Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Конспект по матлогике

.pdf
Скачиваний:
72
Добавлен:
16.04.2015
Размер:
768 Кб
Скачать
☆

Оглавление

1.

Вычисление валентности логических связок. Двузначная и многозначная логика Поста. .......................

2

2.

Понятие пропозициональной формулы и кванторная пропозициональной формулы ...............................

2

3.

Теорема о представлении булевой функции через 3 логических связки.............................................................

3

4.

Теорема о представлении булевой функции через 2 логические связки.............................................................

3

5.

Теорема о представлении булевой функции через одну логическую связку.....................................................

4

6.

Область действия вхождения кванторов................................................................................................................................

4

7.

Свободные и связанные вхождения переменных..............................................................................................................

5

8.

Вывод секвенций и её логическая и числовая интерпретация..................................................................................

5

9.

Терм в сигнатуре. Свобода для подстановки терма вместо всех вхождений переменных.........................

8

10.

Атомарная формула. Бескванторная атомарная формула. Предикатная формула.........................................

8

11.

Семантическая обоснованность исчисления предикатов. Полнота пропозиционального

 

 

секвенциального исчисления .......................................................................................................................................................

9

12.

Аксиомы равенства и согласованности с ними...................................................................................................................

9

13.

Аксиомы элементарной теории чисел ..................................................................................................................................

10

14.

Первая теорема Гёделя о неполноте арифметики..........................................................................................................

10

15.

Вторая теорема Гёделя о неполноте арифметики (формулировка) ....................................................................

10

16.

Машина Тьюринга. Недетерминированная машина Тьюринга. Определение времени и памяти

 

 

машины Тьюринга............................................................................................................................................................................

11

17.

Полиномиальная m-сводимость...............................................................................................................................................

12

18.

NP-полная задача. Примеры........................................................................................................................................................

12

19.

NP-полнота задачи 3-ВЫП............................................................................................................................................................

12

20.

NP-полнота задачи проверки системы полиномов Жегалкина ..............................................................................

13

21.

Полиномиально быстрые сравнения с нулём полинома Жегалкина ..................................................................

13

22.

Определение элементарных по Кальмару алгоритмов ...............................................................................................

13

23.

Определение примитивно-рекурсивных программ ......................................................................................................

13

24.

Определение паскалевидной функции. Примеры ..........................................................................................................

14

25.

Нормальный алгоритм Маркова...............................................................................................................................................

14

26.

Нормальный алгоритм Маркова с правилами Поста ....................................................................................................

15

27.

Простейшие теоремы о невозможности алгоритмов ...................................................................................................

15

28.

Алгоритмическая неразрешимость простейших массовых задач .........................................................................

15

29.

Определение алгоритмически неразрешимой проблемы .........................................................................................

16

30.

Проблема применимости..............................................................................................................................................................

16

31.

Непродолжимость универсального алгоритма до всюдуприменимого.............................................................

17

32.

Алгоритмическая неразрешимость равенства слов в полугруппе........................................................................

17

33.

Теорема Райса об инвариантных свойствах алгоритма ..............................................................................................

18

34.

Обобщенная теорема Райса (формулировка) ...................................................................................................................

18

35.

Определение конструктивных чисел и операций над ними................................................................................

18

36.

Правила сведения утверждений о корректности программ.....................................................................................

19

 

1

 

37.

Аксиомы теории множеств Цермело-Френкеля ..............................................................................................................

20

38.

Арифметика целых и рациональных чисел........................................................................................................................

20

39.

Смешанная и конечнозначная логика...................................................................................................................................

20

40.

Консервативность арифметики с большими числами.................................................................................................

21

41.

Проверка совместимости системы линейных неравенств ........................................................................................

21

42.

Неразрешимость секвенциального исчисления предикатов...................................................................................

21

43.

Неполнота любого исчисления для доказательства применимости универсального алгоритма ......

21

1.

Вычисление валентности логических связок. Двузначная и многозначная

 

логика Поста.

