Knowledge

Fixed-point lemma for normal functions

Source 📝

766:
The continuity of the normal function implies the class of fixed points is closed (the supremum of any subset of the class of fixed points is again a fixed point). Thus the fixed point lemma is equivalent to the statement that the fixed points of a normal function form a
462: 305: 1177: 1234: 898: 1288: 1061: 1356: 986: 148: 812: 931: 1087: 726: 174: 761: 657: 1313: 1012: 1376: 240: 220: 1418: 832: 680: 1398: 700: 622: 575: 512: 489: 1107: 852: 595: 552: 532: 373: 349: 329: 196: 100: 73: 1492: 662:
The fixed point lemma states that the class of fixed points of any normal function is nonempty and in fact is unbounded: given any ordinal
381: 245: 1115: 1183: 857: 1240: 1017: 1572: 1567: 1321: 936: 32: 1562: 109: 782: 903: 1066: 705: 153: 731: 627: 24: 1294: 991: 1536: 1528: 1488: 1361: 225: 205: 1403: 817: 665: 1518: 1383: 685: 607: 557: 494: 471: 1447: 76: 48: 28: 1092: 837: 580: 537: 517: 358: 334: 314: 181: 85: 58: 854:
commutes with suprema. Given these results, inductively define an increasing sequence
1556: 1502: 1481: 36: 52: 1532: 577:
is a limit ordinal then the equality follows from the continuous property of
1464:. In fact, the lemma shows that there is a closed, unbounded class of such 768: 352: 1544: 1540: 1400:
found in this way is the smallest fixed point greater than or equal to
1523: 1507:"Continuous increasing functions of finite and transfinite ordinals" 1506: 457:{\displaystyle f(\sup A)=\sup f(A)=\sup\{f(\alpha ):\alpha \in A\}} 300:{\displaystyle f(\lambda )=\sup\{f(\alpha ):\alpha <\lambda \}} 1172:{\displaystyle f(\beta )=f(\sup _{n<\omega }\alpha _{n})} 1318:
The last equality follows from the fact that the sequence
1229:{\displaystyle \qquad =\sup _{n<\omega }f(\alpha _{n})} 893:{\displaystyle \langle \alpha _{n}\rangle _{n<\omega }} 1283:{\displaystyle \qquad =\sup _{n<\omega }\alpha _{n+1}} 534:
and the equality follows from the increasing property of
1056:{\displaystyle \beta =\sup _{n<\omega }\alpha _{n}} 1406: 1386: 1364: 1324: 1297: 1243: 1186: 1118: 1095: 1069: 1020: 994: 939: 906: 860: 840: 820: 785: 734: 708: 688: 668: 630: 610: 583: 560: 540: 520: 497: 474: 384: 361: 337: 317: 248: 228: 208: 184: 156: 112: 88: 61: 1480: 1412: 1392: 1370: 1350: 1307: 1282: 1228: 1171: 1101: 1081: 1055: 1006: 980: 925: 892: 846: 826: 806: 755: 720: 694: 674: 651: 616: 589: 569: 546: 526: 506: 483: 456: 367: 343: 323: 299: 234: 214: 190: 168: 142: 94: 67: 35:(Levy 1979: p. 117). It was first proved by 1249: 1192: 1141: 1028: 561: 498: 475: 421: 403: 391: 264: 1351:{\displaystyle \langle \alpha _{n}\rangle _{n}} 779:The first step of the proof is to verify that 1380:As an aside, it can be demonstrated that the 8: 1339: 1325: 981:{\displaystyle \alpha _{n+1}=f(\alpha _{n})} 875: 861: 451: 424: 294: 267: 1522: 1405: 1385: 1363: 1342: 1332: 1323: 1296: 1268: 1252: 1242: 1217: 1195: 1185: 1160: 1144: 1117: 1094: 1068: 1047: 1031: 1019: 993: 969: 944: 938: 911: 905: 878: 868: 859: 839: 819: 784: 733: 707: 687: 667: 629: 609: 582: 559: 539: 519: 496: 473: 383: 360: 336: 316: 247: 227: 207: 183: 155: 111: 87: 60: 143:{\displaystyle f(\alpha )<f(\beta )} 