Ультрафильтр на решётке ${\displaystyle F}$ — это максимальный собственный фильтр . Понятие ультрафильтра появилось в общей топологии , где оно используется для обобщения понятия сходимости на пространства с несчётной базой.

Определение

Собственный фильтр ${\displaystyle F}$ на решётке ${\displaystyle L}$ является ультрафильтром , если он не содержится ни в одном собственном (то есть отличном от ${\displaystyle F}$ ) фильтре.

Набор ${\displaystyle F}$ подмножеств множества ${\displaystyle X}$ называется ультрафильтром на ${\displaystyle X}$ , если

• ${\displaystyle \varnothing \notin F}$
• для любых двух элементов ${\displaystyle F}$ , их пересечение также лежит в ${\displaystyle F}$
• для любого элемента ${\displaystyle F}$ , все его надмножества лежат в ${\displaystyle F}$
• для любого подмножества ${\displaystyle Y\subseteq X}$ либо ${\displaystyle Y\in F}$ , либо ${\displaystyle X\backslash Y\in F}$

Замечания

• ${\displaystyle F}$ является ультрафильтром если функция на множествах ${\displaystyle S\subset X}$ , заданная как ${\displaystyle \omega _{F}(S)=1}$ , если ${\displaystyle S\in F}$ , и ${\displaystyle \omega _{F}(S)=0}$ в противном случае, то ${\displaystyle \omega _{F}}$ является конечно-аддитивной вероятностной мерой на ${\displaystyle X}$ .

Ультрафильтры в булевых алгебрах

Если решётка ${\displaystyle L}$ является булевой алгеброй , то возможна следующая характеризация ультрафильтров: фильтр ${\displaystyle F}$ является ультрафильтром тогда и только тогда, когда для любого элемента ${\displaystyle x\in L}$ либо ${\displaystyle x\in F}$ , либо ${\displaystyle -x\in F}$

Эта характеризация делает ультрафильтры похожими на полные теории .

Примеры

• Минимальный фильтр, содержащий данный элемент ${\displaystyle x}$ , называется главным фильтром , сгенерированным главным элементом ${\displaystyle x}$ .
  • Любой главный фильтр является ультрафильтром
  • Основные приложения имеют неглавные ультрафильтры.
• подмножество алгебры Линденбаума — Тарского полной теории ${\displaystyle T}$ , состоящее из теорем ${\displaystyle T}$

Свойства

• ультрафильтр на конечном множестве всегда является главным .
• любой ультрафильтр на бесконечном множестве содержит конечный фильтр .
• если ${\displaystyle F}$ — главный ультрафильтр на множестве ${\displaystyle X}$ , то его главный элемент является пересечением всех элементов ультрафильтра.
• если ${\displaystyle F}$ — неглавный ультрафильтр на множестве ${\displaystyle X}$ , то пересечение всех его элементов пусто.
• Каждый фильтр содержится в ультрафильтре.
  • Это утверждение не может быть доказано без использования аксиомы выбора .
  • Также это утверждение эквивалентно .
  • Важным следствием этой теоремы является существование неглавных ультрафильтров на бесконечных множествах.
• Компактификация Стоуна — Чеха дискретного пространства ${\displaystyle X}$ — это множество ультрафильтров на решётке подмножеств ${\displaystyle X}$ наделённое топологией Стоуна . В качестве базы открытых множеств топологии Стоуна на множестве ультрафильтров ${\displaystyle G}$ можно взять множества ${\displaystyle D_{a}=\{U\in G|a\in U\}}$ для всевозможных ${\displaystyle a\in P(X).}$

Приложения

• Ультрафильтры используются в ряде конструкций теории моделей , а именно для формулировки понятия .
• Ультрафильтры также фигурируют в формулировке теоремы Стоуна о представлении булевых алгебр и в явном построении компактификации Стоуна — Чеха .
• Ультрапредел для метрических пространств — обобщение сходимости по Громову — Хаусдорфу .
• Ультрафильтры используются в комбинаторике, например в теории Рамсея .

Примечания