女の人のところへ来たドラえもん

21歳の女の人と43歳の男の人が意気投合し、社会の矛盾に科学的に挑戦していく過程です。                    ブログの先頭に戻るには、表題のロゴをクリックして下さい。                                   数式の変形。必ずひと言、添えてよ。それを守ってくれたら、今後も数学に付き合ってあげる。

超実数そして実数(その14)

 現在2023年3月26日13時44分である。(この投稿は、ほぼ5175文字)

麻友「超実数の定義に必要な、可算集合という概念は、ベルンシュタインの定理によって、確定した」

若菜「いよいよ、超実数の構成ですね」

私「麻友さん。29歳か。何か、プレゼントを、と思ったんだけど、住所も知らないし、プロダクション尾木のビルに送っても、届けてくれるかどうか分からないから、麻友さんをお祝いする投稿を、送るよ」

結弦「どんな、投稿をするの?」

私「実数の構成を、しようと思う。今日中に、最後まで行くかどうか、分からないが」

若菜「そのためには、真理のカメさんの存在を、言わなければ」

私「アマゾンで、898,789円などという高額で、売られているのを、止めさせたいから、『超積と超準解析』の、大切な部分を、写そうと思う」

麻友「全部は、写せないでしょ」

私「超準解析を使えるようになるところまで、写すことにする」

結弦「具体的には?」

私「序章に書いてある集合論の要約の中で、一般に普及していない記号を、明示する。そして、第一章の超積と無限小解析の§1 超フィルター を、丁寧に説明する。これで、今日は、終わるだろう」

結弦「第一章の §1 だけ? 却って読みたくなっちゃう」

私「超準解析って、名前ほど凄いものじゃないんだ。使い方が分かっちゃうと、超準解析の考え方で、結論を出して、証明は、標準解析でやった方が、確実だったりする。だから、超準解析に対する幻を消してあげるのは、良いことだ」

麻友「じゃあ、始めてよ」


私「本の扉。

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〔増補新版〕

 超積と超準解析

 ノンスタンダード・アナリシス

東京大学教授
理学博士     齋藤正彦



  東京図書株式会社


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これに憧れた若者が、多かったんだよなあ。私も、そのひとりだった」

若菜「確かに、カッコいいです。羽生結弦君ぐらい」

結弦「スポーツ選手って、カッコいいよなあ」

麻友「太郎さんは、序章8ページ分を、要約すると言ってる。どれくらいなのかしらね」


私「序章の要約。左辺を右辺で、定義する。

{\begin{align} \mathrm{Map}(A,B) & = \{f|f:A \longrightarrow B:写像\}\\

{}^AB & =  \mathrm{Map(A,B)}\\

]a,b[ & =\{x|a < x < b \}\\

\omega & = |\mathbb{N}|

\end{align}}

{i \neq j} なら{x_i \cap x_j =\emptyset } が成り立つとき、{(x_i)_{i \in I }} を無共分族という。(無共通部分族の意)

基数 {\alpha} の次の基数を、{\alpha^+} で表す。

以上だ」

若菜「これだけですか? 数学の本は、初めの20ページが、大変ということでしたが」

私「気を付けるべきなのは、普通の数学書では、{{}^AB  =  \mathrm{Map(A,B)}} は、{B^A} と書くことなんだよ。これだけ、気を付けていれば良い」

麻友「それを、信じて、第1章に入りましょう」


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  第一章 超積と無限小解析

 この章ではまず超フィルター,とくに自由超フィルター({\mathrm{\omegaーincomplete}} な超フィルター:注.私達は、名前は長いが、こちらを使う)を定義してその存在を示す.つぎに,自由超フィルターを法とする超積の概念を導入し,実数体の超羃(ちょうべき)として超実数体を作る.これは実数体を真に含む非アルキメデス全順序体で,正負の無限大の元や {0} でない無限小の元をもつ.これを使って,ライプニッツ流の無限小解析がそのまま合理化される.ここは,論理の形式化を必要としない,まったく普通の数学である.また,ここに書いた程度のことが,論理を形式化しないですむことがらの限界でもある.


 {\S 1} 超フィルター

 フィルター

 1.1.1 定義

 {I} を空でない集合,{\mathscr{P}(I)}{I} の羃(べき)集合,すなわち {I} の部分集合の全体とする.{\mathscr{P}(I)} の空でない部分集合 {\mathscr{F}} がつぎの三条件をみたすとき,{\mathscr{F}}{I} 上のフィルター(filter)と言う:

a){\emptyset \notin \mathscr{F}}

b){A \in \mathscr{F}, A \subset B \Rightarrow B \in \mathscr{F}}

c){A,B \in \mathscr{F} \Rightarrow A \cap B \in \mathscr{F}}


 1.1.2 例

1) {I} のある一つの空でない部分集合を含む部分集合の全体.

2) {I} が無限集合のとき,{I} の有限部分集合の補集合の全体.これを {I} 上の フレシェ・フィルター(Fréchet filter)と言い,{\mathscr{F_0}(I)} と書く.

3) {I}位相空間のとき,{I} の一点 {a} の近傍の全体.


