Cvičení ke kursu Logika II, část III

Podobné dokumenty
Cvičení ke kursu Klasická logika II

Výroková a predikátová logika - XIII

Výroková a predikátová logika - XI

Výroková a predikátová logika - XIV

Výroková a predikátová logika - IX

Predikátová logika. Z minula: 1. jazyk logiky 1. řádu. 2. term a formule. 3. interpretace jazyka (relační struktura) 4. Tarského definice pravdy

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Cvičení ke kursu Vyčíslitelnost

postaveny výhradně na syntaktické bázi: jazyk logiky neinterpretujeme, provádíme s ním pouze syntaktické manipulace důkazy

Logika. 6. Axiomatický systém výrokové logiky

Predik atov a logika - pˇredn aˇska () Predik atov a logika - pˇredn aˇska / 16

Výroková a predikátová logika - XII

MATEMATICKÁ LOGIKA. Petr Hájek a Vítězslav Švejdar. Praha, listopad (povrchní typografická revize v červnu 99)

Systém přirozené dedukce výrokové logiky

Výroková a predikátová logika - VII

Výroková a predikátová logika - IX

Výroková a predikátová logika - IX

Základy logiky a teorie množin

Výroková a predikátová logika - XII

Základy matematické logiky

Výroková a predikátová logika - III

Výroková a predikátová logika - X

Predikátová logika: Axiomatizace, sémantické stromy, identita. (FLÚ AV ČR) Logika: CZ.1.07/2.2.00/ / 13

Výroková a predikátová logika - IV

Výroková logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Logika, Gödel, neúplnost

Výroková a predikátová logika - VIII

Řešení: Ano. Řešení: Ne.

Výroková a predikátová logika - VIII

Výroková a predikátová logika - I

Obsah Předmluva Rekapitulace základních pojmů logiky a výrokové logiky Uvedení do predikátové logiky...17

Predikátová logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Výroková a predikátová logika - VII


Rezoluční kalkulus pro logiku prvního řádu

1. Predikátová logika jako prostedek reprezentace znalostí

Výroková a predikátová logika - V

Výroková a predikátová logika - III

Výroková a predikátová logika - VI

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Hilbertovský axiomatický systém

Logika Libor Barto. Výroková logika

Rejstřík. anotace 167 krok 167 nepřímý 169 podmiňovaný 181 rezolucí 210 rozborem případů 170 sporem 170 z hypotéz 167 z předpokladů 167 Duns Scotus 79

Základy logiky a teorie množin

Cvičení Aktivita 1. část 2. část 3. část Ústní Celkem Známka

Predikátová logika dokončení

Logický důsledek. Petr Kuchyňka

Další (neklasické) logiky. Jiří Velebil: AD0B01LGR 2015 Predikátová logika 1/20

Základy logiky a teorie množin

Logika a logické programování

Převyprávění Gödelova důkazu nutné existence Boha

Úvod k přednášce Pokročilá matematická logika.

Výroková a predikátová logika - II

Výroková a predikátová logika - I

Gödelovy věty o neúplnosti

verze 29/9/09 textu o logice, aritmetice a M. Bizzarrimu.

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Třída PTIME a třída NPTIME. NP-úplnost.

10. Techniky formální verifikace a validace

4.2 Syntaxe predikátové logiky

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE FILOZOFICKÁ FAKULTA, KATEDRA LOGIKY DIPLOMOVÁ PRÁCE

Výroková a predikátová logika - II

Logické programy Deklarativní interpretace

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Programování Základy teoretické informatiky. študenti MFF 15. augusta 2008

Negativní informace. Petr Štěpánek. S použitím materiálu M.Gelfonda a V. Lifschitze. Logické programování 15 1

Něco málo o logice. Vydatná motivace jako předkrm, pořádná porce Gödelových vět a trocha fuzzy logiky jako zákusek. Petr Cintula

Matematická logika. Lekce 1: Motivace a seznámení s klasickou výrokovou logikou. Petr Cintula. Ústav informatiky Akademie věd České republiky

Výroková a predikátová logika - II

platné nejsou Sokrates je smrtelný. (r) 1/??

