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/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / math / 17384 < prev    next >
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Text File  |  1992-12-23  |  10.2 KB  |  200 lines

  1. Newsgroups: sci.math
  2. Path: sparky!uunet!spool.mu.edu!darwin.sura.net!sgiblab!smsc.sony.com!markc
  3. From: markc@smsc.sony.com (Mark Corscadden)
  4. Subject: Re: The Continuum Hypothesis:  Must it be {True or False}, or Not?
  5. Message-ID: <1992Dec24.034938.11339@smsc.sony.com>
  6. Organization: Sony Microsystems Corp, San Jose, CA
  7. References: <1992Dec9.183849.13004@nas.nasa.gov> <1992Dec11.162239.8548@cadkey.com> <1992Dec14.200024.6435@nas.nasa.gov>
  8. Date: Thu, 24 Dec 92 03:49:38 GMT
  9. Lines: 189
  10.  
  11. In article <1992Dec14.200024.6435@nas.nasa.gov> asimov@wk223.nas.nasa.gov (Daniel A. Asimov) writes:
  12. >       Do people buy this, that FLT must be {true or false}, regardless of
  13. >       whether it is provably true or false (i.e., decidable)?
  14. >Dan Asimov
  15.  
  16. In email, Dan suggested using the phrase "having determinate truth-value"
  17. to say that a proposition must be {true or false}, regardless of whether
  18. it is provably true or false.
  19.  
  20. I'll shorten this, simply saying that such a proposition is "determinate".
  21.  
  22. To answer Dan's question, I buy - beyond any doubt - that FLT is
  23. determinate.  On the other hand I can't convince myself that CH (the
  24. Continuum Hypothesis) is determinate, but at the same time I can't
  25. find any necessary reason to believe that CH is indeterminate either.
  26.  
  27. Thinking about the difference between FLT and CH, I came up with a
  28. sufficient (to me) condition that a statement be determinate, though
  29. I have no reason to think that this condition is necessary.  This
  30. condition is described below along with the rationale behind it.  Does
  31. anyone recognize the condition below as matching something they've seen
  32. elsewhere, perhaps in a different context?  Any feelings about whether
  33. you agree with me that this really is a sufficient condition for a
  34. statement to be determinate?
  35.  
  36. Roughly put, the condition says, "If you are talking about objects which
  37. can be completely identified by asking finite questions concerning them,
  38. and if you are using only properties defined in terms of such questions
  39. and the usual quantifiers, then any statement you make is determinate."
  40. A more precise formulation is given below.
  41.  
  42. Most important of all, can anyone present an example of a proposition
  43. which does *not* satisfy the condition below, along with an argument
  44. that their proposition is nevertheless determinate?  How about a
  45. proposition that does satisfy the condition, along with an argument
  46. that said proposition is indeterminate?
  47.  
  48. To talk about this you need to use some framework, so I'll use ZFC set
  49. theory which is a pretty well-known framework.  The discussion doesn't
  50. seem to require anything more than naive set theory, but it should always
  51. be possible to explicitly ground this stuff in ZFC if the extra precision
  52. is necessary for some reason.
  53.  
  54. My condition says in part that your mathematical object must be completely
  55. identified by some class of finite questions having finite answers; call
  56. these specific questions the *basis* questions.  By Godel-numbering the
  57. basis questions and by expanding the set of questions in a mechanical way,
  58. you can transform the questions into non-negative integers and the answers
  59. can be limited to {yes , no} without loosing any generality.  Let X be the
  60. set of objects concerning which you wish to make determinate statements,
  61. and let F(x) give, for each object x, the answer to any *basis* question
  62. which can be asked concerning x.  Then my condition begins with these two
  63. requirements:
  64.  
  65. (1) "F(x) provides the answers to all basis questions about x."
  66.     There is a set X and a function F that assigns to each x in X
  67.     a map F(x): N -> {yes,no}, where N is the set of non-negative
  68.     integers.
  69.  
  70. (2) "The basis questions completely describe any given object."
  71.     The identity of x (an element of X) is completely determined
  72.     by the map F.  That is, the function F is injective (1-to-1).
  73.  
  74. Now create a universe of discourse U by adjoining to X a copy of the natural
  75. numbers N.  Use the two atomic predicates A(n,m,p) (meaning n+m=p) and
  76. M(n,m,p) (meaning n*m=p) to allow you to talk about basic properties of
  77. the natural numbers.  Then add one additional atomic predicate P(n,x) for
  78. use in talking about the original objects from the set X.  The meaning of
  79. P(n,x) is:
  80.  
  81.         n is a natural number
  82.         x is an object from the original set X
  83.         F(x) maps n to "yes".
  84.  
  85. Then my sufficient (and possibly necessary???) condition that a statement
  86. be determinate ends with this third and final requirement:
  87.  
  88. (3) The statement can be expressed using the atomic predicates above, along
  89.     with the usual quantifiers and logical connectives.
  90.  
  91.  
  92. I can't prove that this is a sufficient condition for a statement to be
  93. determinate, but then again I can't imagine a counterexample that meets
  94. the conditions above and yet can be argued to be indeterminate.  I would
  95. love to be floored by someone with a nice counterexample.
  96.  