807:{\displaystyle f(\gamma )\geq \gamma } 21:fixed-point lemma for normal functions 7: 926:{\displaystyle \alpha _{0}=\alpha } 604:of a normal function is an ordinal 1082:{\displaystyle \beta \geq \alpha } 721:{\displaystyle \beta \geq \alpha } 242:is neither zero nor a successor), 14: 1450:). Thus, there exists an ordinal 169:{\displaystyle \alpha <\beta } 756:{\displaystyle f(\beta )=\beta } 652:{\displaystyle f(\beta )=\beta } 1298: 1244: 1187: 43:Background and formal statement 16:Mathematical result on ordinals 1308:{\displaystyle \qquad =\beta } 1223: 1210: 1166: 1137: 1128: 1122: 975: 962: 795: 789: 744: 738: 640: 634: 436: 430: 415: 409: 397: 388: 279: 273: 258: 252: 137: 131: 122: 116: 1: 1007:{\displaystyle n\in \omega } 491:is a successor ordinal then 1497:. Republished, Dover, 2002. 1589: 682:, there exists an ordinal 202:: for every limit ordinal 1109:commutes with suprema, 1371:{\displaystyle \square } 311:It can be shown that if 235:{\displaystyle \lambda } 215:{\displaystyle \lambda } 1413:{\displaystyle \alpha } 827:{\displaystyle \gamma } 675:{\displaystyle \alpha } 355:; for any nonempty set 1511:Trans. Amer. Math. Soc 1414: 1394: 1393:{\displaystyle \beta } 1372: 1352: 1309: 1284: 1230: 1173: 1103: 1083: 1057: 1008: 982: 927: 894: 848: 828: 808: 757: 722: 696: 695:{\displaystyle \beta } 676: 653: 618: 617:{\displaystyle \beta } 591: 571: 570:{\displaystyle \sup A} 548: 528: 508: 507:{\displaystyle \sup A} 485: 484:{\displaystyle \sup A} 458: 369: 345: 325: 301: 236: 216: 192: 170: 144: 96: 75:from the class Ord of 69: 31:has arbitrarily large 1415: 1395: 1373: 1353: 1310: 1285: 1231: 1174: 1104: 1084: 1058: 1009: 983: 928: 895: 849: 829: 809: 758: 723: 697: 677: 654: 619: 592: 572: 549: 529: 509: 486: 459: 370: 346: 326: 302: 237: 217: 193: 171: 145: 97: 79:to itself such that: 70: 23:is a basic result in 1573:Lemmas in set theory 1568:Fixed-point theorems 1404: 1384: 1362: 1322: 1295: 1241: 1184: 1116: 1093: 1089:. Moreover, because 1067: 1018: 992: 937: 904: 858: 838: 818: 783: 769:closed and unbounded 732: 706: 686: 666: 628: 608: 581: 558: 538: 518: 495: 472: 382: 359: 335: 315: 246: 226: 206: 182: 154: 110: 86: 59: 25:axiomatic set theory 1432: : Ord → Ord, 1424:Example application 104:strictly increasing 1410: 1390: 1368: 1348: 1305: 1280: 1263: 1226: 1206: 1169: 1155: 1099: 1079: 1053: 1042: 1004: 978: 923: 890: 844: 824: 804: 753: 718: 692: 672: 649: 614: 587: 567: 544: 524: 504: 481: 454: 365: 341: 321: 297: 232: 212: 188: 166: 140: 92: 65: 1494:978-0-387-08417-6 1479:Levy, A. (1979). 1248: 1191: 1140: 1102:{\displaystyle f} 1027: 847:{\displaystyle f} 814:for all ordinals 590:{\displaystyle f} 547:{\displaystyle f} 527:{\displaystyle A} 514:is an element of 368:{\displaystyle A} 344:{\displaystyle f} 324:{\displaystyle f} 191:{\displaystyle f} 95:{\displaystyle f} 68:{\displaystyle f} 27:stating that any 1580: 1548: 1543:. Available via 1526: 1498: 1486: 1483:Basic Set Theory 1419: 1417: 1416: 1411: 1399: 1397: 1396: 1391: 1377: 1375: 1374: 1369: 1357: 1355: 1354: 1349: 1347: 1346: 1337: 1336: 1314: 1312: 1311: 1306: 1289: 1287: 1286: 1281: 1279: 1278: 1262: 1235: 1233: 1232: 1227: 1222: 1221: 