अल्ट्राप्रोडक्ट

अल्ट्राप्रोडक्ट एक गणित निर्माण है जो मुख्य रूप से अमूर्त बीजगणित और गणितीय तर्क में दिखाई देता है, विशेष रूप से मॉडल सिद्धांत और सेट सिद्धांत में। एक अल्ट्राप्रोडक्ट संरचना (गणितीय तर्क) के परिवार के प्रत्यक्ष उत्पाद का एक भागफल है। सभी कारकों पर समान हस्ताक्षर (तर्क) होना आवश्यक है। अल्ट्रापॉवर इस निर्माण का विशेष मामला है जिसमें सभी कारक समान हैं।

उदाहरण के लिए, दिए गए क्षेत्रों से नए क्षेत्र (गणित) का निर्माण करने के लिए अल्ट्रापावर का उपयोग किया जा सकता है। अतिवास्तविक संख्याएँ, वास्तविक संख्याओं की एक अतिशक्ति, इसका एक विशेष मामला है।

अल्ट्राप्रोडक्ट्स के कुछ उल्लेखनीय अनुप्रयोगों में सघनता प्रमेय और पूर्णता प्रमेय के बहुत ही सुंदर प्रमाण शामिल हैं, एच. जेरोम केसलर का अल्ट्रापॉवर प्रमेय, जो प्राथमिक तुल्यता की अर्थ संबंधी धारणा का बीजगणितीय लक्षण वर्णन देता है, और विश्लेषण के गैर-मानक मॉडल बनाने के लिए सुपरस्ट्रक्चर और उनके मोनोमोर्फिज्म के उपयोग की रॉबिन्सन-ज़ैकोन प्रस्तुति, जिससे गैर-मानक विश्लेषण के क्षेत्र में वृद्धि हुई, जो कि अग्रणी था (कॉम्पैक्टनेस के एक अनुप्रयोग के रूप में) ओरेम) अब्राहम रॉबिन्सन द्वारा।

परिभाषा
अल्ट्राप्रोडक्ट्स प्राप्त करने की सामान्य विधि एक इंडेक्स सेट का उपयोग करती है $$I,$$ एक संरचना (गणितीय तर्क) $$M_i$$ (इस आलेख में गैर-रिक्त माना गया है) प्रत्येक तत्व के लिए $$i \in I$$ (सभी एक ही हस्ताक्षर (तर्क)), और एक अल्ट्राफिल्टर (सेट सिद्धांत) $$\mathcal{U}$$ पर $$I.$$ किन्हीं दो तत्वों के लिए $$a_\bull = \left(a_i\right)_{i \in I}$$ और $$b_\bull = \left(b_i\right)_{i \in I}$$ कार्टेशियन उत्पाद का ${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i,$ उन्हें घोषित करें, लिखा हुआ $$a_\bull \sim b_\bull$$ या $$a_\bull =_{\mathcal{U}} b_\bull,$$ यदि और केवल यदि सूचकांकों का सेट $$\left\{i \in I : a_i = b_i\right\}$$ जिस पर वे सहमत हैं वह एक तत्व है $$\mathcal{U};$$ प्रतीकों में, $$a_\bull \sim b_\bull \; \iff \; \left\{i \in I : a_i = b_i\right\} \in \mathcal{U},$$ जो केवल अल्ट्राफिल्टर के सापेक्ष घटकों की तुलना करता है $$\mathcal{U}.$$ यह द्विआधारी संबंध $$\, \sim \,$$ एक तुल्यता संबंध है कार्टेशियन उत्पाद पर $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i.$$

