Hilbertovský axiomatický systém

Transkript

1 Hilbertovský axiomatický systém Predikátová logika H 1 Šárka Vavrečková Ústav informatiky, FPF SU Opava Poslední aktualizace: 24. října 2008

2 Specifikace H 1 Jazyk L H1 přejímáme jazyk predikátové logiky prvního řádu s omezením na logické spojky, a Axiomy A1,A2,A3 A4 A5 Přejaté z Hilbertovského systému VL xa A(x/t) (axiom specifikace) x(a B) (A xb) (axiom kvantifikace implikace) tyto axiomy mají svá omezení: 1 A4: term t musí být substituovatelný za x. 2 A5: x nesmí být volná proměnná v A.

3 Specifikace H 1 Odvozovací pravidla 1 Modus Ponens A B, A B 2 odvozovací pravidlo generalizace (značíme G): A xa

4 Definice důkazu v H 1 Definice Důkaz formule F z předpokladů P 1, P 2,..., P n je konečná posloupnost formulí A 1,..., A m jazyka L H1, kde F = A m a pro každé A i, i {1,..., m}, platí některá z možností: A i {P 1,..., P n } (tj. je to některý z předpokladů), A i je logický axiom, A i vznikla použitím odvozovacího pravidla MP na některé předchozí členy posloupnosti, A i vznikla použitím odvozovacího pravidla G na některý předchozí člen posloupnosti. Vše, co bylo dokázáno v Hilbertovském systému VL, přejmeme.

5 Příklad 1 Dokažte platnost vztahu A B xa xb 1 A B Př1 2 xa A A4 3 xa B TI(1,2) 4 x( xa B) G(3) 5 x( xa B) ( xa xb) A5 6 xa xb MP(4,5)

6 Příklad 1 Dokažte platnost vztahu A B xa xb 1 A B Př1 2 xa A A4 3 xa B TI(1,2) 4 x( xa B) G(3) 5 x( xa B) ( xa xb) A5 6 xa xb MP(4,5)

7 Příklad 1 Dokažte platnost vztahu A B xa xb 1 A B Př1 2 xa A A4 3 xa B TI(1,2) 4 x( xa B) G(3) 5 x( xa B) ( xa xb) A5 6 xa xb MP(4,5)

8 Příklad 1 Dokažte platnost vztahu A B xa xb 1 A B Př1 2 xa A A4 3 xa B TI(1,2) 4 x( xa B) G(3) 5 x( xa B) ( xa xb) A5 6 xa xb MP(4,5)

9 Příklad 1 Dokažte platnost vztahu A B xa xb 1 A B Př1 2 xa A A4 3 xa B TI(1,2) 4 x( xa B) G(3) 5 x( xa B) ( xa xb) A5 6 xa xb MP(4,5)

10 Příklad 1 Dokažte platnost vztahu A B xa xb 1 A B Př1 2 xa A A4 3 xa B TI(1,2) 4 x( xa B) G(3) 5 x( xa B) ( xa xb) A5 6 xa xb MP(4,5)

11 Příklad 2 Dokažte platnost vztahu A B A xb (x není volná v A) pomocné odvozovací pravidlo zavedení obecného kvantifikátoru, značíme Z 1 A B Př1 2 x(a B) G(1) 3 x(a B) (A xb) A5 4 A xb MP(2,3)

12 Příklad 2 Dokažte platnost vztahu A B A xb (x není volná v A) pomocné odvozovací pravidlo zavedení obecného kvantifikátoru, značíme Z 1 A B Př1 2 x(a B) G(1) 3 x(a B) (A xb) A5 4 A xb MP(2,3)

13 Příklad 2 Dokažte platnost vztahu A B A xb (x není volná v A) pomocné odvozovací pravidlo zavedení obecného kvantifikátoru, značíme Z 1 A B Př1 2 x(a B) G(1) 3 x(a B) (A xb) A5 4 A xb MP(2,3)

14 Příklad 2 Dokažte platnost vztahu A B A xb (x není volná v A) pomocné odvozovací pravidlo zavedení obecného kvantifikátoru, značíme Z 1 A B Př1 2 x(a B) G(1) 3 x(a B) (A xb) A5 4 A xb MP(2,3)

15 Postova věta Formule dokazatelné v Hilbertovském axiomatickém systému predikátové logiky jsou právě logicky platné formule predikátové logiky, tedy pro každou formuli predikátové logiky platí A = A

16 Postova věta korektnost korektnost axiomů A1, A2, A3 a pravidla MP již dokázána, důkaz korektnosti konstrukce důkazu lze přejmout, zbývá: A4, A5, pravidlo G.

17 Postova věta korektnost Korektnost axiomu A4 xa(x) A(x/t) (důkaz sporem ve struktuře S): Označme a prvek univerza diskurzu, který vznikne vyhodnocením termu t ve struktuře S. Jestliže neplatí xa(x) A(x/t), pak I( xa(x))[s] = true I(A(x/t))[S] = false Potom ale I(A(x/t)) = I(A(x/a)) = false (dosadili jsme za x jakýkoliv prvek univerza) spor s platností formule xa(x). Obdobně lze dokázat také platnost axiomu A5 a odvozovacího pravidla Generalizace.

18 Myšlenka: Víme že A: Postova věta úplnost A. Vytvoříme výrokovou formuli B úpravou formule provedeme skolemizaci formule A, převedeme formuli A do klauzulární formy, oddělíme prefix s kvantifikátory, za různé atomické formule s (vázanými) predikátovými proměnnými dosadíme různé výrokové proměnné. Stačí dokázat úplnost pro (výrokovou) formuli B. Důkaz úplnosti Hilbertovského systému PL jsme převedli na důkaz úplnosti Hilbertovského systému VL.

19 Splnitelnost pravidla G Neplatí A xa. Důkaz: Nechť univerzum diskurzu obsahuje prvky a, b takové, že I(A(x/a)) = true a I(A(x/b)) = false. I( xa) = f alse pro jakékoliv ohodnocení, ze sémantického významu implikace: I((A xa)(x/a)) = false A xa nemůže být logicky platná.

20 Splnitelnost pravidla G Neplatí A xa. Důkaz: Nechť univerzum diskurzu obsahuje prvky a, b takové, že I(A(x/a)) = true a I(A(x/b)) = false. I( xa) = f alse pro jakékoliv ohodnocení, ze sémantického významu implikace: I((A xa)(x/a)) = false A xa nemůže být logicky platná.

21 Splnitelnost pravidla G Neplatí A xa. Důkaz: Nechť univerzum diskurzu obsahuje prvky a, b takové, že I(A(x/a)) = true a I(A(x/b)) = false. I( xa) = f alse pro jakékoliv ohodnocení, ze sémantického významu implikace: I((A xa)(x/a)) = false A xa nemůže být logicky platná.

22 Splnitelnost pravidla G Neplatí A xa. Důkaz: Nechť univerzum diskurzu obsahuje prvky a, b takové, že I(A(x/a)) = true a I(A(x/b)) = false. I( xa) = f alse pro jakékoliv ohodnocení, ze sémantického významu implikace: I((A xa)(x/a)) = false A xa nemůže být logicky platná.

23 Splnitelnost pravidla G Pravidlo Generalizace se má správně psát takto: A[S] xa[s] Neplatí však věta A xa nezachovává splnitelnost, zachovává alespoň dokazatelnost (z dokazatelné formule vytvoří dokazatelnou formuli) Pozor na kombinování věty o dedukci a pravidla Generalizace!