AC et théorie des ensembles

Il me semble avoir lu il y a quelque temps (sans que je puisse me rappeler où) que si la théorie axiomatique des ensembles de Zermelo Fraenkel était non contradictoire, alors elle le restait en lui ajoutant l'axiome du choix (annonce sans la moindre source ni la moindre preuve bien sûr !) .
Je me suis toujours demandé si cette affirmation était démontrable, ou si elle avait été démontrée ?

Réponses

  • Bonsoir o-b1.

    C'est un théorème démontré par Kurt Gödel vers 1936 sauf erreur de ma part sur la date dans la suite de ce travail, toujours par Gödel il y a :

    - Si ZF est consistante, alors ZF + HC (hypothèse du continu) l'est.

    - Si ZF est consistante, alors ZF + (V = L) l'est.

    Jusqu'en 1963, certains disaient que toute la logique moderne tenait dans un petit ouvrage qui représentait les œuvres complètes de Gödel. Tout a changé avec le travail de Paul Cohen qui a complété les résultats d'indépendance des axiomes, en démontrant :

    - Si ZF est consistante, alors ZF + non (AC) l'est etc.

    Tu peux regarder une démonstration dans J-L. Krivine Théorie axiomatique des ensembles (là aussi, je pense).

    Bruno
  • Un détail m'échappe sur la formulation de la question. Si on a une assertion démontrable qui n'a pas été prouvée, alors on ne peut pas être sûr qu'elle est démontrable.

    Par contre, oui, en ajoutant l'axiome du choix, on n'ajoute pas de contradiction.

    En résumant la preuve, l'idée est la suivante (sans donner trop de détails dans les définitions).

    Une partie $X$ d'un ensemble $Y$ est définissable s'il existe une formule logique (avec des paramètres dans $Y$) qui distingue les éléments de $X$.
    On suppose qu'on a un modèle de ZF. On considère alors $L_0=\emptyset$, et $L_{\alpha+1}$ les parties définissables de $L_\alpha$, si $\alpha$ est un ordinal limite on pose $L_\alpha=\bigcup\limits_{\beta<\alpha} L_\beta$.
    Enfin on regarde $L$ la réunion de tous les $L_\alpha$. On peut démontrer que $L$ marche comme ZF. Mais on a même mieux. Premièrement les ordinaux sont bien ordonnés, de plus l'ensemble des formules est bien ordonné. On peu alors construire un bon ordre sur $L_0,\ L_1,\ L_2$, etc. De plus on peut se débrouiller pour que le bon ordre sur $L_\alpha$ étende les bons ordres sur les $L_\beta$, pour $\beta<\alpha$.
    Au final on se retrouve avec $L$ un modèle de ZF, mais on a en plus un bon ordre "naturel" sur $L$. On en déduit alors l'axiome du choix.

    Bon j'ai un peu triché, en ne donnant pas précisément les définitions (ni la manière de mettre le bon ordre, etc.), mais ça devient assez technique.
  • Bonjour mpif.

    Comme tu le dis "cela devient assez technique" (je trouve que tu as la bosse de l'euphémisme :)) et c'est pour cela que j'en suis resté au niveau d'une discussion de salon en donnant une référence.

    Bruno
  • merci beaucoup pour ces réponse et pour la rapidité de leur arrivée!
    n'ayant pas les ressources bibliographiques (et il faut le dire pas assez d'expérience en théorie des ensembles pour ces théorèmes), je ne pense pas me pencher sur les détails de ces démonstrations, mais merci beaucoup!
    j'attendais une réponse booléenne, et j'obtiens la date et l'identité du mathématicien à l'origine de cette preuve ainsi qu'un résumé de la méthode!

    mpif a écrit:
    Si on a une assertion démontrable qui n'a pas été prouvée, alors on ne peut pas être sûr qu'elle est démontrable.
    j'entendais par là une notion de décidabilité de logique formelle (désolé si mes termes manquent de précision).
  • La technicité n'est pas si indigeste que ça. Le fait que l'univers L par exemple vérifie AC est plutôt intuitif, vu que chacun de ses éléments est dans un L(a), avec a ordinal minimum, puis à l'intérieur de ce L(a), il est associé à une formule à paramètres qui le caractérise.

    Le fait que L vérifie les autres axiomes de ZF même si technique est aussi plutôt intuitif, fais l'inventaire des axiomes de ZF et tu verras qu'il n'y a même pas de candidat pour casser cette affirmation. Le soucis (si c'en est un :D ) c'est surtout qu'il faut raisonner par cas, cadire traiter CHAQUE axiome, et donc c'est juste "relou"
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • La Théorie axiomatique des ensembles de Jean Louis Krivine, que l'on retrouve dans "Théorie des ensembles" aux éditions Cassini, est un excellent ouvrage, bien rédigé et clair.

    Mpif et Christophe : Soyez plus clair dans vos propos. Les [méta]démonstrations de non-contradictions relatives ne sont pas aussi intuitives que çà et je sais bien, Christophe, que ce n'est pas ça que tu voulais dire. Cependant, O-b1 écrit : "[N]'ayant pas les ressources bibliographiques (et il faut le dire pas assez d'expérience en théorie des ensembles pour ces [méta]théorèmes), je ne pense pas me pencher sur les détails de ces démonstrations."

    Pour conclure, les modélisations utilisées par K. Gödel et P. Cohen révèlent toutes les difficultés liées à la théorie des modèles.

    A +
  • Soyez plus clair dans vos propos

    Je veux bien essayer, mais sur quoi rebondir? Oui effectivement, ...révèlent toutes les difficultés liées à la théorie des modèles, mais déjà rien que le couple $(a,b)$ c'est l'ensemble $\{ \{a\} ; \{a,b\} \}$ et la paire $\{u;v\}$ c'est l'unique ensemble $x$ tel que $\forall y:( y\in x\iff (y=u$ ou $y=v))$ et "on n'est qu'en" théorie des ensembles encore là.

    Il parait plus confortable de laisser o-b-one poser une question nouvelle et de ne donner qu'une réponse localisée, parce qu'une écriture complète, c'est au bas mots entre 10 et 30 pages, dont tu signales effectivement qu'on la retrouve dans les 2 livres de Krivine.

    Les "difficultés liées à la théorie des modèles": qu'entends-tu par là? Bien sûr, il y en a, mais que peut-on dire qui ferait avancer les choses en moins de 2 pages ici?

    J'attends une éventuelle question de o-b1
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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