Az elmúlt napokat kvázikaranténban töltöttem ( kétszer lementem a kisboltba és tegnap vettem ezt a barbadosi cuccot, amiből a poszt megírása alatt elfogy féldeci ) és Királyhegyi Pállal szólva, most ment el teljesen a kedvem a koronavírustól.
Ami most jön, az egy filozófiai példabeszéd: Néha bonyolultan hangzó trivialitások állnak az egyszerűen hangzó nehéz állítások mögött.
Az egyszerűen hangzó és elég rafkós állítás az, hogy bárhogyan színezzük ki a természetes számokat véges sok színnel, lesz egy olyan színosztály, ami tartalmaz végtelen sok olyan elemet, amelyek tetszőleges véges részösszege is benne van a színosztályban. Ez a Hindman-tétel. És most tiltakozásul a koronavírus, orbánviktor és még pár dolog ellen, leírom ide a híres idempotens-ultrafilteres bizonyítását a Hindman-tételnek. Mostanában folyamatosan ezekkel az izékkel foglalkozom, és ezt az alkalmazást nem bírtam otthagyni, annyira kis csinos.
Nyugi, mostantól majd írom a jó kis orbánozós, koronavírusozós posztokat (vagy nem).
1. A bonyolultan hangzó állítás az Ellis-Numakura Lemma. Az Ellis-Numakura Lemma azt mondja ki, hogy minden olyan kompakt félcsoportban, amelyben a balról szorzások folytonosak, van idempotens elem, azaz létezik egy p elem, amire p=pp.
2. A bizonyítás teljesen triviális. A Zorn-lemma szerint van a kompakt félcsoportunkban egy M kompakt részfélcsoport, ami minimális, tehát nem tartalmaz valódi részhalmazként kompakt részfélcsoportot. Vegyük ennek az M részfélcsoportnak egy p elemét. És tekintsük a pM halmazt. Ez egy kompakt részfélcsoport, tehát a minimalitás miatt pM=M. Azaz, létezik olyan q, amelyre pq=p. Vegyük most azon q elemek N halmazát M-ben, amelyre pq=p. N nyilván kompakt és nyilván félcsoport, tehat egyenlő M-mel. Azaz p az N-ben van, tehát pp=p.
3. Vegyük a természetes számok Cech-Stone kompaktifikációját. Az egy félcsoport. Nem csoport, de fél. Fogod az X ultrafiltert és az Y ultrafiltert és a szorzatuk úgy van definiálva, hogy egy A részhalmaz akkor van benne XY-ben, ha Y-sok eltoltja X-beli. Elég creepy, de ez tényleg félcsoport és a folytonossági tulajdonság is megvan benne.
4. Tehát az Ellis-Numakura Lemma szerint vannak idempotens ultrafilterek. Ezek tehát olyan ultrafilterek, hogy akkor van bennük egy részhalmaz, ha ultrasok eltoltjuk is benne van.
5. A természetes számok egy részhalmaza Hindman-nagy, ha van benne egy végtelen részhalmaz, aminek minden véges részösszege is benne van a halmazban. Állítás: egy idempotens ultrafilter minden egyes eleme Hindman-nagy. Ez pedig elég a Hindman-tételhez, hiszen ha véges sok színnel kiszínezzük a természetes számokat, akkor legalább az egyik színosztály a kedvenc ultrafilterünkben lesz.
6. Vegyük tehát az X idempotens ultrafiltert és ennek egy A elemét. Róla szeretnénk bebizonyítani, hogy Hindman-nagy. Legyen A halmaz duálisa az az A* halmaz, ami pont azokból az elemekből áll, akikkel eltolva A-t X-ben maradunk. Mivel X idempotens A* is benne van X-ben. Vegyük tehát A és A* metszetét. Ez egy végtelen halmaz (triviális módon idempotens ultrafilter nem lehet principális) vegyünk belőle egy x0 elemet. És most vegyük az A-x0 halmaz metszetét az A-val és nevezzük el A1-nek. Az idempotens tulajdonság miatt A1 is benne van az ultrafilterben.
7. Most vegyük az A1 duálisának metszetét A1-gyel és vegyünk belőle egy x1 elemet, ami nagyobb, mint x0. És induktíve konstruáljuk meg az x0, x1,.... sorozatot. Könnyű látni, hogy minden véges kombinációjuk az A halmazban van. Tehát az A halmaz Hindman-nagy.
Ha el nem basztam, ahogy az egyszeri székely favágó mondta volt.... Aránylag sok helyen van ez leírva, ha valakit érdekelnek a részletek. A barbadosi cucc jó.
