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超積によるコンパクト性定理の証明と超準モデル ─君の知らない自然数─ konn-san.com 2013/03/09
(抜粋)
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はじめに
超積によるコンパクト性定理の証明や超準モデルの構成が面白いので紹介します．超積とは，L-構造の族 {Ai}i∈I
が与えられたときに，その「殆んど至るところ」で成立するような性質を持つ L-構造を作る方法です．
フィルターとウルトラフィルター
超積を定義するため，まずウルトラフィルターの概念を定義する．任意のブール代数上で定義される概念だが，ここでは冪集合束上のもののみ考えれば十分なため，それに限定して話を進める．
超積の定義と基本性質
いよいよ超積の概念を定義する．「はじめに」述べたように，超積は「殆んど至るところ」で成立する性質を取り出したものであり，フィルターは「大きな集合」の集まりだったから，これらを念頭に置けば次の定義は自然なものだと思えるだろう．以下，言語 L
を一つ固定する．
超積によるコンパクト性定理の証明
有限交叉性を使った証明と，フィルターの性質を使った証明の二種類を紹介する．
自然数の超準モデル
ここでは，超冪を用いて自然数の超準モデルを構成する．超準モデル（non-standard model）というのは，通常期待されるような物と異なるモデルでありながら，一階述語論理の範囲内では全く同じ性質を持つようなモデルのことである．
おわりに
駆け足で超積とその応用を説明した．他にも色々な使いでがあって，Lowenheim-Skolem の定理の証明や，超準解析の公理を満たすモデルを構成するのにも用いる事ができる．Lowenheim-Skolem については江田[4] や田中・坪井・野本[3] が，超準解析については江田[4] や Keisler[2]が参考になるだろう．