理论教育 数理逻辑方法证明可演绎性

数理逻辑方法证明可演绎性

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:,φn 满足0(φ 0→(φ1→…).证明 由性质3知:Φ0

数理逻辑方法证明可演绎性

定义 令Φ是一个公式集,φ是一个公式.如果φ是某个假设性证明的最后一步得出的公式,而该假设性证明的所有未曾消除的由Hyp规则所引入的公式都属于Φ,那么称公式φ是从公式集Φ可演绎的.简称φ是从Φ可演绎的.记作Φ0φ.当Φ是空集时,即Φ=∅,记作∅0φ,简记为0φ,即φ为系统内定理.当Φ只有一个元素时,即Φ={ψ},记作{ψ}0φ,或简记为ψ0φ,并称φ可从ψ演绎.当公式集是Φ∪{ψ}时,即Φ∪{ψ}0φ,简记作Φ,ψ0φ.在不引起混淆时,下标0可以省略.

演绎0具有下面的一些性质:

性质1 如果Φ和Φ′都是公式集,并且Φ⊆Φ′,而Φ0α,那么Φ′0α.

证明 根据可演绎定义,Φ0α,即有一个假设性证明,它的最后一个公式是α,而所有未经消除的假设都属于Φ.由于Φ⊆Φ′,所以,所有这些未经消除的假设也都属于Φ′,故Φ′0α.

性质2 如果α∈Φ,那么Φ0α.

证明 存在仅含一个公式α的假设性证明如下:

-α Hyp

因为α∈Φ,按可演绎定义,有Φ0α.

性质3 Φ0α,当且仅当有一个Φ的有穷子集Φ0,Φ00α.

证明 如果Φ0α,那么有一个假设性证明,它以α为最后一步得出的公式,而所有未被消除的假设都属于Φ,这些未被消除的假设的全体就是Φ的一个有穷子集,不妨设为Φ0,即有Φ00α.

如果有Φ的一个有穷子集Φ0,使得Φ00α,那么因为Φ0⊆Φ,由性质1可得:Φ0α.

性质4 如果Φ0α,并且0α→β,那么Φ0β.

证明 如果Φ0α,那么存在一个假设性证明,不妨设为π1,而α是π1的最后一步得出的公式,并且所有未被消除的假设都属于Φ,即

又因为0α→β,所以存在一个证明,不妨设为π2,并且α→β是π2的最后一步得出的公式,且没有未被消除的假设,即

如果把π2写在π1的最后一个公式α的下面,在π2的最后一个公式α→β下面写下β,就得到一个假设性证明π,公式β为π的最后一步得出的公式,且所有未被消除的假设都属于Φ,即

根据可演绎的定义得:Φ0β.

性质5 Φ0α,当且仅当Φ0⇁⇁α.

证明 如果Φ0α,并由第三章第五节的定理5.6:0α→⇁⇁α,由性质4可得:Φ0⇁⇁α.反之,如果Φ0⇁⇁α,又由第三章第五节定理5.7:0⇁⇁α→α,由性质4可得:Φ0α.

性质6 如果Φ0β并且Φ0⇁β,那么对任意的公式α,都有Φ0α.

证明 因为Φ0β,所以存在一个假设性证明,不妨设为π1,并且π1的最后一步是β;又因为Φ0⇁β,所以也存在一个假设性证明,不妨设为π2,并且π2的最后一步是⇁β.π1和π2中所有未被消除的假设都属于Φ.构造证明π如下:在β之下写π2,在⇁β之下接如下的一个证明,作为π的一个子证明:

这样就得到了一个证明π,如下图所示:π的最后一步得到α,并且所有未被消除的假设都属于Φ.根据可演绎的定义得:Φ0α.

性质7 Φ0α∧β,当且仅当Φ0α并且Φ0β.

证明 (1)如果Φ0α∧β,由第三章第五节5.24和定理5.25,即:0α∧β→α和0(α∧β)→β,再由性质4可得Φ0α并且Φ0β.(2)如果Φ0α并且Φ0β,那么分别存在假设性证明π1和π2,使得在π1的最后一步得出α,在π2的最后一步得到β,而且所有未被消除的假设都属于Φ.即:

然后,把π2写在α之下,再在β之下写

这样就得到了一个证明π,它的最后一步是α∧β,并且所有未被消除的假设都属于Φ(如下图所示).根据可演绎的定义可得:Φ0α∧β.

性质8 (1)如果Φ0α,那么Φ0α∨β.

(2)如果Φ0β,那么Φ0α∨β.

证明 因为Φ0α,根据可演绎的定义得,存在一个假设性证明π,π的最后一步得出的公式是α或β,并且所有未被消除的假设都在Φ中.因此,只要在π之下,按照∨+规则接着写一个公式α∨β,该证明π′就是由Φ得到α∨β的一个证明.如下图所示.

性质9 如果Φ0α→β且Φ0α,那么Φ0β.