{{em|ultraproduct of $$M_{\bull} = \left(M_i\right)_{i \in I}$$ modulo $$\mathcal{U}$$}h>}} का भागफल समुच्चय है $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i$$ इसके संबंध में $$\sim$$ और इसलिए कभी-कभी इसे निरूपित किया जाता है $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i \, / \, \mathcal{U}$$ या $${\textstyle\prod}_{\mathcal{U}} \, M_\bull.$$ स्पष्ट रूप से, यदि $$\mathcal{U}$$-किसी तत्व का समतुल्य वर्ग $$a \in {\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i$$ द्वारा निरूपित किया जाता है $$a_{\mathcal{U}} := \big\{x \in {\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i \; : \; x \sim a\big\}$$ तब अल्ट्राप्रोडक्ट सभी का सेट है $$\mathcal{U}$$-समतुल्य वर्ग $${\prod}_{\mathcal{U}} \, M_\bull \; = \; \prod_{i \in I} M_i \, / \, \mathcal{U} \; := \; \left\{a_{\mathcal{U}} \; : \; a \in {\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i\right\}.$$ यद्यपि $$\mathcal{U}$$ यह माना गया था कि यह एक अल्ट्राफिल्टर है, उपरोक्त निर्माण अधिक सामान्यतः कभी भी किया जा सकता है $$\mathcal{U}$$ केवल एक फ़िल्टर (सेट सिद्धांत) पर है $$I,$$ किस स्थिति में परिणामी भागफल सेट होता है $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i / \, \mathcal{U}$$ ए कहा जाता है.

कब $$\mathcal{U}$$ एक प्रमुख अल्ट्राफिल्टर है (जो तब होता है जब और केवल यदि $$\mathcal{U}$$ इसमें इसका कर्नेल (सेट सिद्धांत) शामिल है $$\cap \, \mathcal{U}$$) तो अल्ट्राप्रोडक्ट कारकों में से एक के लिए आइसोमोर्फिक है। और इसलिए आमतौर पर, $$\mathcal{U}$$ एक प्रमुख अल्ट्राफ़िल्टर नहीं है, जो तब होता है जब और केवल यदि $$\mathcal{U}$$ मुफ़्त है (मतलब) $$\cap \, \mathcal{U} = \varnothing$$), या समकक्ष, यदि प्रत्येक सह-परिमित उपसमुच्चय $$I$$ का एक तत्व है $$\mathcal{U}.$$ चूँकि परिमित समुच्चय पर प्रत्येक अल्ट्राफिल्टर प्रमुख होता है, सूचकांक समुच्चय होता है $$I$$ फलस्वरूप आमतौर पर अनंत भी होता है।

अल्ट्राप्रोडक्ट एक फिल्टर उत्पाद स्थान के रूप में कार्य करता है जहां तत्व समान होते हैं यदि वे केवल फ़िल्टर किए गए घटकों पर समान होते हैं (गैर-फ़िल्टर किए गए घटकों को समतुल्यता के तहत अनदेखा किया जाता है)। कोई एक परिमित योगात्मक माप (गणित) को परिभाषित कर सकता है $$m$$ सूचकांक सेट पर $$I$$ कहने से $$m(A) = 1$$ अगर $$A \in \mathcal{U}$$ और $$m(A) = 0$$ अन्यथा। तब कार्टेशियन उत्पाद के दो सदस्य सटीक रूप से समतुल्य हैं यदि वे सूचकांक सेट पर लगभग हर जगह समान हैं। अल्ट्राप्रोडक्ट इस प्रकार उत्पन्न समतुल्य वर्गों का समूह है।

कार्टेशियन उत्पाद पर वित्तीय संचालन (गणित)। $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i$$ बिंदुवार परिभाषित किया गया है (उदाहरण के लिए, यदि $$+$$ तो यह एक बाइनरी फ़ंक्शन है $$a_i + b_i = (a + b)_i$$). अन्य संबंध (गणित) को इसी तरह बढ़ाया जा सकता है: $$R\left(a^1_{\mathcal{U}}, \dots, a^n_{\mathcal{U}}\right) ~\iff~ \left\{i \in I : R^{M_i}\left(a^1_i, \dots, a^n_i\right)\right\} \in \mathcal{U},$$ कहाँ $$a_{\mathcal{U}}$$ को दर्शाता है $$\mathcal{U}$$-समतुल्यता वर्ग $$a$$ इसके संबंध में $$\sim.$$ विशेषकर, यदि प्रत्येक $$M_i$$ एक ऑर्डर किया गया फ़ील्ड है तो अल्ट्राप्रोडक्ट भी है।

