Un modèle de Skolem ?

Il parait que Skolem a défini un modèle de $Th(\mathbb{N})$ dans le langage $\left\langle +,.\right\rangle$ en définissant un quotient de l'ensemble des fonctions définissables $\mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N}$.

Je n'ai personnellement jamais rencontré de modèle de cette théorie que dans des situations où il était produit exprès (par compacité / ultrapuissance) et tout exemple de raisonnement arrivant à montrer qu'un semi-anneau satisfait $Th(\mathbb{N})$ d'une manière sensiblement différente m'intéresse particulièrement.


Y a-t-il des références trouvables pour ce résultat ou d'autres du même genre? (un semi-anneau "trouvé dans la nature" et dont on arrive à montrer par je-veux-savoir-quelle magie qu'il satisfait $Th(\mathbb{N})$)

Réponses

  • J'avais lu mais pas compris. Peut être pourrais tu être un peu plus formel ? Sauf bien sur si tu ne peux que donner indices pour recherche doc.
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  • Bonjour Christophe et désolé pour une réponse si tardive, je croyais que cette question avait sombré dans les profondeurs du forum et j'ai zappé que tu avais répondu rapidement après que je l'aie postée!

    Je ne sais pas si je vais pouvoir être beaucoup plus clair vu que je ne sais pas exactement ce que je cherche, mais essayons:

    J'ai lu que Skolem avait défini une structure dans le langage des anneaux élémentairement équivalente à $(\mathbb{N},+,.)$, et qu'il l'avait fait en quotientant le semi-anneau des fonctions $\mathbb{N} \rightarrow \mathbb{N}$ définissables dans $(\mathbb{N},+,.)$ par une certaine relation d'équivalence. Le but était de définir un modèle non standard dénombrable.
    Il est tout à fait possible que cela soit une version de l'ultraproduit mais j'ai cru comprendre que c'était plutôt quelque chose de vaguement constructif. C'est cet aspect-là qui m'intéresse particulièrement.


    Dans le même genre (enfin, de loin), j'ai entendu que Erik Ellentuck avait dans sa thèse montré que dans un modèle de ZF avec des ensembles Dedekind-finis et où ces ensembles sont linéairement ordonnés par injection, l'ensemble des Dedeking-finis (à bijection près) muni des unions disjointes et produits cartésien forme un modèle de $Th(\mathbb{N})$, ce que je trouve très intéressant. Malheureusement, impossible de mettre la main sur la thèse en question.
  • En fait, tu cherches de la documentation. Alors là, je ne suis vraiment pas la bonne personne, moi-même devant mendier des articles de temps à autre.

    En tout cas, ce que tu dis n'a rien d'étonnant et me fait penser au modèle de Paris et Harrington. Ca peut te servir de mot-clé. L'affirmation que tu attribues à Ellentuk parait elle aussi peu étonnante (et même à première vue triviale en termes ensemblistes, mais je peux me tromper, le diable est dans les détails, j'ai cependant bien lu qu'on n'a pas AC), et ne doit pas constituer le sujet principal de sa thèse. Mais je ne connais pas ce nom, ni ce résultat "d'avance".

    Et effectivement tu peux tout à fait considérer des "succédanés d'ultrapuissances de $(\N,+\times)$ en te limitant aux fonctions définissables au lieu de toutes les fonctions. Ca ne changera pas énormément de choses à part que le monde du modèle sera dénombrable. Cela provient de ce qu'il n'y a pas besoin de skolémiser l'arithmétique par ajour de constante, puisque le plus petit $x$ (sinon 0) tel que $R(x)$ sert de témoin.
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  • Pour le résultat d'Ellentuck, je ne sais pas si c'est le principal apport de sa thèse mais pour ma part je n'ai aucune idée de comment on pourrait démontrer une telle chose.

