Теорема Лёвенгейма — Сколема

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия (не проверялась)

Теорема Лёвенгейма — Сколема — утверждение из теории моделей о том, что если множество предложений в счётном языке первого порядка имеет бесконечную модель, то оно имеет счётную модель. Эквивалентная формулировка: каждая модель счётной сигнатуры имеет счётную элементарную подмодель.

Эта теорема появилась в работе Лёвенгейма 1915-го года; она также часто называется теоремой Лёвенгейма — Сколема о понижении мощности (downward Löwenheim — Skolem theorem в англоязычной литературе), чтобы отличать её от похожего утверждения, называемого теоремой Лёвенгейма — Сколема о повышении мощности: если множество предложений счётного языка первого порядка имеет бесконечную модель, то оно имеет модель произвольной бесконечной мощности (upward Löwenheim — Skolem theorem).

[править] Набросок доказательства

Пусть структура $\mathfrak N$ является моделью множества формул счётного языка $\mathcal L$ . Построим цепочку подструктур $\mathfrak{M}_n$ , $1 \leqslant n < \infty$ . Для каждой формулы $\varphi(x)\in \mathcal{L}$ такой, что $\mathfrak{N} \models \exists x \varphi(x)$ , обозначим через $b_{\varphi(x)}$ произвольный элемент модели, для которого $\mathfrak{N} \models \varphi(b_\varphi)$ . Пусть $\mathfrak{M}_1$ подструктура $\mathfrak{N}$ , сгенерированная множеством

$\{b_{\varphi(x)} \mid \mathfrak{N} \models \exists x \varphi(x)\}$

Индуктивно определим $\mathfrak{N}_{n+1}$ как подструктуру, сгенерированную множеством

$\{b_{\varphi(x,\;\bar{a})} \mid \mathfrak{N} \models \exists x \varphi(x,\;\bar{a}),\;\bar{a} \in \mathfrak{M}_n\}$

Так как количество формул счётно, каждая из подструктур $\mathfrak{M}_n$ счётна. Заметим также, что их объединение удовлетворяет критерию Тарского — Вота, и следовательно является элементарной подструктурой $\mathfrak{N}$ , что и завершает доказательство.

[править] Языки произвольной мощности

Теоремы Лёвенгейма — Сколема для языков произвольной мощности формулируются следующим образом:

Понижение мощности. Каждая структура сигнатуры мощности $κ$ имеет элементарную подструктуру мощности мощности $\lambda \leqslant \kappa$ .

Повышение мощности. Если множество предложений языка $\mathcal{L}$ имеет бесконечную модель, то оно имеет модель любой мощности $\lambda \geqslant |\mathcal{L}|+\aleph_0$ .