Každé formuli výrokového počtu přiřadíme hodnotu 0, půjde-li o formuli nepravdivou, a hodnotu 1, půjde-li. α neplatí. β je nutná podmínka pro α

Úvod do logiky (VL): 13. Axiomatické systémy VL a pojem důkazu

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Rezoluční kalkulus pro výrokovou logiku

Predikátová logika [Predicate logic]

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Úvod do výrokové a predikátové logiky

2.2 Sémantika predikátové logiky

Výroková a predikátová logika - I

Logika a regulární jazyky

5.6.3 Rekursivní indexace složitostních tříd Uniformní diagonalizace Konstrukce rekursivních indexací a aplikace uniformní diagonalizace

Formální systém výrokové logiky

ZÁKLADY LOGIKY A METODOLOGIE

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Výroková logika dokazatelnost

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Úvod do předmětu Formalismus a jeho užití Teorie a axiomy

Sémantika výrokové logiky. Alena Gollová Výroková logika 1/23

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Klasická predikátová logika

Výroková a predikátová logika - X

Výroková logika syntaxe a sémantika

Úvod do logiky a logického programování.

Unární je také spojka negace. pro je operace binární - příkladem může být funkce se signaturou. Binární je velká většina logických spojek

Výroková a predikátová logika - I

Výroková logika - opakování

Logika. Materiály ke kurzu MA007. Poslední modifikace: prosinec zkoumá způsob vyvozování. Lidské uvažování

Materiály ke kurzu MA007

Úvod do predikátové logiky. (FLÚ AV ČR) Logika: CZ.1.07/2.2.00/ / 1

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Predikátová logika. prvního řádu

Transkript:

Cvičení ke kursu Logika II, část III (30. listopadu 2008) Osnova přednášky přednáška je určena studentům, kteří absolvovali úvodní kursy logiky a teorie rekurzívních funkcí. Předpokládané znalosti: syntax a sémantika klasické výrokové a predikátové logiky (s rovností), hilbertovský logický kalkulus, věta o dedukci. Věty o úplnosti a o kompaktnosti. Rekurzívní a rekurzívně spočetné množiny. Postova věta, m-převeditelnost, m-kompletnost. Teorie, modely, kompaktnost, úplnost Tato část je probírána zhruba podle J Barwise v úvodu ke knize [1] (kap. A1, str. 5 46) s tím, že jsou pominuty některé příklady vyžadující znalost algebraických pojmů (tělesa, ideály). Navíc se probírá eliminace kvantifikátorů (příklad teorie přirozených čísel jen s nulou a unárním symbolem pro operaci následníka je s určitou modifikací převzat z Rabinovy kapitoly rovněž v knize [1]). Probrané resp. zopakované pojmy: jazyk, axiomy (logické nebo axiomy nějaké teorie), sémantický důsledek, důkaz, sporné a bezesporné teorie, úplné a neúplné teorie, rozhodnutelné a nerozhodnutelné teorie, teorie nějaké struktury. Vaughtův test. Použití věty o kompaktnosti: nemožnost konečné axiomatizovatelnosti určitých teorií, neaxiomatizovatelnost určitých teorií zadaných sémanticky (třídou struktur). Robinsonova a Peanova aritmetika Robinsonova aritmetika je neúplná. Existuje jednoduchá struktura pro aritmetický jazyk, která ukazuje, že univerzální formule (např. komutativita sčítání) nejsou zpravidla v Robinsonově aritmetice dokazatelné. V Peanově aritmetice lze s použitím indukce dokázat všechna běžná tvrzení o číslech. I Peanova aritmetika má nestandardní modely. Pojmy: aritmetický jazyk, numerály, standardní a nestandardní model, 0 -, Σ-, Σ n - a Π n -formule, aritmetická hierarchie. Pro věty o neúplnosti jsou podstatné tyto výsledky: Σ-úplnost Robinsonovy aritmetiky, rekurzívnost logické syntaxe a definovatelnost rekurzívně spočetných množin ve standardním modelu aritmetiky. To poslední je technicky obtížnější výsledek, který se redukuje na definovatelnost vhodného kódování posloupností. Neúplnost v aritmetice Každé Σ 1 -korektní rekurzívně axiomatizovatelné rozšíření Robinsonovy aritmetiky je neúplné a nerozhodnutelné (První Gödelova věta). Rovněž teorie s aritmetickým jazykem a bez (vlastních) axiomů nebo teorie množin jsou příklady nerozhodnutelných teorií. S použitím efektivně rekurzívně neoddělitelných množin či efektivně nerekurzívních množin lze předpoklad o Σ 1 -korektnosti v První Gödelově větě nahradit předpokladem o bezespornosti; to je Rosserovo zobecnění První Gödelovy věty. Věta o autoreferenci (Gödelovo diagonální lemma) je založena na technickém výsledku o reprezentovatelnosti primitivně rekurzívních funkcí. Poskytuje alternativní (a klasický) důkaz První Gödelovy věty, a dále třeba výsledek o nedefinovatelnosti množiny všech pravdivých formulí ve standardním modelu aritmetiky. V Peanově aritmetice je možno formalizovat kódování posloupností a díky tomu také syntax predikátové logiky. V žádné rekurzívně axiomatizovatelné bezesporné teorii obsahující Peanovu aritmetiku nelze dokázat její vlastní bezespornost (Druhá Gödelova věta). Formule vyjadřující bezespornost je konkrétnějším příkladem pravdivé a nedokazatelné formule, než poskytuje První Gödelova věta. Druhá Gödelova věta je zajímavá i z hlediska filosofického a historického (Hilbertův program). 1