 

Логическая связка – операция над высказываниями или символ, обозначающий её Валентность – истинное значение или ложное

Валентность логических связок

 

 

 

¬

 

 

&

 

 

 

|

↓

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

И

 

Л

 

И

И

И

И

Л

Л

Л

И

Л

 

Л

 

Л

И

Л

Л

И

Л

И

Л

И

 

И

 

Л

И

И

Л

И

Л

И

Л

Л

 

И

 

Л

Л

И

И

И

И

Л

| ¬( & ) ¬ ¬ – символ Шеффера

↓ ¬( ) ¬ & ¬ – стрелка Пирса

(¬ )

( ) & ( )

¬( )

Двузначная логика Поста

1

– истина (1 (2))

0

– истина (0 (2))

0

– ложь (0 (2))

1

– ложь (1 (2))

Тогда логические операции выражаются полиномами:

 

 

¬ = 1 −

¬ = 1 −

& =

& = 1 − (1 − ) (1 − )

= 1 − (1 − ) (1 − )

=

Многозначная логика

{1, … , } -значная логика N – абсолютная истина

1 – абсолютная ложь

¬ = − + 1

& = min( , )

= max( , )

2.Понятие пропозициональной формулы и кванторная

пропозициональной формулы

Пропозициональная переменная – идентификатор (является именем утверждения), принимающий значение «И» или «Л» Бинарная логическая связка: &, , , , |, ↓

Сигнатура – набор операций, принятых в данной системе аксиом (< 1, … , >)

Пропозициональная формула:

1)Логическая константа («И», «Л»)

2)Пропозициональная переменная

2

3)¬ , где – пропозициональная формула

4)( )1, где , – пропозициональные формулы, – бинарная логическая связка

Кванторная пропозициональная формула (QBF):

1)Логическая константа («И», «Л»)

2)Пропозициональная переменная

3)¬ , где – пропозициональная формула

4)( ), где , – кванторные пропозициональные формулы, – бинарная логическая связка

5), , где – кванторная пропозициональная формула, – пропозициональная переменная, « » и « »– кванторы (других кванторов быть не может)

Постоянная пропозициональная формула – пропозициональная формула, не содержащая пропозициональных переменных

Параметрической пропозициональная формула – пропозициональная формула, содержащая пропозициональных переменных

3. Теорема о представлении булевой функции через 3 логических связки

Булевая функция – функция, определенная на наборе из n логических констант и принимающая в качестве значения логическую константу

Любая пропозициональная формула определяет булеву функцию:– пропозициональная формула1, … , – различные пропозициональные переменные

1, … , – булева функция « » (λ-исчисление)

( 1, … , ) = [ ] 11,…,,…, ( – n-местная подстановка)

Теорема Любую булеву функцию можно выразить через 3 логических связки: < ¬, &, >

□

В семантической таблице функции ( 1, … , ) ищем все строки, в которых результат функции «И» и для каждой из них выписываем формулу вида ( 1 1)& … &( ) , где 1, … , – последовательность логических констант в рассматриваемой строке. Затем объединяем эти формулы ( ) многократными дизъюнкциями 1 … . В итоге 1 … ( 1, … , )

■

Пример

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

( 1

И)&( 2

Л) ( 1&¬ 2) – строка #2

#

1

2

( 1, 2)

1

2

1

И

И

Л

Л

Л

2

( 1

Л)&( 2

И) (¬ 1& 2) – строка #3

2

И

Л

И

И

Л

Строки #1 и #4 дают результат «Л», потому не рассматриваются

3

Л

И

И

Л

И

( 1, 2) 1 2 ( 1&¬ 2) (¬ 1& 2)

4

Л

Л

Л

Л

Л

 

 

 

 

4. Теорема о представлении булевой функции через 2 логические связки

Законы де Моргана: ¬( & ) ¬ ¬ и ¬( ) ¬ & ¬

Теорема Любую булеву функцию можно выразить через 2 логических связки: < ¬, > или < ¬, & >

□

 

 

( )

¬(¬ &¬ )

( & )

¬(¬ ¬ )

И

И

И

И

И

И

1 Это минимальное количество скобок для сохранения однозначности. Дополнительные скобки будут лишними, а в случае, если отпустить эти, то из-за приоритета логических связок выражение потеряет первоначальный смысл. Например, конъюнкция выражений и будет & и не совпадает с ( )&( )

3

Достаточно проверить равнозначность формул

И

Л

И

И

Л

Л

(если они равнозначны, то данная теорема

Л

И

И

И

Л

Л

является следствием теоремы о выразимости

Л

Л

Л

Л

Л

Л

через 3 логических связки):

 

 

 