अल्ट्रापावर
एक अल्ट्रापॉवर एक अल्ट्राप्रोडक्ट है जिसके लिए सभी कारक हैं $$M_i$$ बराबर हैं। स्पष्ट रूप से, अल्ट्राप्रोडक्ट है $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i \, / \, \mathcal{U} = {\textstyle\prod}_{\mathcal{U}} \, M_\bull$$ अनुक्रमित परिवार का $$M_{\bull} := \left(M_i\right)_{i \in I}$$ द्वारा परिभाषित $$M_i := M$$ प्रत्येक सूचकांक के लिए $$i \in I.$$ अतिशक्ति को इसके द्वारा निरूपित किया जा सकता है $${\textstyle\prod}_{\mathcal{U}} \, M$$ या (तब से) $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M$$ प्रायः द्वारा दर्शाया जाता है $$M^I$$) द्वारा $$M^I / \mathcal{U} ~:=~ \prod_{i \in I} M \, / \,\mathcal{U}\,$$ हरएक के लिए $$m \in M,$$ होने देना $$(m)_{i \in I}$$ स्थिर मानचित्र को निरूपित करें $$I \to M$$ वह समान रूप से बराबर है $$m.$$ यह स्थिर मानचित्र/ट्यूपल कार्टेशियन उत्पाद का एक तत्व है $$M^I = {\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M$$ और इसलिए असाइनमेंट $$m \mapsto (m)_{i \in I}$$ मानचित्र को परिभाषित करता है $$M \to {\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M.$$ {{em|{{visible anchor|natural embedding}} of $$M$$ into $${\textstyle\prod}_{\mathcal{U}} \, M$$}h>}} नक्शा है $$M \to {\textstyle\prod}_{\mathcal{U}} \, M$$ वह एक तत्व भेजता है $$m \in M$$ तक $$\mathcal{U}$$-निरंतर टुपल का समतुल्य वर्ग $$(m)_{i \in I}.$$

उदाहरण
हाइपररियल संख्याएं प्रत्येक प्राकृतिक संख्या के लिए वास्तविक संख्याओं की एक प्रति का अल्ट्राप्रोडक्ट हैं, सभी सह-परिमित सेटों वाली प्राकृतिक संख्याओं पर एक अल्ट्राफिल्टर के संबंध में। उनका क्रम वास्तविक संख्याओं के क्रम का विस्तार है। उदाहरण के लिए, अनुक्रम $$\omega$$ द्वारा दिए गए $$\omega_i = i$$ एक समतुल्य वर्ग को परिभाषित करता है जो एक अतिवास्तविक संख्या का प्रतिनिधित्व करता है जो किसी भी वास्तविक संख्या से अधिक है।

अनुरूप रूप से, कोई संबंधित संरचनाओं की प्रतियों के अल्ट्राप्रोडक्ट को लेकर गैरमानक पूर्णांक, गैरमानक जटिल संख्याओं आदि को परिभाषित कर सकता है।

संबंधों को अल्ट्राप्रोडक्ट में ले जाने के उदाहरण के रूप में, अनुक्रम पर विचार करें $$\psi$$ द्वारा परिभाषित $$\psi_i = 2 i.$$ क्योंकि $$\psi_i > \omega_i = i$$ सभी के लिए $$i,$$ यह इस प्रकार है कि तुल्यता वर्ग $$\psi_i = 2 i$$ के तुल्यता वर्ग से बड़ा है $$\omega_i = i,$$ ताकि इसकी व्याख्या एक अनंत संख्या के रूप में की जा सके जो मूल रूप से निर्मित संख्या से बड़ी है। हालाँकि, चलो $$\chi_i = i$$ के लिए $$i$$ असमान $$7,$$ लेकिन $$\chi_7 = 8.$$ जिस पर सूचकांकों का सेट $$\omega$$ और $$\chi$$ सहमत किसी भी अल्ट्राफिल्टर का सदस्य है (क्योंकि $$\omega$$ और $$\chi$$ लगभग हर जगह सहमत), तो $$\omega$$ और $$\chi$$ एक ही समतुल्य वर्ग से संबंधित हैं।