Gentzenovské logické kalkuly jsou použitelné k hlubším výsledkům o dokazatelnosti v Peanově aritmetice (např. že v ní lze dokázat sentenci Con(Q) vyjadřující bezespornost Robinsonovy aritmetiky), ale jsou zajímavé i samostatně. Stručný výklad o intuicionistické logice je zařazen proto, že intuicionistický kalkulus lze získat z klasického jen nepatrnou modifikací a v relevantní literatuře (Kleene [4], Takeuti [10]) se oba kalkuly probírají současně. Tato část snad poskytuje nový pohled na problematiku korektnosti a úplnosti logických kalkulů. Nejde zde tedy o souvislost intuicionistické logiky s metamatematikou aritmetiky (taková souvislost možná ani neexistuje), ani o historický a filosofický význam intuicionistické logiky (který je značný). Pojmy: sekvent, antecedent, sukcedent, kripkovský model. Neprobraná příbuzná tématika interpretace a interpretovatelnost teorií, modální logika dokazatelnosti, eliminovatelnost řezů v gentzenovském kalkulu, Hilbert-Ackermannova (Herbrandova) věta. Gentzenovský kalkulus GK (výroková pravidla) A: / Γ, ϕ, ϕ W: Γ / Γ, ϕ, Γ / Γ, ϕ -r: Γ, ϕ / Γ, ϕ ψ, Γ, ϕ / Γ, ψ ϕ &-l: Γ, ϕ / Γ, ϕ & ψ, Γ, ϕ / Γ, ψ & ϕ &-r: Γ, ϕ, Γ, ψ / Γ, ϕ & ψ -l: Γ, ϕ, Γ, ψ / Γ, ϕ ψ -l: Γ, ϕ / Γ, ϕ -r: Γ, ϕ / Γ, ϕ -r: Γ, ϕ, ψ / Γ, ϕ ψ -l: Γ, ϕ, Π, ψ Λ / Γ, Π, ϕ ψ, Λ Cut: Γ, ϕ, Π, ϕ Λ / Γ, Π, Λ Kvantifikátorová pravidla kalkulu GK -r: Γ, ϕ x (t) / Γ, xϕ ; t substituovatelný za -l: Γ, ϕ x (t) / Γ, xϕ ; x ve ϕ -l: Γ, ϕ x (y) / Γ, xϕ ; y substituovatelná za x ve ϕ, y není -r: Γ, ϕ x (y) / Γ, xϕ ; volně v Γ,, ani v xϕ resp. xϕ 2

Příklady důkazů A, A B B A B, A B A B A B A B A, A A, A A A A A A A A, (A A) (A A) A (A A) A A (A A) A A, B A, A B A, B B A A B B A B A B A B Příklad důkazu v predikátovém kalkulu ϕ(a) ϕ(a), ϕ(b) ; A ϕ(a), ϕ(a) ϕ(b) ; -l ϕ(a) ϕ(a) ϕ(b) ; -r ϕ(a) v ψ(v), ϕ(a) ϕ(b) ; W ψ(a), ψ(b) ψ(b) ; A ψ(a) ψ(b), ψ(b) ; -r ψ(b), ψ(a) ψ(b) ; -r v ψ(v), ψ(a) ψ(b) ; -r ϕ(a) v ψ(v), ψ(a) ψ(b) ; W ϕ(a) v ψ(v), (ϕ(a) ϕ(b)) & (ψ(a) ψ(b)) ; &-r ϕ(a) v ψ(v), y((ϕ(a) ϕ(y)) & (ψ(a) ψ(y))) ; -r ϕ(a) v ψ(v), x y((ϕ(x) ϕ(y)) & (ψ(x) ψ(y))) ; -r v ϕ(v) v ψ(v), x y(...) ; -l Všimněte si, že v okamžiku použití pravidla ( -r) a ( -l) se proměnná b (resp. a) už nevyskytuje volně v ostatních formulích. 3

