理论教育 数理逻辑的相容性定义与性质

数理逻辑的相容性定义与性质

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:定义 令Φ是任一公式集,如果存在一个公式β,使得Φ0β并且Φ0β,那么称公式集Φ是不相容的.否则,称Φ是相容的(即不存在公式β,使得Φ0β并且Φ0β).根据以上定义,显然空公式集是相容的.相容的公式集还具有如下一些性质:性质1(有穷特征) 公式集Φ是相容的,当且仅当Φ的每个有穷子集都相容.证明 如果Φ是相容的,并且存在Φ的一个有穷子集Φ0不相容,即Φ0Φ.由不相容定义,存在一个公式β,使得Φ00β

数理逻辑的相容性定义与性质

定义 令Φ是任一公式集,如果存在一个公式β,使得Φ0β并且Φ0⇁β,那么称公式集Φ是不相容的.否则,称Φ是相容的(即不存在公式β,使得Φ0β并且Φ0⇁β).

根据以上定义,显然空公式集是相容的.相容的公式集还具有如下一些性质:

性质1(有穷特征) 公式集Φ是相容的,当且仅当Φ的每个有穷子集都相容.

证明 如果Φ是相容的,并且存在Φ的一个有穷子集Φ0不相容,即Φ0⊆Φ.由不相容定义,存在一个公式β,使得Φ00β并且Φ00⇁β.由第四章第一节演绎的性质1可得:Φ0β并且Φ0⇁β.此与Φ相容矛盾.故Φ的每个有穷子集都相容.

反之,如果Φ的每个有穷子集都相容并且Φ是不相容的.根据不相容定义,就存在一个公式β,使得Φ0β并且Φ0⇁β.由第四章第一节演绎的性质3得:分别有Φ的有穷子集Φ0和Φ1,使得Φ00β并且Φ10⇁β.由性质1得:Φ0∪Φ10β并且Φ0∪Φ10⇁β,这里Φ0∪Φ1仍然是Φ的有穷子集,此与Φ的每个有穷子集都相容矛盾!故:Φ相容.

性质2(基本相容性) 对任意的命题变项p,{p,⇁p}是不相容的.特别地,{⊥}不相容.

性质3(合取保持性) 令Φ是一个相容的公式集,并且α,β是任意的公式,那么下面的结论成立:

(1)如果(α∧β)∈Φ,那么Φ∪{α,β}相容;

(2)如果⇁(α∨β)∈Φ,那么Φ∪{⇁α,⇁β}相容;

(3)如果⇁(α→β)∈Φ,那么Φ∪{α,⇁β}相容.

性质4(析取保持性) 令Φ是一个相容的公式集,并且α,β是任意的公式,那么下面的结论成立:

(1)如果(α∨β)∈Φ,那么Φ∪{α}相容或Φ∪{β}相容;

(2)如果⇁(α∧β)∈Φ,那么Φ∪{⇁α}相容或Φ∪{⇁β}相容;

(3)如果α→β∈Φ,那么Φ∪{⇁α}相容或Φ∪{β}相容.

性质5(否定的保持性) 令Φ是一个相容的公式集,并且α是任意的公式,如果⇁⇁α∈Φ,那么Φ∪{α}相容.

根据本节相容性的定义,很容易得到性质2~5的证明.

关于不相容性,我们有下面的一些结论:

定理2.1 公式集Φ是不相容的,当且仅当对每一公式α,都有Φ0α.

证明 如果Φ是不相容的,那么存在一个公式β,使得Φ0β并且Φ0⇁β成立.由第四章第一节演绎的性质6得:对任何公式α,都有Φ0α.

反之,如果对任一公式α,都有Φ0α,那么对某个(实际上,对一切)β,有Φ0β及Φ0⇁β.故Φ是不相容的.

定理2.2 对任意的公式集Φ和公式α,有:

(1)Φ,⇁α是不相容的,当且仅当Φ0α.

(2)Φ,α是不相容的,当且仅当Φ0⇁α.