बड़े कार्डिनल्स के सिद्धांत में, एक मानक निर्माण कुछ सावधानीपूर्वक चुने गए अल्ट्राफिल्टर के संबंध में पूरे सेट-सैद्धांतिक ब्रह्मांड के अल्ट्राप्रोडक्ट को लेना है $$\mathcal{U}.$$ इस अल्ट्राफिल्टर के गुण $$\mathcal{U}$$ अल्ट्राप्रोडक्ट के गुणों (उच्च क्रम) पर एक मजबूत प्रभाव पड़ता है; उदाहरण के लिए, यदि $$\mathcal{U}$$ है $$\sigma$$-पूर्ण, तो अल्ट्राप्रोडक्ट फिर से अच्छी तरह से स्थापित हो जाएगा। (प्रोटोटाइपिकल उदाहरण के लिए मापने योग्य कार्डिनल देखें।)

मूस प्रमेय
मूस प्रमेय भी कहा जाता है, जेरज़ी लोश के कारण है (उपनाम का उच्चारण किया जाता है , लगभग धो लें ). इसमें कहा गया है कि कोई भी प्रथम-क्रम विधेय कलन | प्रथम-क्रम सूत्र अल्ट्राप्रोडक्ट में सत्य है यदि और केवल यदि सूचकांकों का सेट $$i$$ जैसे कि सूत्र सत्य है $$M_i$$ का सदस्य है $$\mathcal{U}.$$ ज्यादा ठीक:

होने देना $$\sigma$$ एक हस्ताक्षर बनो, $$\mathcal{U}$$ एक सेट पर एक अल्ट्राफिल्टर $$I,$$ और प्रत्येक के लिए $$i \in I$$ होने देना $$M_i$$ एक हो $$\sigma$$-संरचना। होने देना $${\textstyle\prod}_{\mathcal{U}} \, M_\bull$$ या $${\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i / \mathcal{U}$$ का अल्ट्राप्रोडक्ट बनें $$M_i$$ इसके संबंध में $$\mathcal{U}.$$ फिर, प्रत्येक के लिए $$a^1, \ldots, a^n \in {\textstyle\prod\limits_{i \in I}} M_i,$$ कहाँ $$a^k = \left(a^k_i\right)_{i \in I},$$ और हर किसी के लिए $$\sigma$$-सूत्र $$\phi,$$ $${\prod}_{\mathcal{U}} \, M_\bull \models \phi\left[a^1_{\mathcal{U}}, \ldots, a^n_{\mathcal{U}}\right] ~\iff~ \{i \in I : M_i \models \phi[a^1_i, \ldots, a^n_i]\} \in \mathcal{U}.$$ सूत्र की जटिलता पर प्रेरण द्वारा प्रमेय सिद्ध होता है $$\phi.$$ यह तथ्य कि $$\mathcal{U}$$ एक अल्ट्राफिल्टर (और सिर्फ एक फिल्टर नहीं) का उपयोग निषेध खंड में किया जाता है, और अस्तित्वगत क्वांटिफायर चरण में पसंद के स्वयंसिद्ध की आवश्यकता होती है। एक एप्लिकेशन के रूप में, व्यक्ति हाइपररियल नंबर के लिए स्थानांतरण सिद्धांत प्राप्त करता है।

उदाहरण
होने देना $$R$$ संरचना में एकात्मक संबंध हो $$M,$$ और की पराशक्ति का निर्माण करते हैं $$M.$$ फिर सेट $$S = \{x \in M : R x\}$$ एक एनालॉग है $${}^* S$$ अल्ट्रापॉवर में, और प्रथम-क्रम फ़ार्मुलों में शामिल हैं $$S$$ के लिए भी मान्य हैं $${}^* S.$$ उदाहरण के लिए, चलो $$M$$ असली बनो, और चलो $$R x$$ अगर पकड़ो $$x$$ एक परिमेय संख्या है. में फिर $$M$$ हम ऐसा किसी भी तर्कसंगत जोड़ी के लिए कह सकते हैं $$x$$ और $$y,$$ वहाँ एक और संख्या मौजूद है $$z$$ ऐसा है कि $$z$$ तर्कसंगत नहीं है, और $$x < z < y.$$ चूँकि इसे प्रासंगिक औपचारिक भाषा में प्रथम-क्रम तार्किक सूत्र में अनुवादित किया जा सकता है, Łoś के प्रमेय का तात्पर्य है कि $${}^* S$$ समान संपत्ति है. अर्थात्, हम हाइपररेशनल संख्याओं की एक धारणा को परिभाषित कर सकते हैं, जो हाइपररियल्स का एक उपसमूह हैं, और उनमें परिमेय के समान प्रथम-क्रम गुण होते हैं।

