union dénombrable d'ensembles dénombrables

Salut tout le monde.
J'ai une question (classique car je l'ai déjà vue posé souvent) mais aucune réponse ne m'a convaincu totalement. L'union dénombrable d'ensemble dénombrable est dénombrable. Doit on avoir l'axiome du choix dénombrable pour l'obtenir ou pas? La démonstration classique est la suivante :

soient $(X_n)_{n\in\mathbb{N}}$ des ensembles dénombrables. Donc, pour tout $n$, il existe une bijection de $X_n\to \mathbb{N}$. Mais nous ne les connaissons pas de manière explicite. Donc on utilise l'axiome du choix dénombrable pour obtenir une famille $(f_n)_{n\in\mathbb{N}}$ de fct bijective de $X_n\to\mathbb{N}$. Après, il est aisé de trouvé une bijection avec l'union des $X_n$.

Je suis à présent convaincu (mais il m'a fallu un peu de temps) que dans la démonstration précédente, nous ne pouvons pas nous passer de l'axiome du choix dénombrable. Mais existe-t-il une démonstration qui n'utilise pas l'axiome du choix? J'ai lu (mais c'est wikipédia et il ne donne pas de source à se sujet) qu'on peut sans passer. Ils ont dit : On peut se ramener à une réunion dénombrable d'ensembles finis, et en utilisant l'ordre lexicographique pour construire directement une fonction de choix... Mais voilà, je vois pas trop ce qu'ils veulent dire... Comment se passer de l'axiome du choix. Quelqu'un aurait une idée ?

Merci d'avance

Réponses

  • Bon alors déjà, il y a plusieurs axiomes du choix, dont l'un très faible et considéré comme admis dans toutes les branches développées de ce qu'on appelle probablement "l'analyse sans l'axiome du choix" et qui présente les choses sous un jour très différent (tous les sous-ensembles de IR sont Lebesgue-mesurables, ont la propriété de Baire, etc).

    Cet axiome s'appelle l'axiome du choix dénombrable, et il suffit à lui seul à prouver ton truc. Tu te situes donc dans une question bien en dessous de l'admission de cet axiome très faible.

    Je pense que tu te places dans un contexte où on n'a droit à strictement aucune version, faible ou forte, de l'axiome du choix. Alors déjà, cash, je te dis un truc sansréférence, il me semble connu qu'il est consistant avec ZF (si ZF l'est) que IR puisse être réunion dénombrable d'ensembles dénombrables. Donc ça invaliderait qu'on peut prouver ton truc sans AC. Hélas c'est juste un oui-dire, je n'ai pas de référence.

    Ca irait dans le sens opposé aux propos que tu attribues à wiki.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Bonjour,

    on ne peut pas se passer d'un axiome de choix. Le document devrait répondre à tes interrogations.

    @l
  • Je viens juste de voir la réponse de Christophe. Le fait que $\R$ est une union dénombrable d'ensembles dénombrables est bien indécidable pour $ZF$.

    @l
  • Salut à toi et Merci @I.
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  • Salut aussi et de rien ;-)
  • à noter que ton document est vraiment formidable c'est un fascicule de très nombreux résultats d'indépendance, et j'en serais presque à recommander au site lesmathspointnet de mettre un lien en page d'accueil vers ce document pour parer aux futures questions!!!
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  • Page10, il y a un problème ouvert mentionné, et le pdf date de 2004.

    Est-ce qu'on peut prouver dans ZF que l'axiome:

    "pour toute suite d'ensemble dénombrables $E_n$ non vides, il existe une suite d'ensembles finis $F_n$ non vides tels que $\forall n\in \N: F_n\subseteq E_n$

    entraine

    "pour toute suite d'ensembles dénombrables $E_n$ non vides, il existe une suite $u$ telle que $\forall n\in \N: u_n\in E_n$"

    (Si je n'ai pas lu trop vite)
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  • Merci bcp pour tt ces réponses et ton pdf est génial. Ca répond a plein de questions que je me posais sur cet axiome.
  • Je suis content que ce document vous plaise. Du coup, je joins un autre papier plus succinct mais qui condense pas mal de résultats, en faisant au passage des rappels de topologie.

    Sinon, je pense que ça pourrait être effectivement une bonne idée de les mettre dans un coin du site, histoire que les personnes intéressées par ces questions (et il y en a pas mal) les retrouvent facilement.

    @l

  • Je crois que je l'avais déjà fait, je rappelle une preuve du fait que l'axiome (le pdf a l'air de l'appeler "des multiples choix") entraine l'axiome du choix.

    On prend un ordinal quelconque (qui a vocation, en suite à être suffisamment grand), $k$ et on se donne une application $Z$ qui à chaque partie non vide de $V_k$ associe une de ses parties finies non vides.

    Puis on définit par récurrence ordinale $u_a$ de la manière suivante, jusqu'à plus possible:

    Si le plus petit $b$ *** tel qu'il existe une partie A de l'ensemble des $u_c$, pour $c\in b$ est un élément de $a$ (ie lui est strictement inférieur), alors on regarde l'ensemble $T(a)$ des $u_c, c\in b$. Puis on regarde $W(a):=$ l'ensemble des parties X de $T(a)$, par définition, non vide, telles que $\forall x\in a: u_x\neq X$. Puis on regarde l'ensemble fini $F(a):=Z(W(a))$ s'il existe, ie si $W(a)$ est dans le domaine de Z. Il y a un ordre lexicographique naturel sur $P(T(a))$ puisque $T(a)$ est bien ordonné. Ce qui permet de choisir canoniquement un élément de $F(a)$ (qui est fini, on prend son plus petit élément selon l'ordre lexicographique) qui devient par définition $u_a$.

    Si $b$ défini en *** est $=a$ alors on pose $u_a:=$ l'ensemble des $u_b,b\in a$.

    Au moment où ce processus s'arrête, ça veut dire que $W(a)\notin P(V_k)$. C'est alors un exercice de prouver que pour tout ordinal $e$, il existe un ordinal $k$ tel que la fonction $u$ défini ci-dessus a une image qui contient $V_e$ et ce qui bien ordonne $V_e$.

    Je ne suis pas vraiment sûr qu'il y ait plus simple...
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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