证明 (1)因为Φ,⇁α不相容,由定义可得:Φ,⇁α0β和Φ,⇁α0⇁β.再由第四章第一节演绎的性质11得:Φ0⇁α→β和Φ0⇁α→⇁β.利用第三章第五节定理5.81,即:0(⇁α→β)→(⇁α→⇁β)→α.再运用第四章第一节演绎的性质4和性质9可得Φ0α.反之,如果Φ0α,因为由第四章第一节演绎的性质1和2可得:Φ,⇁α0α并且Φ,⇁α0⇁α.故Φ,⇁α不相容.(www.daowen.com)

(2)因为Φ,α不相容,由定理2.1可得:Φ,α0⇁α.由第四章第一节演绎的性质11可得:Φ0α→⇁α.利用第三章第五节定理5.2和定理5.7,即:

由此可得:0(α→⇁α)→⇁⇁α→⇁α.由第四章第一节演绎的性质4得:Φ0⇁⇁α→⇁α.再用第三章第五节定理5.81和定理5.3,即:于是,由第四章第一节演绎的性质4和9可得:Φ0⇁α.反之,因为Φ0⇁α,并且Φ⊆{Φ,α},所以由第四章第一节演绎的性质1和2有:Φ,α0⇁α和Φ,α0α,故Φ,α不相容.

定理2.3 令Φ是任意的公式集,对任意的公式α,β

(1)如果α→β∈Φ,且Φ,⇁α及Φ,β皆不相容,那么Φ不相容.

(2)如果⇁(α→β)∈Φ,且Φ,α,⇁β不相容,那么Φ不相容.

证明 (1)因为Φ,⇁α不相容,由定理2.2(1)得:Φ0α.又因Φ,β不相容,由定理2.2(2)得:Φ0⇁β.由于α→β∈Φ,根据第四章第一节演绎的性质2得:Φ0α→β.于是有:Φ0β(演绎的性质9).故Φ不相容.

(2)因为⇁(α→β)∈Φ,由第四章第一节演绎的性质2得:Φ0⇁(α→β).又因为Φ,α,⇁β不相容,根据定理2.2(1):Φ,α0β.再用第四章第一节演绎的性质11得:Φ0α→β.故Φ不相容.

定理2.4 令Φ是任意的公式集,对任意的公式α,β,

(1)如果α∧β∈Φ,并且Φ,α或Φ,β不相容,那么Φ不相容.

(2)如果⇁(α∧β)∈Φ,并且Φ,⇁α及Φ,⇁β不相容,那么Φ不相容.

证明 (1)因为α∧β∈Φ,由第四章第一节演绎的性质2得:Φ0α∧β.于是Φ0α并且Φ0β.又因Φ,α或Φ,β不相容,根据定理2.2(2)得:Φ0⇁α或Φ0⇁β.故Φ不相容.

(2)因为⇁(α∧β)∈Φ,由第四章第一节演绎的性质2得:Φ0⇁(α∧β).又因Φ,⇁α及Φ,⇁β不相容,根据定理2.2(1)得:Φ0α且Φ0β,即:Φ0α∧β,故Φ不相容.

定理2.5 令Φ是任意的公式集,对任意的公式α,β,

(1)如果α∨β∈Φ,且Φ,α及Φ,β都不相容,那么Φ不相容.

(2)如果⇁(α∨β)∈Φ,且Φ,⇁α或Φ,⇁β不相容,那么Φ不相容.

证明 (1)因为α∨β∈Φ,由第四章第一节演绎的性质2得:Φ0α∨β.又因为Φ,α及Φ,β都不相容,根据定理2.2(2)得:Φ0⇁α且Φ0⇁β,即:Φ0⇁α∧⇁β.由此得:Φ0⇁(α∨β),故Φ不相容.

(2)因为⇁(α∨β)∈Φ,由第四章第一节演绎的性质2得:Φ0⇁(α∨β).又因为Φ,⇁α或Φ,⇁β不相容,根据定理2.2(1)得:Φ0α或Φ0β,由演绎的性质8,得:Φ0α∨β,故Φ不相容.

定理2.6 令Φ是任意的公式集,对任意的公式α,β,

(1)如果α↔β∈Φ,且Φ,⇁α及Φ,β皆不相容或Φ,α及Φ,⇁β皆不相容,那么Φ不相容.

(2)如果⇁(α↔β)∈Φ,且Φ,⇁α,β及Φ,α,⇁β皆不相容,那么Φ不相容.

(2)因为⇁(α↔β)∈Φ,由第四章第一节演绎的性质2得:Φ0⇁(α↔β).又因为Φ,⇁α,β及Φ,α,⇁β皆不相容,根据定理2.2(1)和(2)得:Φ,β0α且Φ,α0β.再由第四章第一节演绎的性质11得:Φ0β→α,且Φ0α→β,即:Φ0(α↔β),故Φ不相容.

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