 

 

 

( ) ¬(¬ &¬ )

 

 

 

 

 

 

( & ) ¬(¬ ¬ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■

Теорема Через 2 логические связки < , & > не может быть выражена любая булевая функция

□

Если в формуле ( ) и принимают значение «И», то и значение формулы ( ) при { , &} будет «И» из двух «И» невозможно получить «Л»

■

5. Теорема о представлении булевой функции через одну логическую связку

Теорема Любую булевую функцию можно выразить через одну логическую связку (| или ↓)

□

 

¬ = |

¬ = ↓

& = (( | )|( | ))

& = ¬(¬ ↓ ¬ )

= ¬(¬ &¬ )

= ¬( ↓ )

■

Теорема Нет никаких логических связок, кроме | и ↓, через которые можно выразить булевую функцию.

□

Рассмотрим всевозможные случаи

 

 

 

|

 

 

 

¬

¬

 

 

 

 

↓

 

 

 

 

И

И

И

Л

И

И

И

Л

Л

Л

И

И

И

Л

Л

Л

И

Л

И

Л

И

И

Л

И

И

Л

И

И

Л

И

Л

Л

Л

И

Л

Л

Л

И

И

И

И

Л

И

И

Л

И

И

Л

Л

Л

И

Л

Л

Л

Л

Л

И

И

И

И

Л

И

И

Л

Л

Л

И

И

Л

Л

Л

Л

Через ¬ нельзя выразить все остальные.

Заметим, что в верхней строке не может быть «И», иначе не сможем выразить «Л». Аналогично в нижней строке не может быть «Л».

■

6. Область действия вхождения кванторов

Кванторный комплекс – строка вида: < квантор >< пропозициональная переменная >

Область действия вхождения квантора – формула, стоящая непосредственно вслед за кванторным комплексом, в который он входит

Подформула – часть формулы, стоящая в скобках

Область действия вхождения квантора – минимальная подформула формулы , которая начинается с данного вхождения квантора

Замечание При определении области действия предполагаем, что все скобки расставлены

Приоритет кванторов максимальный

Пример

( ( , , ) ( ( , ) ( , ))) ( , )

4

7. Свободные и связанные вхождения переменных

Предметная переменная – переменная для объектов

Вхождение предметной переменной в формулу называется связанным, если оно находится либо в кванторном комплексе, либо в области действия квантора по этой переменной

Вхождение предметной переменной в формулу называется свободным, если оно не связано

Пример

( ( , , ) ( )) ( , )

находится в области действия квантора переменной , но несвободное вхождение

не в области действия кванторасвободное вхождение

Формула называется чистой, если ни одна переменная в ней не имеет одновременно и связанных, и свободных вхождений

Постоянной формулой предикатного исчисления называется формула, в которой нет свободных вхождений предметных переменных и нет вхождений пропозициональных переменных

Переменная свободна для подстановки в формулу вместо свободных вхождений переменной , если никакое свободное вхождение не находится в области действия вхождения квантора по

8. Вывод секвенций и её логическая и числовая интерпретация

Секвенция – выражение вида Γ → Δ, где Γ и – конечные списки формул (могут быть пустыми)

Γ– антецедент

–сукцедент

Логическая интерпретация секвенций: при допущении списка формул Γ имеет место одна из возможностей списка формул ( (&Γ) ( ) )

Формульный образ секвенции:

Φ( 1 … → 1 … ) 1& … & 1 … = ¬ 1 … ¬ 1 …

Если список пустой, то пишем «Л»

Чтобы задать исчисление, нужно:

1)Алфавит ( = { 1, … , })

2)Множество формул – множество слов в алфавите , для которой имеется эффективная процедура проверки на формулу

3)Множество аксиом – подмножество множества формул

4)Правила вывода – конечное множество отношений над формулами, для каждого из которых все аргументы, кроме последнего, называются посылками правила, а последний аргумент – заключением правила

Алфавит в секвенциальном исчислении: пропозициональные переменные, И, Л, ¬, &, ,, , , |, ↓, →

Множество формул секвенциального исчислении – секвенции, состоящие из пропозициональных формул

Аксиомы в секвенциальном исчислении:

1)

Γ1 Л Γ2

→

 

2)

Γ → 1 И

2

3)

Γ1 Γ2

→

1 2

Правила вывода в секвенциальном исчислении:

5

В сукцедент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В антецедент

 

 

 

 

(→ ¬)

 

 

Γ1 Γ2→Δ1 2

 

 

 

 

(¬ →)

 

Γ1 Γ2→Δ1 2

 

Γ Γ →Δ ¬

2

 

 

 

 

 

Γ ¬ Γ →Δ

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

Γ→Δ1

2

 

 

 

 

 

 

 

(& →)

 

Γ1 Γ2→Δ

 

 

(→ &)

 

 

Γ→Δ1

2

 

 

 

 

 

 

 

Γ1 & Γ2→Δ

 

 

Γ→Δ &

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ→Δ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ

 

 

 

 

(→ )

 

2

 

 

 

 

 

 

 

( →)

 

 

Γ1 Γ2→Δ

 

 

 

 

Γ→Δ

2

 

 

 

 

 

 

 

Γ Γ →Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

(→ )

 

 

Γ1 Γ2→Δ1 2

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1 2

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

 

2

 

 

 

( →)

 

Γ1 Γ2→Δ1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ Γ →Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

 

2

 

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1 2

(→ )

Γ1 Γ2→Δ1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( →) Γ

Γ →Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

2

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

 

(→ )

Γ1 Γ2→Δ1

2

 

 

 

2

Γ1 Γ2→Δ1

2

 

 

 

Γ1 Γ2→Δ1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( →) Γ

1

Γ →Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Правило вывода называется допустимым, если по всякому выводу, содержащему применение этого правила, можно построить вывод с такой же последней секвенцией, не содержащей применение этого правила

В секвенциальном исчислении высказываний допустимыми являются: 1) Обратные правила

(→ ¬̅)

Γ1 Γ2→Δ1 ¬ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ

Γ →Δ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(¬̅→)

Γ1 ¬ Γ2→Δ1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ

Γ →Δ

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅̅̅̅

 

 

Γ→Δ1 &

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(→ &1)

 

Γ→Δ1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅̅̅̅

 

 

Γ→Δ1 &

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(→ &2)

 

Γ→Δ1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̅

Γ1 & Γ2→Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(& →)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ

Γ →Δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Докажем, что (& →) допустимо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

□

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеется применение правил к : Γ & Γ →

 

и : Γ Γ →

, где <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

1

2

 

 

 

Рассмотрим случаи по какому правилу была получена секвенция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индукция по месту применения правила

 

 

 

 

 

 

 

 

База: правило применимо к аксиоме (то есть

– аксиома)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

 

 

содержит & , то есть : Γ & Γ

→

1

&

2

может быть получена по (→ &)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

из {Γ1 Γ2 → 1 2 (Γ Γ →

1

&

2

= )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Γ1 Γ2 → 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b) (Γ Γ ) и

 

 

содержат формулу & – аксиома Γ Γ →

1

 

2

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

Переход: предположим правило (&̅ →) допустимо на не более чем − 1-ом применении правила. Докажем, что тогда оно допустимо и на -ом тоже

a)Если по (& →), то убираем из вывода , , так как получено из = где <

b)Если по другому правилу, то в посылках этой секвенции (и всех предыдущих) вместо & пишем и эти секвенции получаем по (&̅ →)

sl′

sl′′

̅

̅

(& →)

(& →)

 

 

sl′ sl′′

si

sj

■

2) Правила сокращения повторений

6

Γ1 Γ2 Γ3→Δ

Γ→Δ1 2 3

Γ1 Γ2Γ3→Δ

 

Γ→Δ1 2 3

3) Правила перестановки

Γ1 Γ2 Γ3→Δ

 

Γ→Δ1

2

3

Γ1 Γ2 Γ3→Δ

 

Γ→Δ1

2

3

4) Правила добавления

Γ1Γ2→Δ

 

Γ→Δ1

2

Γ1 Γ2→Δ

Γ→Δ1

2

5) Правило сечения

Γ1Γ2→Δ1 2 Γ1 Γ2→Δ1 2

Γ1Γ2→Δ1 2

Все правила, допустимые в секвенциальном исчислении высказываний, кроме правил сокращения повторений, допустимы и в секвенциальном исчислении предикатов Для правил сечения все секвенции должны быть чистыми

Вывод – последовательность секвенции, каждая из которых либо аксиома, либо получается из предыдущих по одному из правил вывода Секвенция выводима, если она является последней секвенцией некоторого вывода

