多様体と幾何学

松本『多様体の基礎』から始めて、松島『多様体入門』、志賀『多様体論』まで、制覇します。

ツォルンの補題

 現在2022年8月28日12時47分である。(この投稿は、ほぼ2234文字)

麻友「2日に、またがった、ベートーヴェンヴァイオリン協奏曲のデート、楽しんだわ。それで、今日は、数学?」

私「数学者が認めるレヴェルで、証明を書く。とか言ったんだけど、数学の本が、どのくらいなのか、一応、見せておこうと、思ったんだ。前から、選択公理、ツォルンの補題、ツェルメロの整列可能定理が、同値だという話は、チラチラしている。選択公理は、公理なんだから、認めるとして、ツォルンの補題は、どうやって証明するのか? これ、全然分からなくても、悲観しなくていいよ。私自身、大学に入って、川口周君のゼミで、『代数概論』を、読み始めて、出くわした。分からないまま、ゼミに行ったら、川口君が、

川口「これ、分かりました?」

私「なんか、並べられるとか」

川口「本で、説明を、見つけたんですけど、5ページくらい証明があって、準備できませんでした」

と、言ったくらいだから、無菌状態にいた麻友さん達が、分かるレヴェルではない」

結弦「その証明は、どの本の?」

私「

彌永昌吉・彌永健一『集合と位相』(岩波基礎数学選書)

という本のものだ」

若菜「その本のレヴェルは、この前の本のレヴェルで、どれくらいですか?」

私「難しさ5.だな。ノート取ってても、分からないところがある」

結弦「ちょっと、見せてよ」




以上が、ツォルンの補題の証明。そして、選択公理とツォルンの補題の同値性が、前ページの下から、以下。



最後に、超限帰納法と、ツェルメロの整列可能定理が、96ページ半ばから、98ページ半ばまで、



これ。著者が、これは、当たり前と思って、証明を飛ばしたようだけど、全然当たり前でないところが、何カ所もある」

麻友「なんで、そんな本で、勉強するの?」

私「このくらいのレヴェルになると、『素晴らしく分かる!~』とか、『答案にそのまま書ける!~』というような本には、証明が書かれていないんだ。それに、難しさ5.の本が読めないと、数学の本当に面白い本が、読めないんだ」

麻友「いっぱい書き込んでるけど、太郎さんのノートで、ギャップを補うと、どれくらいのページ数になるの?」

私「ツォルンの補題の証明だけで、ひとつき20ページ必要とした」


若菜「お父さんでも、そうなんだと、思うと、ホッとしますが、その先に、数学は、あるんですねぇ」

結弦「その、証明。飛ばすことは、できないの?」

私「できるよ。『数学者のほとんどが、認めてるんだし、改めて、証明しなくても、いいんじゃない?』って、立場に立つということだよね」

麻友「そういう数学の築き方って、あるの?」

私「大学の理学部に入ったほとんどの学生が、その洗礼を受ける。高校まで、数学で分からないことのなかった学生達が、『こんな書き方された、数学の本、読める人間いるのか?』という思いをする」

若菜「お父さんもそうだった?」

私「認めざるを、得ない。実際そうだったから」

結弦「どうやって、乗り越えるの?」

私「ツォルンの補題のような、取り敢えず認めなければならないものを、いくつか認め、数学の本の書き方に慣れる。1,2カ月もすれば、『ああ、こういうものなんだ』と、分かってくる」

若菜「でも、無理矢理認めたものは?」

私「それは、頭の片隅にあるけど、差し当たって、目の前の問題には、関係ない。そういう妥協をした方が、進むのも速い」


結弦「今日、この話を、したのは?」

私「『解析入門Ⅰ』を、読んで行くに当たって、大学の数学のレヴェルを、改めて知っておいて欲しかったから」

麻友「太郎さんの数学の話なんて、真面目に読んでないわよ」

若菜「寂しがってたのに」

麻友「冗談じゃない」

若菜「お母さん、約束だった算数。楽しみにしていたんですよ」


私「ああ、あれなあ。続けようか」

若菜「お父さん、今朝、小雨の中、朝ご飯買いに行ったとき、ファミリーマートの横の、工事したばかりのセメントの路肩で、滑って転んだでしょ」

私「良く知ってるな」

若菜「打ち身はあったでしょうけど、全く怪我をしなかったでしょう」

私「うん。まだ50歳って、若いんだなと、自信を取り戻した」

若菜「お母さんが、魔法で、肩の骨が折れるのを、守ったんです。お母さん、いつも、お父さんのこと、見ているんですよ」

私「確かに、思いっきり、滑ったからなあ。セメントの表面が工事したてで新しくて、雨がかかったから、ツルツルだったんだ。麻友さんが、肩を守ってくれたのか。ありがたい。こんな時期に、肩にギプスはめるの嫌だものなあ」

麻友「全部は、やらなくていい。『AKB48中学数学』やってくれたら、読む」

私「分かった。今日のこの投稿は、麻友さんが、魔法で作ったんだな。応えてみせるよ」

若菜・結弦「バイバーイ」

麻友「バイバイ」

私「バイバイ」

 現在2022年8月28日15時25分である。おしまい。