1205: 1178: 1176: 1175: 1170: 1165: 1164: 1154: 1108: 1106: 1105: 1100: 1088: 1086: 1085: 1080: 1062: 1060: 1059: 1054: 1052: 1051: 1041: 1013: 1011: 1010: 1005: 987: 985: 984: 979: 974: 973: 955: 954: 932: 930: 929: 924: 916: 915: 899: 897: 896: 891: 889: 888: 873: 872: 853: 851: 850: 845: 833: 831: 830: 825: 813: 811: 810: 805: 762: 760: 759: 754: 727: 725: 724: 719: 701: 699: 698: 693: 681: 679: 678: 673: 658: 656: 655: 650: 623: 621: 620: 615: 596: 594: 593: 588: 576: 574: 573: 568: 553: 551: 550: 545: 533: 531: 530: 525: 513: 511: 510: 505: 490: 488: 487: 482: 463: 461: 460: 455: 374: 372: 371: 366: 350: 348: 347: 342: 330: 328: 327: 322: 306: 304: 303: 298: 241: 239: 238: 233: 221: 219: 218: 213: 197: 195: 194: 189: 175: 173: 172: 167: 149: 147: 146: 141: 101: 99: 98: 93: 74: 72: 71: 66: 1588: 1587: 1583: 1582: 1581: 1579: 1578: 1577: 1563:Ordinal numbers 1553: 1552: 1551: 1524:10.2307/1988605 1501: 1495: 1478: 1474: 1463: 1448:initial ordinal 1446:is normal (see 1445: 1426: 1402: 1401: 1382: 1381: 1360: 1359: 1338: 1328: 1320: 1319: 1293: 1292: 1264: 1239: 1238: 1213: 1182: 1181: 1156: 1114: 1113: 1091: 1090: 1065: 1064: 1043: 1016: 1015: 990: 989: 965: 940: 935: 934: 907: 902: 901: 874: 864: 856: 855: 836: 835: 816: 815: 781: 780: 777: 730: 729: 704: 703: 684: 683: 664: 663: 626: 625: 606: 605: 579: 578: 556: 555: 536: 535: 516: 515: 493: 492: 470: 469: 380: 379: 357: 356: 333: 332: 331:is normal then 313: 312: 244: 243: 224: 223: 204: 203: 180: 179: 152: 151: 108: 107: 84: 83: 77:ordinal numbers 57: 56: 49:normal function 45: 29:normal function 17: 12: 11: 5: 1586: 1584: 1576: 1575: 1570: 1565: 1555: 1554: 1550: 1549: 1517:(3): 280–292. 1499: 1493: 1475: 1473: 1470: 1459: 1441: 1425: 1422: 1409: 1389: 1367: 1345: 1341: 1335: 1331: 1327: 1316: 1315: 1304: 1301: 1290: 1277: 1274: 1271: 1267: 1261: 1258: 1255: 1251: 1247: 1236: 1225: 1220: 1216: 1212: 1209: 1204: 1201: 1198: 1194: 1190: 1179: 1168: 1163: 1159: 1153: 1150: 1147: 1143: 1139: 1136: 1133: 1130: 1127: 1124: 1121: 1098: 1078: 1075: 1072: 1050: 1046: 1040: 1037: 1034: 1030: 1026: 1023: 1003: 1000: 997: 977: 972: 968: 964: 961: 958: 953: 950: 947: 943: 922: 919: 914: 910: 887: 884: 881: 877: 871: 867: 863: 843: 823: 803: 800: 797: 794: 791: 788: 776: 773: 752: 749: 746: 743: 740: 737: 717: 714: 711: 691: 671: 648: 645: 642: 639: 636: 633: 613: 586: 566: 563: 543: 523: 503: 500: 480: 477: 466: 465: 453: 450: 447: 444: 441: 438: 435: 432: 429: 426: 423: 420: 417: 414: 411: 408: 405: 402: 399: 396: 393: 390: 387: 364: 351:commutes with 340: 320: 309: 308: 296: 293: 290: 287: 284: 281: 278: 275: 272: 269: 266: 263: 260: 257: 254: 251: 231: 211: 187: 177: 165: 162: 159: 139: 136: 133: 130: 127: 124: 121: 118: 115: 91: 64: 44: 41: 15: 13: 10: 9: 6: 4: 3: 2: 1585: 1574: 1571: 1569: 1566: 1564: 1561: 1560: 1558: 1546: 1542: 1538: 1534: 1530: 1525: 1520: 1516: 1512: 1508: 1504: 1500: 1496: 1490: 1485: 1484: 1477: 1476: 1471: 1469: 1467: 1462: 1457: 1453: 1449: 1444: 1439: 1435: 1431: 1428:The function 1423: 1421: 1407: 1387: 1378: 1365: 1343: 1333: 1329: 1302: 1299: 1291: 1275: 1272: 1269: 1265: 1259: 1256: 1253: 1245: 1237: 1218: 1214: 1207: 1202: 1199: 1196: 1188: 