证明 因为Φ0α→β并且Φ0α,根据可演绎的定义可得:存在假设性证明π1和π2,并且在证明的最后一步分别是公式α→β和α,而所有未被消除的假设都属于Φ.即

构造非假设性证明π如下:

在证明π1的最后一个公式α→β之下,紧接着写下π2,再接着π2的最后一个公式α之下,写如下两个公式:

因为π的最后一步得出公式β,而且π中所有未被消除的假设都属于Φ.根据可演绎的定义,有Φ0β.

性质10 如果Φ0α→β,那么Φ,α0β.(www.daowen.com)

证明 因为Φ0α→β并且Φ⊆Φ∪{α}(即:Φ⊆Φ,α).由性质1得:Φ∪{α}0α→β,即:Φ,α0α→β.又α∈Φ∪{α},所以,由性质2得:Φ∪{α}0α,即:Φ,α0α.用性质9可得Φ,α0β.

性质11 如果Φ,α0β,那么Φ0α→β.

证明 因为Φ,α0β,根据可演绎的定义得:存在一个假设性证明π1,π1的最后一个公式是β,并且所有未被消除的假设都属于Φ,α.

在π1中,把形如

而α未被消去的子证明都换成如下的子证明:

在π1的最后一个子证明中,用Hyp规则引入的假设或是α或不是α.如果是α,那么按上面的规定,π1的最后一个子证明被换为

这样就得到一个证明π2,而π2的最后一个公式就是(α→β),并且所有未被消除的假设都属于Φ,根据可演绎的定义,有Φ0α→β.

如果在π1的最后一个子证明中,用Hyp规则引入的假设不是α,不妨设为

根据第三章第五节定理5.79,即0β→α→β,因此就存在一个证明π3,它的最后一个公式就是β→α→β.把π3接在π1的公式β之下,再在β→α→β之下写α→β,即

于是就得到一个证明π,即

它的最后一个子证明(γ之前)的部分是将π1中把形如

而α未被消除的子证明换为子证明

而得.

π的最后一个公式是(α→β),并且所有未被消除的假设都属于Φ,根据可演绎的定义,有Φ0α→β.

性质11也称为命题逻辑的演绎定理.即:给定β的一个从Φ,α而来的演绎,我们就能构造α→β的一个从Φ而来的演绎.换句话说,如果我们想要构造α→β的一个从Φ而来的演绎,那么只要构造β的一个从Φ,α而来的演绎即可.

性质12 Φ0α,当且仅当有Φ的有限多个公式φ0,φ1,…,φn 满足0(φ 0→(φ1→…→(φn→α))…).

证明 由性质3知:Φ0α,当且仅当Φ有一个有限子集Φ0,使得Φ00α.令Φ0={φ0,φ1,…,φn },由性质10和性质11,得

性质13 如果Φ0α并 且Φ,α0β,那么Φ0β.

证明 因为Φ,α0β.由性质11可得:Φ0α→β.又因为Φ0α,由性质9得:Φ0β.

性质14 如果Φ,α0β,并且Φ,⇁α0β,那么Φ0β.

证明 因为Φ,α0β,并且Φ,⇁α0β,由性质11得:Φ0α→β和Φ0⇁α→β.利用第三章第五节定理5.86,即0(α→β)→(⇁α→β)→β.于是,由性质4得:Φ0(⇁α→β)→β.再由性质9得:Φ0β.

性质15 如果Φ,⇁α0β并且Φ,⇁α0⇁β,那么Φ0α.

证明 因为Φ,⇁α0β并且Φ,⇁α0⇁β,由性质11可得:Φ0⇁α→β,并且 Φ 0⇁α→⇁β.利用第三章第五节定理5.81,即:0(⇁α→β)→(⇁α→⇁β)→α.再由性质4和性质9可得:Φ0α.

性质16 如果Φ,α0γ并 且Φ,β0γ,那么Φ,α∨β0γ.

证明 因为Φ,α0γ并 且Φ,β0γ,那么由性质11可得:Φ0α→γ并且Φ0β→γ.利用第三章第五节定理5.83,即0(α→γ)→((β→γ)→(α∨β→γ)).再由性质4和性质9可得:Φ0α∨β→γ,再由性质10得:Φ,α∨β0γ.

性质17 Φ0α↔β,当且仅当Φ0α→β并且Φ0β→α.

证明 如果Φ0α↔β,用第三章第五节定理5.12和定理5.13,即0(α↔β)→α→β及0(α↔β)→β→α,由性质4得:Φ0α→β及Φ0β→α.

如果Φ0α→β及Φ0β→α,由第三章第五节定理5.72,即0(α→β)→(β→α)→(α↔β).由性质4和性质9得:Φ0α↔β.

性质18 (1)如果Φ0α↔β并且Φ0α,那么Φ0β.

(2)如果Φ0α↔β并且Φ0β,那么Φ0α.

证明 (1)因为Φ0α↔β,利用第三章第五节定理5.12,即0(α↔β)→α→β,由性质4得:Φ0α→β,又因为Φ0α,由性质9得:Φ0β.

(2)因为Φ0α↔β,利用第三章第五节定理5.13,即0(α↔β)→β→α,由性质4得:Φ0β→α,又因为Φ0β,由性质9得:Φ0α.

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