmínka, podle které je ultrafiltr neprázdná množina, zaručují, že se jedná o [[vlastní filtr]] - '''ultrafiltr''' tedy není žádný z triviálních případů, kterými jsou prázdná množina a celá potenční množina <math> \mathbb{P}(X) \,\! </math><br />
-Podle bodu 4 je v '''ultrafiltru''' obsažena podmnožina <math> A \subseteq X \,\! </math> nebo její doplněk <math> (X - A) \subseteq X \,\! </math>. Pokud by pro některou množinu <math> A \subseteq X \,\! </math> obsahoval ultrafltr tuto množinu, i její doplněk, pak by musel podle bodu 2 obsahovat i <math> A \cap (X - A) = \emptyset \,\! </math> , a podle bodu 1 by se již nejednalo o ultrafiltr. Ultrafiltr tedy vždy obsahuje buď množinu, nebo její doplněk, ale nikdy ne obojí zároveň.<br />
+Podle bodu 4 je v '''ultrafiltru''' obsažena podmnožina <math> A \subseteq X \,\! </math> nebo její doplněk <math> (X - A) \subseteq X \,\! </math>. Pokud by pro některou množinu <math> A \subseteq X \,\! </math> obsahoval ultrafiltr tuto množinu, i její doplněk, pak by musel podle bodu 2 obsahovat i <math> A \cap (X - A) = \emptyset \,\! </math> , a podle bodu 1 by se již nejednalo o ultrafiltr. Ultrafiltr tedy vždy obsahuje buď množinu, nebo její doplněk, ale nikdy ne obojí zároveň.<br />
 Tato vlastnost tedy zaručuje, že '''ultrafiltr''' je mezi ostatními vlastními filtry na potenční množině v jistém smyslu [[Maximální prvek|maximální]] - jakmile bychom se pokusili přidat k němu další množinu, pak výsledkem již nebude ultrafiltr, výsledkem již dokonce nebude ani filtr.
@@ Řádek 21: / Řádek 21: @@
 Za [[hlavní filtr]] považujeme filtr všech nadmnožin nějaké množiny <math> A \subseteq X \,\! </math>, hlavní filtr určený množinou <math> A \,\! </math> tedy lze zapsat jako<br />
 <math> F(A) = \{ B \subseteq X : A \subseteq B \} \,\! </math><br />
-Mezi hlavními filtry existují ultrafiltry - jsou to hlavní filtry určené jednoprvkvou množinou <math> A = \{a \} \,\! </math>, kde <math> a \isin X \,\! </math>. Tyto ultrafiltry jsou nazývány '''triviální ultrafiltry'''.
+Mezi hlavními filtry existují ultrafiltry - jsou to hlavní filtry určené jednoprvkovou množinou <math> A = \{a \} \,\! </math>, kde <math> a \isin X \,\! </math>. Tyto ultrafiltry jsou nazývány '''triviální ultrafiltry'''.
 Na [[konečná množina|konečné množině]] je každý ultrafiltr triviální - celkový počet ultrafiltrů tedy odpovídá počtu prvků množiny <math> X \,\! </math>.<br />