Cvičení 1. Pravidlo substituce A / A p (B) umožňuje z libovolné výrokové formule A odvodit formuli, která z ní vznikne nahrazením všech výskytů některého atomu toutéž (libovolnou) formulí. Dokažte, že množina všech tautologií je maximální bezesporná množina výrokových formulí, která je uzavřená na pravidlo substituce. 2. Sestrojte důkazy následujících sekventů ve výrokové variantě kalkulu GK. A (A & B) A A (B & B) A B & B A & B & B A B, B B C A (B & C) (A B) & (A C) A B, B A C (A B) & (A C) A (B & C) (A B) A. 3. Rozhodněte, zda následující sekventy jsou intuicionisticky tautologické. Pokud ano, sestrojte důkaz v kalkulu GJ. Pokud ne, sestrojte kripkovský protipříklad. A A A A B B A B (A B) (B A) A B, A B (A B) B A B, (A B) B (A B) A (A B), B (A B) A A B (A B). A B, A B 4. Sestrojte intuicionistický kripkovský protipříklad na následující formuli: (( p p) (p p)) ( p p). 5. Je-li výroková formula A klasickou tautologií, pak formule A je intuicionistická tautologie. Dokažte. 6. Je-li ve výrokové variantě kalkulu GK dokazatelný sekvent Γ A, pak v GJ je dokazatelný sekvent Γ A. Dokažte. Návod. Je-li v GK dokazatelný sekvent Γ, pak v GJ je dokazatelný sekvent Γ,, kde je množina všech negací formulí z. Toto dokažte indukcí dle počtu kroků v důkazu sekventu Γ. Zvláštní pozornost věnujte pravidlu &-r. 7. Nazvěme logikou libovolnou množinu výrokových formulí, která je uzavřena na pravidlo substituce a na pravidlo MP. Cvičení 1 říká, že klasická logika je maximální bezesporná logika. Dokažte navíc s použitím cvičení 5, že je to jediná maximální bezesporná logika, která obsahuje intuicionistickou logiku. Jak rozumíte termínu bezesporná? 8. Sestrojte důkazy následujících sekventů v kalkulu GJ. x yϕ(x, y) y xϕ(x, y) x ϕ(x) xϕ(x) x ϕ(x) xϕ(x) xϕ(x) x ϕ(x) x ϕ(x) xϕ(x) x ϕ(x) xϕ(x). xϕ(x) x ϕ(x) 9. Sestrojte důkazy následujících sekventů v kalkulu GK. xϕ(x) x ϕ(x) xϕ(x) ψ x(ϕ(x) ψ) (x není volně ve ψ) 4

x(ψ ϕ(x)) ψ xϕ(x) (x není volně ve ψ) x(ϕ(x) ψ(x)) x y((ϕ(x) ϕ(y)) & (ψ(x) ψ(y))). Návod k poslednímu sekventu. Dokažte zvlášť sekventy x(ϕ(x) ψ(x)), v ψ(v) x y(...)) v ϕ(v) v ψ(v), x y(...) v ϕ(v), v ψ(v), x y(...), a pak použijte dvakrát pravidlo (cut). Důkaz druhého z těchto tří sekventů byl uveden mezi příklady. V případě prvního sekventu dokažte nejprve ϕ(a) ψ(a), ψ(a) ϕ(a) ϕ(b) a ϕ(a) ψ(a), ψ(a) ψ(a) ψ(b). 10. Představte si modifikaci kalkulů GK a GJ, ve kterých se pravidlo A smí použít jen tehdy, je-li jeho principální formule atomická. Dokažte, že takto modifikované kalkuly jsou ekvivalentní s původními, tj. že každý sekvent ϕ ϕ je v nich dokazatelný bez ohledu na to, zda ϕ je atomická. Literatura [1] J. Barwise, editor. Handbook of Mathematical Logic. North-Holland, 1977. [2] P. Hájek a P. Pudlák. Metamathematics of First Order Arithmetic. Springer, 1993. [3] P. Hájek a V. Švejdar. Matematická logika. Praha, listopad 1994. Předběžný učební text, v elektronické podobě. [4] S. C. Kleene. Introduction to Metamathematics. D. van Nostrand, 1952. [5] P. Odifreddi. Classical Recursion Theory. North-Holland, Amsterdam, 1989. [6] H. Schwichtenberg. Proof theory. V Barwise [1], kapitola D.2, str. 867 896. [7] C. Smoryński. The incompleteness theorems. V Barwise [1], kapitola D.1, str. 819 843. [8] C. Smoryński. Hilbert s programme. CWI Quarterly, 1(4), 1988. [9] V. Švejdar. Logika: neúplnost, složitost a nutnost. Academia, Praha, 2002. [10] G. Takeuti. Proof Theory. North-Holland, Amsterdam, 1975. [11] A. Tarski, A. Mostowski a R. M. Robinson. Undecidable Theories. North-Holland, Amsterdam, 1953. 5