    Sais-tu où je pourrais trouver des informations sur le "modèle de Paris-Harrington"?
  • C'est évident avec l'axiome du choix, il te reste à le retirer. Rien de plus.
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  • D'accord mais pourquoi retirer l'axiome du choix ne ferait pas tomber des théorèmes de la classe des Dedekind-finis?
  • Si si ça les fait tomber, je ne dis pas qu'il n'y pas de travail, mais c'est le plan, retrouver juste pour la somme et le produit ce qu'on veut.
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  • Oui enfin juste retrouver les théorèmes dans leur ensemble non récursivement énumérable ce n'est pas évident si?
  • Oui mais une fonction définissable n'est pas non plus une définition récursive, et ce dont on parle ne sont pas des théorèmes mais des "énoncés vrais".
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  • Je ne comprends pas ce que tu veux dire, mais peut-être qu'il ne sert à rien de débattre sur la trivialité ou pas du résultat. En tout cas je doute que cela soit simple, et d'ailleurs il faut bien que l'hypothèse que les cardinalités Dedekind-finies soient linéairement ordonnées joue un rôle.
  • De mon téléphone : oui c'est une hypothèse très forte!!! Je te suggère de faire l'exercice de prouver que tout objet a un prédécesseur (sauf 0) ça te lancera peut être.
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  • Puis ensuite prouve la récurrence. Ces deux exos faciles te permettront de t'enthousiasmer pour le reste (qui est presque rien vu que les formules ouvertes (sans quantificateurs) sont déterminées par leur auto valeur.
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  • Je n'ai pas trop de mal à imaginer que les axiomes de Peano soient satisfaits, mais dans le résultat il s'agit bien de montrer que tous les énoncés vrais pour les entiers naturels (dans le modèle avec Dedekind-finis infinis) sont vrais pour les Dedekind-finis.
  • De mon téléphone: si tu veux trouver un mur il faut avancer jusqu'à te taper dedans. Tant que tu restes à voir de loin ce n'est pas enthousiasmant. Est-ce que tu sais si le gars prétend qu'il est consistant d'avoir à la fois la linéarité (ordre total) et malgré ça des DedFin infinis (non en bijection avec un entier)?
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  • Je souscrit à ta métaphore, et ce n'est même pas que je ne veux pas essayer de comprendre la difficulté du résultat (d'ailleurs, ce n'est pas dans sa thèse qu'il l'a démontré mais dans un autre article), mais c'est juste que je ne vois pas en quoi traiter les axiomes de Peano nous approche vraiment du but. Mais bon je vais réfléchir à la récurrence. Déjà, il ne me semble pas que les cardinalités Dedekind-finies soit internalement bien ordonnées.

    La consistance de cette théorie a été prouvée après l'article d'Ellentuck, par un dénommé Gershon Sageev.
  • Merci pour l'information! Si je te parlais de récurrence c'est pour "entrer dans la danse" de cette structure pas juste pour Peano. Je te le redis on a des témoins de Skolem canoniques avec la récurrence et l'ensemble vérité de la structure est une sorte de simple "terme".
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  • J'ai du mal à voir ce que tu veux dire mais je reviens d'ici quelques jours avec une tentative de réponse au moins. Merci pour ton intérêt.
  • Pardon pour le délai, j'emmenais une classe au palais de la découverte et là je surveille un DST.

    Parmi les "ponts aux ânes" de cette usine à construire (que je te remercie de nous avoir transmise, elle est assez jouissive!!!) voici deux trucs à prouver qui mettent le pieds à l'étrier (précision: j'ai prouvé le (1) de tête, mais n'ai même pas réfléchi au (2)).

    (1) Prouver que si une équation diophantienne n'a pas de solutions en entiers alors elle n'en a pas en pseudo-entiers (abréviation: PE).

    (2) Prouver que pour tout $x$ qui est un PE, il existe $y$ qui est un PE tel que $x=2y$ ou $x=2y+1$.

    Précision PE signifie $<<$ensemble X tel qu'il n'y a pas d'injection de $\N$ dans $X>>$ (c'est ce que palabra appelle "Dedekind-fini)
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  • En n'utilisant aucune forme d'axiome du choix, mais en admettant l'axiome suivant: pour tous PE $x,y: $ l'un des deux s'injecte dans l'autre.
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  • Merci Christohe, je réfléchis à ces deux problèmes d'étrier.
  • De rien, je pense que ce théorème, s'il est avéré est en fait très très important. Il faudrait en obtenir l'énoncé exact et une référence. J'ai du mal à croire qu'il n'y a pas une petite hypothèse supplémentaire à ajouter. Par contre, ça me fait penser à ZFC - infini.
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  • Le théorème d'Ellentuck est que dans ZF + "il existe un PE infini" + "les PE sont linéairement ordonnés", $\mathbb{N}$ est une sous-structure élémentaire de l'ensemble des PE.
    J'ai pas mal cherché ce papier sobrement intitullé "A model of arithmetic", utilisant jusqu'à mes relations polonaises, mais en vain. Après, ce monsieur est encore en vie, donc il suffirait peut-être de lui demander gentiment.

