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高级数理逻辑第四章


定理
若A(u1,u2,…,un)是有效的 iff ∀x1∀x2…∀xnA(x1,x2,…,xn) 是有效的。
证明:
A(u)有效 A(u)有效 iff ¬A(u)不可满足 ¬A(u)不可满足 iff ∃x(¬A(x))不可满足 ∃x(¬A(x))不可满足 iff ¬∀xA(x)不可满足 ¬∀xA(x)不可满足 iff ∀xA(x)有效的 ∀xA(x)有效的 使用归纳证明即可。
证明:
必要性:假设A 必要性:假设A ∉ ∑。 由∑是极大协调的,则∑∪{A}是不协调的,即 是极大协调的,则∑ {A}是不协调的,即 存在存在B Form(L ,使得∑ 存在存在B∈Form(L ),使得∑├B且∑├¬B。 可得∑ 可得∑, A ├B且∑,A ├¬B。因此, ∑├ ¬A。 因此, 这与∑ 这与∑协调矛盾。 充分性:易证。
可靠性定理(一) 可靠性定理(
设∑⊆Form(L ),A∈Form(L )。 Form(L Form(L
若∑├A,则∑╞A。 ,则∑ 若Ф├A,则Ф╞A。 Ф├A,则Ф
协调性
∑⊆Form(L )是协调的,当且仅当不存在 Form(L A∈Form(L ),使得∑├A且∑├¬A。 Form(L ,使得∑
定理
若A(u1,u2,…,un)是可满足的 iff ∃x1∃x2…∃xnA(x1,x2,…,xn) 是可满足的。
证明:
A(u)可满足 A(u)可满足 iff 存在赋值v,使得A(u)v=1 存在赋值v,使得A(u) v(u/uv)=1 iff 存在赋值v,使得A(u) 存在赋值v,使得A(u) iff 存在赋值v,使得(∃xA(x))v=1 存在赋值v,使得(∃xA(x)) iff ∃xA(x)可满足 ∃xA(x)可满足 使用归纳证明即可。
引理:设∑ Form(L 是极大协调集,构作真假赋值v 引理:设∑⊆Form(L p)是极大协调集,构作真假赋值v, 使得对于任何原子公式p 使得对于任何原子公式p,pv=1当且仅当p∈ ∑。于是, =1当且仅当p 对于任何A Form(L 对于任何A∈Form(L p), Av=1当且仅当A∈ ∑。 =1当且仅当A 证明:
定理:
设∑⊆Form(L )是极大协调的。对于任何A Form(L 是极大协调的。对于任何A ∈Form(L ),¬A∈∑ iff A ∉ ∑。 Form(L
证明:
必要性:假设A 必要性:假设A∈∑。可得, ∑├A。 又因为¬ 又因为¬A∈∑,且∑├¬A 。这与∑协调矛盾。 这与∑ 充分性:因为A 充分性:因为A ∉ ∑且∑是极大协调的, ∑∪{A} 是不协调的,即存在B Form(L ,使得∑ 是不协调的,即存在B∈Form(L ),使得∑, A├B且∑,A├¬B,可得∑├¬A 。所以¬A∈∑。 ,可得∑ 。所以¬
可靠性定理(二) 可靠性定理(
设∑⊆Form(L ),A∈Form(L )。 Form(L Form(L
若∑是可满足的,则∑是协调的。 是可满足的,则∑是协调的。 若A是可满足的,则A是协调的。 是可满足的,则A是协调的。
证明:
假设∑是不协调的。即存在A Form(L 假设∑是不协调的。即存在A∈Form(L ),使得 ∑├A且∑├¬A。由可靠性定理(一),得到, ∑╞A且∑╞¬A。 因为∑是可满足的,可得,存在赋值v,使得∑ =1。 因为∑是可满足的,可得,存在赋值v,使得∑v=1。 =1,矛盾。 所以A =1且 所以Av=1且(¬A)v=1,矛盾。
极大协调性
∑⊆Form(L )是极大协调的,当且仅当 Form(L
∑是协调的。 是协调的。 对于任何A 对于任何A ∉ ∑,∑∪{A}是不协调的。 {A}是不协调的。
称∑为封闭于形式可推演性的,若对于任何 A, ∑├A蕴含A∈∑。 蕴含A
定理:
设∑⊆Form(L )是极大协调的。对于任何A Form(L 是极大协调的。对于任何A ∈Form(L ),∑├A iff A∈∑。 Form(L A∈
i)若A是原子公式,成立。 )若A ii)¬A∈ ∑ iff A ∉ ∑ iff Av=0 iff (¬A)v=1。 ii)¬A∈ =1。 iii)A∧B∈ ∑ iff A ∈ ∑且B ∈ ∑ iff Av=1且 Bv=1 iff (A ∧ B)v=1。 iii) =1且 =1。 iv) A∨B∈ ∑ iff A ∈ ∑或B ∈ ∑ iff Av=1或 Bv=1 iff (A ∨ B)v=1。 iv) =1或 =1。 v) A→B∈ ∑ iff A ∈ ∑蕴含B ∈ ∑ iff Av=1蕴含Bv=1 iff (A → 蕴含B =1蕴含B B)v=1。 =1。 vi) A↔B∈ ∑ iff A ∈ ∑等值于B ∈ ∑ iff Av=1等值于 Bv=1 iff vi) A↔B 等值于B =1等值于 (A↔B =1。 (A↔B)v=1。
定理:
∑⊆Form(L )是协调的,当且仅当存在 Form(L A∈Form(L ),使得∑├/ 。 Form(L ,使得∑ A
证明:
必要性:假设对于任何A Form(L 必要性:假设对于任何A∈Form(L ),∑├A。这 与∑是协调的相矛盾。 充分性:假设∑是不协调的,即存在B Form(L 充分性:假设∑是不协调的,即存在B∈Form(L ), 使得∑ 使得∑├B且∑├¬B。则对于任何A∈Form(L ) , 。则对于任何A Form(L ∑,¬A├B且∑,¬A ├¬B,可得到∑├A。矛盾。 ¬A├ ,可得到∑
定理:
A可满足 iff A的前束范式是可满足的 A的前束范式是可满足的 A有效 iff A的前束范式是有效的 A的前束范式是有效的
定义:
∑在论域D中可满足 iff 存在以D为论域的赋值v, 在论域D 存在以D为论域的赋值v 使得∑ =1。 使得∑v=1。 A在论域D中有效 iff 对于任何以D为论域的赋 在论域D 对于任何以D 值v,Av=1。 =1。
定理:
设∑⊆Form(L )是极大协调的。对于任何A, Form(L 是极大协调的。对于任何A B∈Form(L ),A∧B∈∑ iff A∈∑并且B∈∑。 Form(L A∈ 并且B
证明:
必要性:因为A 必要性:因为A∧B∈∑。可得, ∑├A ∧B。 进一步得到, ∑├A 且∑├ B 。所以A∈∑且 。所以A B∈∑。 充分性:因为A 充分性:因为A∈∑且B∈∑。可得,∑├A 且 。可得,∑ ∑├ B。 进一步得到, ∑├A ∧B 。所以A∧B∈∑。 。所以A
定理:设∑ Form(L 定理:设∑⊆Form(L p),A∈Form(L p),且∑为有限集。 Form(L ,且∑
若Ф╞ A,则Ф├A 。 ,则Ф├A 若∑╞A ,则∑├A 。 ,则∑
证明:
设A含不同的原子公式p1,p2,…,pn。令v1,v2是真假赋值, 含不同的原子公式p 。令v1,v2是真假赋值, 且p1v1=1, p1v2=0, p2v1= p2v2=1,piv1= piv2,i=3,…,n。由 =1, =0, =1, i=3, 引理,由于A =1,所以p 引理,由于Av1=1,所以p1,p2 ,…,An├A。由于Av2=1,所 。由于A =1,所 以¬p1,p2 ,…,An├A。可得, p1 ∨ ¬p1 ,p2 ,…,An├A, p2 ,…,An├ (p1 ∨ ¬p1 ) →A (p 又因为Ф├ 又因为Ф├ p1 ∨ ¬p1 ,所以 p2 ,…,An├ p1 ∨ ¬p1 。 可得, p2 ,…,An├ A。 再令u1,u2是真假赋值,且p =1, 再令u1,u2是真假赋值,且p1u1=1, p1u2=0, p2u1= p2u2=0,piu1= =0, =0, piu2,i=3,…,n。同理可得, ¬p2 ,…,An├ A。 i=3, 可得, A3 ,…,An├ A。 进一步指定真假赋值,可得Ф├A 进一步指定真假赋值,可得Ф├A 。
定理:
任何协调集都可扩充为极大协调集。
引理:
设A ∈Form(L p)含不同的原子公式p1,p2,…, Form(L 含不同的原子公式p pn,v是真假赋值。对于i=1,2,…,n,令 是真假赋值。对于i=1, 若piv=1,则Ai=pi;否则,Ai=¬pi。则 =1,则A ;否则,A 若Av=1,则A1,A2 ,…,An├A。 =1,则A 若Av=0,则A1,A2 ,…,An├¬A。 =0,则A
定理:
设∑⊆Form(L )是极大协调的。对于任何A,B∈Form(L ), Form(L 是极大协调的。对于任何A Form(L A∨B∈∑ iff A∈∑或B∈∑。 A∈
证明:
必要性:假设A 必要性:假设A ∉ ∑且B ∉ ∑。 可得, ¬A∈∑且¬B∈∑。 ¬B∈ 进一步可得,¬ 进一步可得,¬A ∧ ¬B∈∑, ¬(A ∨ B)∈ ∑, ∑├ ¬(A ¬B∈ ¬(A B)∈ ¬(A ∨ B) 。 又因为A 又因为A∨B∈∑, ∑├ A ∨ B。这与∑协调矛盾。 。这与∑ 充分性:因为A 充分性:因为A∈∑或B∈∑。可得,∑├A ∨B 或∑├ B 。可得,∑ ∨ A。 进一步得到, A ∨ B∈∑。
定理:
设∑⊆Form(L )是极大协调的。对于任何A, Form(L 是极大协调的。对于任何A B∈Form(L ), Form(L A→B∈∑ iff A∈∑蕴含B∈∑。 A∈ 蕴含B A↔B∈∑ iff A∈∑等值于B∈∑。 ↔B∈ A∈ 等值于B
定理:
设∑⊆Form(L )是极大协调的。对于任何A Form(L 是极大协调的。对于任何A ∈Form(L ),∑├/ iff ¬A∈∑。 Form(L A
命题逻辑的完备性定理(一) 命题逻辑的完备性定理(
设∑⊆Form(L p),A∈Form(L p)。 Form(L Form(L
若∑是协调的,则∑是可满足的。 协调的,则∑ 可满足的 若A是协调的,则A是可满足的,所以∑ 因为∑是协调的,所以∑可以扩充为极大协调集 对于任何B 。因此,可得B =1, ∑*。对于任何B∈∑, B∈∑*。因此,可得Bv=1, v是构作真假赋值。即∑是可满足的。 是构作真假赋值。即∑ 可满足的。
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