Вывод секвенции S – вывод с последней секвенцией, совпадающей с S Формула выводима, если выводима секвенция « → » Тавтология – формула, всегда являющаяся «И» Противоречие – формула, всегда являющаяся «Л»

Пропозициональная формула выполнима, если она когда-то истинна

Исчисление полно, если любая истинная формула выводима Исчисление непротиворечиво, если не существует формулы, которая выводима и её отрицание выводимо

Теорема Формульный образ аксиомы является тавтологией

□

Φ(Γ1 Л Γ2

→

) = (… ¬Л … ) = И

Φ(Γ → 1 И

2) = (… И … ) = И

Φ(Γ1 Γ2

→

1 2) = (… ¬ … ) = И

■

Теорема Если формульный образ секвенции, не содержащей логических связок, является тавтологией, то это

секвенция – аксиома

□

Рассмотрим 1 … → 1 … – секвенция, не содержащая логических связок, формульный образ которой – тавтология Предположим, что это не аксиома , ≠ (не равны графически), но ¬ 1 … ¬ 1 …= И – тавтология

Предположим, что { 1, … , И Φ(… ) = Л?! все различными быть не могут аксиома

1, … , Л

■

Теорема Для любого правила вывода формульный образ заключения равносилен конъюнкции формульных

образов посылок

□

 

 

Γ1

Γ2→Δ1

2

 

 

Докажем для ( →) Γ1

Γ2→Δ1

2

 

 

 

 

Γ

Γ →Δ

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

Φ(Γ1

Γ2 → 1

2) = ¬Γ1 ¬Γ2

1 2

=

Φ(Γ1

Γ2 → 1

2) = ¬Γ1

¬ ¬Γ2 1

2 = ¬

Φ(Γ1

Γ2 →

) = ¬Γ1

¬(¬ ) ¬Γ2

1 2 = &¬

( )&( ¬ ) = &¬

■

Теорема

7

Секвенция выводима в секвенциальном исчислении высказываний её формульный образ – тавтология Теорема

Секвенциальное исчисление высказываний полно и непротиворечиво

Числовая интерпретация:

 

И = 0( 2)

 

Л = 1( 2)

 

[ ] – интерпретация формулы

 

[¬ ] = 1 − [ ]

[ ] = [ ] + [ ]( 2)

[ & ] = 1 − (1 − [ ])(1 − [ ])

[ ] = ∏ [ ]

[ ] = [ ] [ ]

[ ] = 1 − ∏ (1 − [ ])

[ ] = (1 − [ ])[ ]

[Γ → ] = ∏,(1 − [Γi])[Δj]

9. Терм в сигнатуре. Свобода для подстановки терма вместо всех вхождений переменных

Предметная переменная – переменная, принимающая в качестве своего значения имена объектов

Терм в сигнатуре < 1, … , >:

1)Имя предметной константы

2)Предметная переменная

3)( 1, … , ), где 1, … , – термы, – имя n-местной функции

Различные формы записи функции:

Префиксная (cos( ))

Инфиксная ( + )

Постфиксная ( !)

Позиционная (юнкция)

Терм свободен для подстановки в формулу вместо свободных вхождений предметной переменной , если он не содержит предметных переменных, в области действия квантора по которым имеются свободные вхождения

Следствия из определения:

1)свободен для подстановки вместо в

2)Если не входит свободно в , то терм свободен для подстановки в вместо

3)Если терм не содержит переменных, имеющих связанные вождения в , то свободен для подстановки в вместо переменной

10.Атомарная формула. Бескванторная атомарная формула. Предикатная формула

Если 1, … , – термы, – имя n-местного предиката ( 1, … , ) – атомарная формула

Бескванторная предикатная формула:

1)Атомарная

2), – предикатные формулы, – бинарная логическая связка ¬ , ( ) – бескванторные предикатные формулы

Кванторная предикатная формула:

1)Бескванторная предикатная формула

2)– предикатная формула, – предметная переменная , – кванторные предикатные формулы

8

Логика первого порядка – формальное исчисление, допускающее высказывания относительно переменных, фиксированных функции и предикатов

11.Семантическая обоснованность исчисления предикатов. Полнота пропозиционального секвенциального исчисления

Теорема (о семантической обоснованности)