    Pour ce qui est de la consistance de cette théorie, c'est donc fait par Gershon Sageev dans un papier non sobrement intitulé "A model of ZF+there exist an innaccessible, in which the Dedekind cardinals constitute a natural non standard model of arithmetic". Celui-ci tu le trouveras sans problème; je n'en parle pas trop parce que d'une part mon affinité avec le forcing est minimale (et cet article c'est soixante pages de forcing...), et d'autre part c'est surtout le résultat d'Ellentuck qui m'intrigue. A la fin de l'article, l'auteur indique que selon lui, la condition de cardinal innaccessible est un détail technique dont on doit pouvoir se passer.
    Par ailleurs, en relisant le tout début et la toute fin, je vois que Sageev dit que le résultat d'Ellentuck utilise de nombreux résultats combinatoires de sa thèse (à Ellentuck). Il ne doit donc pas être évident.
  • Merci pour ces précisions. Connais tu les dates? Ça aidera peut être.

    Sinon je sais *** comment "prouver informatiquement" le th d'Ellentuk. Mais ça ne donne pas d'intuition "à la main" à moins de prendre son temps (5H; 1an; 40ans?).

    *** ZF + Linéarité du pré ordre cardinal => ZFC (donc en particulier Ellentuk). En appliquant la preuve à un énoncé arithmétique supposé vrai pour IN et faux pour PE et en l'exécutant (par exemple sous caml) on obtient 2 cardinaux incomparables et bien évidemment ils seront .. PE (par elicut).

    Mais "à la main" je ne vois même pas comment l'appliquer (rapidement) à tout PE peut à UN près être divisé par 2 :-S

    De mon téléphone
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  • Le papier d'Ellentuck c'est 1974, celui de Sageev 1981. Tu veux dire AC pour les familles d'ensembles finis non? Je n'ai pas pris le temps de réfléchir à tes problèmes qui pour l'instant me semblent difficile, donc j'aurai du mal à saisir comment tu le prouverais "informatiquement". Je reviens d'ici mardi avec mes idées.
  • De mon téléphone : l'énoncé "les PE n'ajoute pas d'équation diophnatienne solutionnée" est quand même assez facile à prouver.

    Celui qui dit "tout PE est pair ou pairPlusUn" est difficile MAIS témoin (quand tu l'as prouvé lui tu as gagné psychologiquement)
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  • De mon téléphone : j'ai envoyé une annonce à la liste de diffusion CNRS pour tenter d'obtenir l'article. Sinon j'arrive à prouver le théorème général en utilisant la technique que j'avais décrite dans un fil sous le titre "question cruciale" je pense que tu peux le retrouver par google.

    En peu de mots: dans un jeu même sans axiome du choix il n'est pas possible que les deux bords gagnent même en admettant que chacun connait le tempérament de l'autre. C'est très simple de voir que ce principe (enfin lemme général) implique Ellentuck mais c'est ULTRAPENIBLE à rédiger car il faut souvent utiliser des jeux qui "vont jusqu'au bout" des devoirs de chaque joueur ne laissant que LE MINIMUM IRREDUCTIBLE à statuer à l'arbitre. Par exemple si à la fin il y a une différence entre deux réels qui doit faire gagner Léa elle doit jouer le digit où c'est différent.
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  • .... avant d'appeler l'arbitre pour dire "constatez ma victoire"
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  • J'attache un fichier pdf que j'ai tapé pour remercier les gens qui m'ont répondu sur la liste news de jussieu de sorte que je pourrai renvoyer les gens vers le doc (plutôt que le mettre sur google drive).

    Ils m'ont dit ce qu'il fallait pour obtenir l'article dans les prochains jours.

    Le fichier est en pièce jointe juste en dessous les présentes lignes et la signature
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  • En pièce jointe, en version parfaitement bien scannée par les bibliothécaires de Bordeaux, l'article de Ellentuck!
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  • Anecdote, je suis en train de le recevoir en plein d'exemplaires car toutes les BR qui l'ont me l'ont scanné et me l'envoient. Bravo à l'immense efficacité de ce corps de métier, je tiens à la souligner. Je tiens aussi à mentionner qu'à la suite de ma demande, j'ai reçu dans les 20mn des réponses me promettant ce scan de le part de ces BR. A noter aussi, comme je l'ai vu lors des réponses, que tous les articles de recherche ont un numéro identifiant (pour les maths ça commence par MR suivi d'une suite de chiffres) et les bilbio s'en parlent en le mentionnant.