  97. Also I can't think of any examples that don't meet the conditions above
  98. and yet seem to me to be determinate of necessity, but again I'd love to
  99. be floored by a nice example.  Actually in this case, what is really needed
  100. is a broad class of statements all of which are determinate even though
  101. the conditions (1) - (3) are not in effect.  (Isolated statements which
  102. are determinate can always be manufactured by "ignoring" interesting
  103. properties and saying something trivial.)
  104.  
  105. Note that my conditions (1) - (3) immediately force me to believe that
  106. all statements which can be made about natural numbers using the usual
  107. language of elementary number theory are determinate, which trivially
  108. includes FLT.  For those who took the time to follow all this so far
  109. but find it a bit abstract, here is an important example where the
  110. universe of discourse has cardinality greater than that of N, the set
  111. of natural numbers.
  112.  
  113. Let the (primary) universe of discourse, X, be the set of all *subsets*
  114. of N.  Actually this example is the one that guided me when I invented
  115. the conditions (1) - (3).  When I visualize a generic subset of natural
  116. numbers I can picture it as a series, for example
  117.  
  118.         { 3, 4, 7, 12, 13, 17, 24, 27, 28, ... }.
  119.  
  120. This mental image of a generic subset of natural numbers is "complete"
  121. to me - in the sense that *any* specific issue that is relevant to the
  122. identity of such a subset must be settled by the contents of the mental
  123. image at *some* point, if the image is extended far enough; and there is
  124. nothing that prevents me from imagining that the image can be extended
  125. (in principle) to any degree that is necessary.
  126.  
  127. After thinking about this, I decided that you could capture the essence
  128. of what is going on above by saying that you have a certain type of question
  129. which you can ask about a given subset of N, namely this type of question:
  130.  
  131.         is 0 in the subset?
  132.         is 1 in the subset?
  133.         is 2 in the subset?
  134.         is 3 in the subset?
  135.  
  136. and *anything* that is relevant to the identity of such a subset must
  137. be addressed by one or more questions of this type.  Another important part
  138. of the intuition I was trying to capture was that any element of a mental
  139. image I might have that is truly clear should be something that I can
  140. express to another person - which requires the ability to provide a
  141. finite description of some kind.
  142.  
  143. Getting back to the example, the universe of discourse U consists of all
  144. *subsets* of N, with the *elements* of N thrown in for good measure.  The
  145. meaning of the atomic predicate P(n,x) is, "the number n is a member of
  146. the subset x".  Then you immediately have the following kinds of statements
  147. which are all determinate:
  148.  
  149.         for all x, 0 is a member of x                           (false)
  150.         for all x, if 0 is in x then 1 is in x                  (false)
  151.         there is an x such that 0 is in x                       (true)
  152.  
  153. In addition, you can define "x is a subset of y" using the open sentence:
  154.  
  155.         for all n, if n is a member of x, then n is a member of y
  156.  
  157. so any statements which are built up out of quantifiers and the relation
  158. "subset of" will also all be determinate.  I wonder whether the predicate
  159. "n is an element of x" is really sufficient to allow you to say a broad
  160. class of interesting things about this universe of discourse, though.
  161. If not, then all propositions may turn out to be determinate simply because
  162. you can't state any of the interesting propositions under these restrictions.
  163. I know too little about this particular universe of discourse to venture
  164. an opinion - as far as I know it is not studied for its own sake by
  165. anyone.  Contrast the universe of discourse consisting of N itself, which
  166. has been heavily studied for its own sake.  I believe that having just the
  167. two atomic predicates A(n,m,p) and M(n,m,p) is sufficient to allow you to
  168. form the interesting propositions concerning N, but I really don't know
  169. much about this particular kind of foundation issue.
  170.  
  171. Anyway, there are consequences of using my conditions (1) - (3) that seem
  172. very arbitrary and bizarre to me, namely the limit on the cardinality of
  173. the set X (the primary universe of discourse).  The condition (2) that F
  174. be injective implies that the cardinality cannot exceed the cardinality
  175. of the continuum.  The example where X = "the set of all subsets of N" has
  176. an F which is also surjective (onto) so it represents a universe of maximal
  177. cardinality.  It seems odd to me that having *all* (quantified) statements
  178. be determinate would require this peculiar restriction on the cardinality
  179. of the universe of discourse, but I don't have any good example in hand of
  180. a larger universe where indeterminate statements cannot be formed
  181. regardless of how quantifiers and some interesting set of atomic predicates
  182. are used.
  183.  
  184. Oh well, this question of the "determinateness" of mathematical statements
  185. seems very, very, important to me.  Which types of statements are
  186. determinate?  Why?  And yet I know that a lot of people with extreme
  187. beliefs in one direction or the other will see most of my discussion
  188. as meaningless.
  189.  
  190. Are there people out there who share my feelings about how important
  191. the question of determinateness is, and understand what is troubling me
  192. well enough to provide insight?  Even if they think that my concerns are
  193. ultimately misguided?  And does anyone recognize my conditions (1) - (3)
  194. as being equivalent to something else that they are already familiar with
  195. which comes up naturally in conjunction with logic or determinateness?
  196.  
  197. Mark Corscadden
  198. markc@smsc.sony.com
  199. work: (408)944-4086
  200.