1180: 1161: 1157: 1151: 1148: 1145: 1134: 1131: 1125: 1119: 1112: 1111: 1110: 1096: 1076: 1073: 1070: 1048: 1044: 1038: 1035: 1032: 1024: 1021: 1001: 998: 995: 970: 966: 959: 956: 951: 948: 945: 941: 920: 917: 912: 908: 885: 882: 879: 869: 865: 841: 821: 801: 798: 792: 786: 774: 772: 770: 764: 750: 747: 741: 735: 715: 712: 709: 689: 669: 660: 646: 643: 637: 631: 611: 603: 598: 584: 564: 541: 521: 501: 478: 448: 445: 442: 439: 433: 427: 418: 412: 406: 400: 394: 385: 378: 377: 376: 375:of ordinals, 362: 354: 338: 318: 291: 288: 285: 282: 276: 270: 261: 255: 249: 229: 209: 201: 185: 178: 163: 160: 157: 134: 128: 125: 119: 113: 105: 89: 82: 81: 80: 78: 62: 54: 50: 42: 40: 38: 37:Oswald Veblen 34: 30: 26: 22: 1514: 1510: 1487:. Springer. 1482: 1465: 1460: 1455: 1451: 1442: 1437: 1433: 1429: 1427: 1379: 1358:increases. 1317: 778: 765: 661: 601: 599: 467: 310: 199: 103: 46: 33:fixed points 20: 18: 900:by setting 602:fixed point 468:Indeed, if 1557:Categories 1503:Veblen, O. 1472:References 1454:such that 702:such that 624:such that 200:continuous 1533:0002-9947 1408:α 1388:β 1366:◻ 1340:⟩ 1330:α 1326:⟨ 1303:β 1266:α 1260:ω 1215:α 1203:ω 1158:α 1152:ω 1126:β 1077:α 1074:≥ 1071:β 1045:α 1039:ω 1022:β 1002:ω 999:∈ 967:α 942:α 921:α 909:α 886:ω 876:⟩ 866:α 862:⟨ 834:and that 822:γ 802:γ 799:≥ 793:γ 751:β 742:β 716:α 713:≥ 710:β 690:β 670:α 647:β 638:β 612:β 446:∈ 443:α 434:α 292:λ 286:α 277:α 256:λ 230:λ 210:λ 164:β 158:α 150:whenever 135:β 120:α 55:function 39:in 1908. 1505:(1908). 1541:1988605 771:class. 353:suprema 1539:  1531:  1491:  1014:. Let 933:, and 222:(i.e. 1545:JSTOR 1537:JSTOR 1440:) = ω 1063:, so 775:Proof 554:. If 53:class 51:is a 1529:ISSN 1489:ISBN 1257:< 1200:< 1149:< 1036:< 988:for 883:< 728:and 289:< 161:< 126:< 19:The 1519:doi 1458:= ω 1250:sup 1193:sup 1142:sup 1029:sup 562:sup 499:sup 476:sup 422:sup 404:sup 392:sup 265:sup 198:is 102:is 1559:: 1535:. 1527:. 1513:. 1509:. 1468:. 1420:. 763:. 659:. 600:A 597:. 106:: 47:A 1547:. 1521:: 1515:9 1466:θ 1461:θ 1456:θ 1452:θ 1443:α 1438:α 1436:( 1434:f 1430:f 1344:n 1334:n 1300:= 1276:1 1273:+ 1270:n 1254:n 1246:= 1224:) 1219:n 1211:( 1208:f 1197:n 1189:= 1167:) 1162:n 1146:n 1138:( 1135:f 1132:= 1129:) 1123:( 1120:f 1097:f 1049:n 1033:n 1025:= 996:n 976:) 971:n 963:( 960:f 957:= 952:1 949:+ 946:n 918:= 913:0 880:n 870:n 842:f 796:) 790:( 787:f 748:= 745:) 739:( 736:f 644:= 641:) 635:( 632:f 585:f 565:A 542:f 522:A 502:A 479:A 464:. 452:} 449:A 440:: 437:) 431:( 428:f 425:{ 419:= 416:) 413:A 410:( 407:f 401:= 398:) 395:A 389:( 386:f 363:A 339:f 319:f 307:. 295:} 283:: 280:) 274:( 271:f 268:{ 262:= 259:) 253:( 250:f 186:f 176:. 138:) 132:( 129:f 123:) 117:( 114:f 90:f 63:f

Index

axiomatic set theory
normal function
fixed points
Oswald Veblen
normal function
class
ordinal numbers
suprema
closed and unbounded
initial ordinal
Basic Set Theory
ISBN
978-0-387-08417-6
Veblen, O.
"Continuous increasing functions of finite and transfinite ordinals"
doi
10.2307/1988605
ISSN
0002-9947
JSTOR
1988605
JSTOR
Categories
Ordinal numbers
Fixed-point theorems
Lemmas in set theory

Text is available under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. Additional terms may apply.