हालाँकि, वास्तविक की आर्किमिडीयन संपत्ति पर विचार करें, जो बताती है कि कोई वास्तविक संख्या नहीं है $$x$$ ऐसा है कि $$x > 1, \; x > 1 + 1, \; x > 1 + 1 + 1, \ldots$$ अनंत सूची में प्रत्येक असमानता के लिए। Łoś का प्रमेय आर्किमिडीज़ संपत्ति पर लागू नहीं होता है, क्योंकि आर्किमिडीज़ संपत्ति को प्रथम-क्रम तर्क में नहीं बताया जा सकता है। वास्तव में, आर्किमिडीज़ संपत्ति हाइपररियल के लिए गलत है, जैसा कि हाइपररियल संख्या के निर्माण से पता चलता है $$\omega$$ ऊपर।

अतिशक्तियों की प्रत्यक्ष सीमाएँ (अल्ट्रालिमिट्स)
मॉडल सिद्धांत और सेट सिद्धांत में, अल्ट्रापावर के अनुक्रम की प्रत्यक्ष सीमा पर अक्सर विचार किया जाता है। मॉडल सिद्धांत में, इस निर्माण को अल्ट्रालिमिट या सीमित अल्ट्रापॉवर के रूप में संदर्भित किया जा सकता है।

एक संरचना से शुरुआत करते हुए, $$A_0$$ और एक अल्ट्राफिल्टर, $$\mathcal{D}_0,$$ एक अतिशक्ति का निर्माण करें, $$A_1.$$ फिर बनाने के लिए प्रक्रिया को दोहराएं $$A_2,$$ इत्यादि। प्रत्येक के लिए $$n$$ एक विहित विकर्ण एम्बेडिंग है $$A_n \to A_{n+1}.$$ सीमा चरणों में, जैसे $$A_\omega,$$ पहले के चरणों की प्रत्यक्ष सीमा बनाएं। कोई अनंत में जारी रह सकता है।

अल्ट्राप्रोडक्ट मोनड
अल्ट्राफिल्टर मोनाड फिनसेट को सेट की श्रेणी में शामिल करने का कोडेन्सिटी मोनाड है। इसी प्रकार, श्रेणी के समावेशन का कोडेन्सिटी मोनड है $$\mathbf{FinFam}$$ अनुक्रमित परिवार के|श्रेणी में सेट के अंतिम रूप से अनुक्रमित परिवार $$\mathbf{Fam}$$ सेट के सभी अनुक्रमित परिवार परिवारों में से। तो इस अर्थ में, अल्ट्राप्रोडक्ट्स स्पष्ट रूप से अपरिहार्य हैं। स्पष्ट रूप से, की एक वस्तु $$\mathbf{Fam}$$ इसमें एक गैर-रिक्त सूचकांक सेट शामिल है $$I$$ और एक अनुक्रमित परिवार $$\left(M_i\right)_{i \in I}$$ सेट का. एक रूपवाद $$\left(N_i\right)_{j \in J} \to \left(M_i\right)_{i \in I}$$ दो वस्तुओं के बीच एक फ़ंक्शन होता है $$\phi : I \to J$$ सूचकांक सेट और ए के बीच $$J$$-अनुक्रमित परिवार $$\left(\phi_j\right)_{j \in J}$$ समारोह का $$\phi_j : M_{\phi(j)} \to N_j.$$ श्रेणी $$\mathbf{FinFam}$$ की इस श्रेणी की एक पूर्ण उपश्रेणी है $$\mathbf{Fam}$$ सभी वस्तुओं से मिलकर बना हुआ $$\left(M_i\right)_{i \in I}$$ जिसका सूचकांक सेट है $$I$$ परिमित है. समावेशन मानचित्र का कोडेन्सिटी मोनैड $$\mathbf{FinFam} \hookrightarrow \mathbf{Fam}$$ तब, संक्षेप में, द्वारा दिया जाता है $$\left(M_i\right)_{i \in I} ~\mapsto~ \left(\prod_{i \in I} M_i \, / \, \mathcal{U}\right)_{\mathcal{U} \in U(I)} \, .$$

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