    Cette organisation et cette efficacité sont remarquables.

    Le journal n'est plus édité et l'article est libre de tout droit.
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  • Ha, les bibliothécaires de Bordeaux sont effectivement toujours très efficaces. Merci beacoup à eux et à toi.
  • :-D ne pas oublier que des biliothèques parisiennes (paris Sud par exemple) me l'ont aussi envoyé ce matin.

    Tu noteras à quel point mes conseils étaient bons, il fait exactement ce que je recommandais. As-tu réussi à prouver que les équations diophantiennes qui ont des solutions sont les mêmes (les pfinis n'ajoutent pas de solutions)?

    Sinon, je te donne une solution simple, mais peut-être préfères-tu chercher?

    Ce théorème est vraiment fantastique sur le plan philosophique**. C'est dommage qu'il soit peu connu, il encouragerait les gens à faire de la TDE plutôt que d'aller s'enfermer dans leurs usines à gaz habituelles :-D (je déconne, chacun ses passions). Il y a tout de même des côtés amusants (enfin donnant des sensations) à prouver que $2E==2F\to E==F$ ou encore que $A^2=2E\to \exists F: A=2F$ sans aucune hypothèse (ni choix ni l'axiome de Ellentuck).

    Mais le plus amusant est quand-même les ensembles premiers (Là, je pense qu'il faut prendre son axiome), dont un cas particulier est que pour tout pfini $A$, il existe $B\geq A$ qui est pfini et tel que pour tous pfinis $X,Y$ si $B\leq X\times Y$ alors $B\leq X$ ou $B\leq Y$.

    Pour les gens qui ont peur*** de ce fil, je recommande l'exercice "facile" suivant: prouver sans aucun axiome du choix que si $2E==2F+1$ alors il y a une injection de $\N$ dans $E$.

    ($X==Y$ abrège "il existe une bijection de $X$ dans $Y$")

    *** au sens qu'ils craignent de ne pas avoir compris ce qui est accepté et ce qui ne l'est pas.

    ** j'espère que Ellentuck a été reconnu durant sa carrière, ce serait mérité.
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  • Je te copie-colle des références que BV m'a envoyées (même si tu avais l'air d'en connaitre une) et ça répond aussi à une question qu'Ellentuck pose que tu avais signalées).
    BV a écrit:
    G. Sageev a construit un modèle de ZF dans lequel les ensembles Dedekind finis (avec les opération +, x définies comme Ellentuck)
    forment un modèle nonstandard de PA. Au fait, il y 2 papers : d'abord en utilisant un inaccessible et puis sans.
    Voici les références :

    MR0656794 (83h:03074)
    Sageev, Gershon A model of ZF + there exists an inaccessible, in which the Dedekind cardinals constitute a natural nonstandard model of arithmetic. Ann. Math. Logic 21 (1981), no. 2-3, 221–281 (1982).

    MR366668
    Sageev, Gershon, An independence result concerning the axiom of choice. Ann. Math. Logic 8 (1975), 1–184.
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  • J'ai moins de temps que je pensais à consacrer à ça (je commence mon stage) mais je compte toujours y réfléchir sans tes derniers indices pour l'instant car je n'ai pas essayé sans.
  • Un stage?

    Sinon, confirmes-tu que la thèse de Ellentuck a été publiée en 1965 à Annal of math ou est-ce un journal homonyme au journal actuellement bien connu comme le plus sélectif?
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  • Je passe par hasard ici, en tout cas dans le lien que tu donnes Christophe la référence: the universal properties of Dedekind finite cardinals d'Ellentuck c'est bien un article de Ann. of Maths.
  • Merci Krocop, c'est qu'il doit y avoir des choses bien dedans dans la mesure où Palabra a dit que c'est "la thèse d'Ellentuck" (et non pas, par exemple, un survey). Je ne savais pas qu'on pouvait "publier sa thèse dans Ann of math", mais why not après tout, si ce n'est pas trop long. bon après, c'est en 1965, peut-être que ce journal n'avait pas les exigences d'aujourd'hui.

    C'est quand-même étonnant dans la mesure où à l'époque les "Dedekind fini" étaient à peine considérés comme existant (à noter que même aujourd'hui ils le sont peu, vu que la mode est d'admettre à tout le moins l'axiome du choix dénombrable (et même dépendant, seul le choix non dénombrable est plus sujet à options).

    En tout cas, je suis très content, ça montre que les referees (si le journal était déjà exigeant) regardent les preuves et pas juste le résultat obtenu.
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