 1.1.3 定義

1){\mathscr{S}}{\mathscr{P}(I)} の空でない部分集合とする.{\mathscr{S}} の任意の有限個の元 {A_1,A_2,\cdots ,A_n} に対して {A_1 \cap A_2 \cap \cdots \cap A_n} が空でないとき,{\mathscr{S}}有限交差性をもつ,または有限交差的であると言う.

2) {\mathscr{P}(I)} の空でない部分集合 {\mathscr{B}}フィルター基底であるとは,

  a){\emptyset \notin \mathscr{B}}

  b){A,B \in \mathscr{B}} なら,{A \cap B} に含まれる {\mathscr{B}} の元 {C} が存在する.

の二条件をみたすことである.

 フィルター基底は有限交差的である。フィルターはフィルター基底である.


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                 (齋藤正彦『超積と超準解析』9~10ページより)

麻友「ちょっ、ちょっと、この本、定義、例、で、どんどん行っちゃうの?」

私「そう。典型的な、数学の本で、容赦しない」

若菜「本当に、こういう本が、あるんですねえ」

私「数学の本は、わざと丁寧に書いた本以外は、こういうスタイルにした方が、却って読みやすいんだ」

結弦「定義、公理、定理、証明、を羅列した本があるって、聞いてたけど、本当に目にするとは。お父さんも、最初、面食らったでしょう」

私「この本を、買ったのは、1994年1月10日となっているが、1回生の夏休み(1991年7月)に、図書館でこの本を借りて、広島へ帰省したのを覚えているから、1回生で読み始めている。この本、本文は、こういうスタイルだけど、附録で、数学基礎論の抜粋があったり、倉田令二朗(くらた れいじろう:2001年8月8日没)・広瀬健(ひろせ けん:1993年8月16日没)・齋藤正彦(さいとう まさひこ:2020年12月31日没)の3人で、『超準解析とは何か』という討論をしたり、ローブ測度に触れたり、そっちの方が、面白くて、「新しい数学を、創るぞ!」と、夢中になったものだった.今調べて、齋藤正彦さんが、2020年12月31日に、亡くなられていたことを、知った。放送大学時代、レポートを送って、励ましていただいたり、色々お世話になりました」

麻友「じゃあ、私の引退した年、2020年末に亡くなられた、齋藤正彦さんに、この私へのプレゼントを、献げることにして、今日は、終わりにしない?」

若菜「ブルバキも、改訳難しくなりますね。森毅さんも、亡くなられているし」

結弦「もう、改訳でなく、新訳としなきゃ」

私「とにかく、キースラー著、齋藤正彦訳の『無限小解析の基礎』(東京図書)と、齋藤正彦著の『超積と超準解析』(東京図書)は、面白い本と言うことで、ちくま学芸文庫に、入れても良い本です。パウリやランダウの本と同じくらい、学術的に高い本です.筑摩書房さま。よろしくお願いします」

麻友「今日は、本当は、質問したいこと、いっぱいあったのよ。羃という漢字と、冪という漢字、使い分けているのか? とか、法とする超積って、法って何? とか非アルキメデスって、何か? とか羃集合と、超羃って、違うものなのか? もう、言葉に出来ないくらい、? を、もらった。太郎さんらしいプレゼントだった。以前、太郎さんから、20代最後の写真を、もらったことある。私の今日の写真と並べてみようかしら?」

私「麻友さんは、私が、統合失調症だ。というための、証明になっているんだ」

若菜「どういうことですか?」

私「先日の自立支援医療の申請のための、診断書。

赤い印鑑のそばの④の欄に、「現在は内服にて概ね落ち着いているものの,アイドルに関する恋愛妄想は持続している。」

とある」

結弦「お母さんのせいで、統合失調症が、治らないということ?」

私「逆に、麻友さんが、本当に私と恋愛してくれたら、これは、妄想ではなくなり、統合失調症は、治っているということになり、援助を受けられないということだね」

麻友「こんな、意地悪を、しかもお誕生日にするなんて、やっぱり太郎さんって、変わってるわね。でも、いい、今まで、7年11カ月も,無駄になるかも知れない、数学の講義を、してくれた、太郎さん。若菜や、結弦なんていう幻覚まで生み出して、楽しかったし、これからも、楽しいだろう。私、知ってるのよ。太郎さん水曜日に、私の CD 買ってくれたこと」

私「『サヨナラの橋』を、持ってなかったんだ。それに、買ってみたら、『地平線の彼方はどこにある?』も、入ってた。ラッキー!」

結弦「引退して3年経っても、こんなに喜んでくれるファンは、なかなかいないだろうな」

若菜「まゆプラネットさんとか、強そう」

結弦「まゆプラネットさんって、結婚してるって分かって、それでよくあんなに、熱心な活動できるなって、お父さんびっくりしてた」

麻友「ファンの人達、みんなの願いが叶いますように」

私「じゃあ、おやすみ」

若菜・結弦「おやすみなさーい」

麻友「おやすみ」

 現在2023年3月26日21時41分である。おしまい。