Если секвенция выводима, то её логическая интерпретация равнозначна «И»

□

Индукция по длине вывода секвенции База: 1 секвенция – аксиома

Φ(Γ1 Л Γ2

→

) = (… ¬Л … ) = И

Φ(Γ → 1 И

2) = (… И … ) = И

Φ(Γ1 Γ2

→

1 2) = (… ¬ … ) = И

Переход:

Если посылки равнозначны «И», то, по теореме из «Вопрос 8»2, вывод равнозначен «И» Например для (→ &):

Γ→Δ1

2

 

 

 

Γ→Δ1

2

 

 

 

Γ→Δ1 &

2

 

 

 

¬Γ

1

2 И

¬Γ

1

2 И

Рассмотрим ¬Γ

1 ( & ) 2

Если ¬Γ И или

1 И или 2 И, то вывод равнозначен «И»

Иначе И и И ( & ) И

■

Теорема (Поста о полноте исчислений высказываний)

Всякая секвенция, равнозначная «И», выводима вычислимыми секвенциями

□

Индукция по числу вхождений логических связок База: не содержит логических связок только пропозициональные переменные или константы секвенция должна быть аксиомой

Переход: есть логические связки и не аксиома, тогда секвенция получена по правилу вывода из 1 или

из 1 и 2.

В 1 и 2 меньше логических связок(потому что правила вывода в секвенциальном исчислении добавляют логические связки) и они выводимы (по индукционному предположению) их логическая интерпретация равнозначна «И» наша логическая интерпретация равнозначна «И» (по предыдущей теореме)

■

Теорема (о семантической обоснованности секвенциального исчисления предикатов)

Для любого из кванторных правил, при соблюдении ограничений на использование переменных, формульный образ посылки равнозначен формульному образу заключения

12.Аксиомы равенства и согласованности с ними

Аксиомы равенства:

1)( = ) – рефлексивность

2)( = = ) – симметричность

3)( = & = = ) – транзитивность

Аксиомы согласованности с равенством:

1)( = ( ( , ) = ( , ))), где – функция

2)′ ′( = ′& = ′ ( ′ ′))

2 О том, что формульный образ заключения равносилен конъюнкции формульных образов посылок. В любом случае доказательство подразумевает под собой проверку корректности всех правил вывода

9

Теория первого порядка – теория с равенством, если в её сигнатуре имеется выделенный двуместный

( = )

предикат «=» и выводимы следующие формулы:{ ( = ( [ ] )) для любой формулы этой

теории При наличии вышеперечисленных аксиом эти условия выполняются

13.Аксиомы элементарной теории чисел

Сигнатура: < 0, , +, ,^, =>– инкремент, следующее число

0, (0), ( (0)), ( ( (0))) , … – натуральные числа

Аксиомы Пеано:

1)(( + 0) = )

2)(( + ( )) = ( + ))

3)(( 0) = 0)

4)(( ( )) = + )

5)(( ^0) = (0))

6)(( ^ ( )) = ( ^ ) )

7)¬( ( ) = 0)

8)( ( ) = ( ) = )

9)(0) & ( ( ) ( ( ))) ( )

14.Первая теорема Гёделя о неполноте арифметики

Замкнутая формула – формула, не содержащая свободные вхождения переменных

Теорема Если формальная арифметика непротиворечива, то в ней можно указать замкнутую формулу , такую

что невыводима и ¬ невыводима в формальной арифметике

□

– цепочка знаков " " – её номер в -ичной система счисления при достаточно большом , Гёделева нумерация

"{ }" = для − числа {}: {{" "} = для − строки

Предположим – формула с 1 свободной переменной

Построим формулу с 1 свободной переменной такую, что ¬ (" ") (" ")

и (" ") ¬ (" ")

– формула выводима– – номер вывода

(" ") ( (" ") ( ≤ & ¬ (" "))) где = {" "}

Проверка :

1)¬ (" ") ¬ (" ") так как непротиворечива (" ") = И

2)(" ") ¬ ¬ (" ") (" ") = Л

Теперь (" ") ¬ (" ") не может быть чтобы обе были выводимы обе невыводимы

■

15.Вторая теорема Гёделя о неполноте арифметики (формулировка)

¬( (0 = 1)) – consis

Теорема

Если consis выводима, то арифметика противоречива

10