理论教育 数理逻辑:谓词演算的自然推理

数理逻辑:谓词演算的自然推理

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:现在,我们在第三章第四节命题逻辑的自然推理系统FPC的基础上,建立狭谓词逻辑的自然推理系统FQC.并在第六章中证明:狭谓词逻辑的自然推理系统FQC与公理系统QC是等价的.即:一个公式若在FQC中是可证的,当且仅当它在QC中也是可证的.FQC系统的规则分为三类:结构规则、联结词规则和量词规则.由于前两类规则从形式上看与FPC系统的推理规则相同,所以下面仅给出关于量词的规则.关于量词的规则如下:(1)

数理逻辑:谓词演算的自然推理

现在,我们在第三章第四节命题逻辑的自然推理系统FPC的基础上,建立狭谓词逻辑的自然推理系统FQC.并在第六章中证明:狭谓词逻辑的自然推理系统FQC与公理系统QC是等价的.即:一个公式若在FQC中是可证的,当且仅当它在QC中也是可证的.

FQC系统的规则分为三类:结构规则、联结词规则和量词规则.由于前两类规则从形式上看与FPC系统的推理规则相同,所以下面仅给出关于量词的规则.

关于量词的规则如下:

(1)∀+:从α(y/x)可以推出∀xα.这里y既不在∀xα中自由出现,也不在α(y/x)所依赖的假设中自由出现.y被称为关键变项.

(2)∀-:从(∀x)α可推出α(t/x).

(3)∃+:从α(t/x)可推出∃xα.

(4)∃-:从∃xα和α(y/x)→β可推出β.这里y也被称为关键变项.它既不在∃xα和β中自由出现,也不在α(y/x)→β所依赖的假设中自由出现.

这些规则的图示如图5-1所示。

图5-1

FQC的一个证明就是依上述三类规则构造出来的一个有穷公式序列.另外,第三章第四节的其他概念,也可毫不费力地推广到FQC系统中.下面是对量词规则所作的一些说明.

+ 规则叫做全称量词引入规则,它可以表示成为:若α(y/x),则∀xα.这里y是关键变项.在使用这个规则时,一定要注意对关键变项所附加的限制条件.规则要求“y也不在α(y/x)所依赖的假设中自由出现”是指,y不在α(y/x)所属子证明利用Hyp规则引入的公式中自由出现,也不在该子证明所从属的子证明,所从属的子证明的子证明等等中,利用Hyp规则引入的公式中自由出现.但是,当x在α中有自由出现而α(y/x)本身又是Hyp规则引入时,就不能直接引用∀+规则而得到∀xα.

-规则叫做全称量词消去规则.它可以表示为:若∀xα,则α(t/x).它反映演绎推理中这样的规则:如果已经断定某个个体域中的一切个体都有某个性质,那么任取该个体域中的一个个体,就可以推知这个个体也具有那个性质.

+规则叫做存在量词引入规则.它可以表示为:若α(t/x),则∃xα.它反映演绎推理中这样的规则:如果已经断定某个个体域中有个体具有某个性质,那么就可以推知在该个体域中至少有一个个体具有这一性质.

-规则叫做存在量词消去规则.它可以表示为:若α(y/x)→β并且∃xα,则β.这里的y是关键变项.它反映演绎推理中的这样的规则:任取个体域中一个个体a,从这个个体有某个性质能推出某个命题,那么个体域中至少有一个个体具有这一性质,也能推出这个命题.因此,当我们想要从给定前提∃xα推出β时,我们不必直接从∃xα出发来进行推导,可以从α(y/x)出发,只要能从α(y/x)推出β,也就证明了从前提∃xα能推出β.这与∀+规则相类似,在使用这一规则时,一定要注意对关键变项所附加的限制条件.规则中所说“也不在α(y/x)→β所依赖的假设中自由出现”是指,y不在α(y/x)→β所属子证明.该子证明所从属的子证明、所从属的子证明所从属子证明等等中,利用Hyp规则引入的公式中自由出现.

定义 FQC的一个证明就是按上述三类规则构造的一个有穷公式序列.如果一个证明在其论证过程中引进的假设并未都用⇁规则和→+规则消除,则称该证明为假设性证明.否则,称该证明为非假设性证明.当α是某个非假设性证明的最后一步时,则称α为(形式)可证的或称为FQC的定理,记作α;同时也称该证明为α的一个(形式)证明.(www.daowen.com)

FPC中的可证公式也都是FQC的可证公式.

下面将通过几个例子来说明量词规则的使用.特别是说明,在使用∀+和∃-两个规则时必须注意对关键变项所附加的限制条件,否则会使并非有效的公式成为可证公式.

例3.1

在这个“证明”中,错误地使用了∀+规则,因为α(x/v0)是由Hyp规则引入的,并且由v0在α中自由出现可知x也必在α(x/v0)中自由出现.所以,这个证明是错误的.

例3.2

在这个“证明”中,也错误地使用了∀+规则,因为关键变项v0在由Hyp引入的公式R(v0,v0)和R(v0,v1)中自由出现.所以,这个证明是错误的.

例3.3

在这个“证明”中,错误地使用了∃-规则,因为关键变项v3在R(v3,v2)中自由出现.

例3.4

在这个“证明”中,错误地使用了∀+规则,因为α是由Hyp规则引入的,并且不能保证x不在α中自由出现.

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