- •Предполные классы. Теорема о замкнутости предполных классов.
- •Класс функций, сохраняющих единицу: признак принадлежности к классу, доказательство замкнутости класса, мощность класса. Привести примеры элементарных булевых функций, сохраняющих единицу.
- •Лемма о нелинейной функции. Примеры применения леммы.
- •Метод резолюций в логике высказываний. Корректность и полнота метода резолюций.
- •Термы и формулы в логике предикатов. Интерпретация термов и формул.
- •Подстановка термов в формулы. Композиция подстановок. Понятие коллизии переменных.
- •Аксиоматические основания логики предикатов. Теорема универсальной конкретизации.
- •Нормальные формы в логике предикатов. Правило построения пренексной нормальной формы. Привести к пренексной нормальной форме формулу XyU(X,y)XyB(X,y).
- •Аксиоматические основания логики предикатов. Теорема экзистенциального обобщения.
- •Доказательство общезначимости формул логики предикатов методом семантических таблиц Бета. Доказать общезначимость формулы (xU(X))(xU(X)).
- •Теоретико-множественное представление -формул. Эрбрановские интерпретации. Доказательство невыполнимости предложения с использованием метода семантических деревьев. Теорема Эрбрана.
- •Исчисление предикатов как формальная система. Связь правил вывода в исчислении предикатов с аксиоматическими основаниями логики предикатов. Прямой и обратный вывод в исчислении предикатов.
Подстановка термов в формулы. Композиция подстановок. Понятие коллизии переменных.
Формальной
подстановкой
(или просто подстановкой)
называется функция ,
определенная на конечном множестве
переменных, перерабатывающая каждую
переменную х
из области определения
в некоторый терм. Другое обозначение
подстановкимножество
={x1/t1,
x2/t2,…,xn/tn},
где xi
и ti,
i
являются соответственно переменными
и термами. Выражение (атом, терм, формула)
Т
обозначает выражение, полученное путем
подстановки на места свободных вхождений
переменных x1,…,
xn
соответствующих термов t1,…,
tn.
При выполнении подстановки терма в формулу, важно учитывать следующее:
Вместо связанных переменных ничего подставлять нельзя.
Нельзя допускать появления новых связанных вхождений какой-нибудь переменной, если их не было в исходной формуле.
Результат подстановки термов t1 t2 ... tn в формулу Р вместо свободно входящих переменных х1, х2, ..., хn обозначается
или P{x1/t1,…xn/tn},
где {x1/t1,…,
xn/tn}
называется подстановкой.
Определение: переменная у свободна для переменной х в формуле Р, если в формуле Р отсутствуют свободные вхождения переменной х, находящиеся в области действия квантора по переменной у; терм t свободен для переменной х в формуле Р, если любая переменная терма свободна для х в формуле Р.
Следствия.
Постоянный терм свободен для любой переменной в любой формуле Р.
Если ни одна переменная терма не является связанной переменной формулы Р, то терм t свободен для любой переменной формулы Р.
Результатом подстановки в формулу терма t вместо свободно входящей переменной x, является предложение которое ложно в множестве действительных чисел R. В результате подстановки терма t в формулу вместо свободного вхождения переменной x произошла смена логического значения формулы. Такое событие называется коллизией переменных.
Основной операцией на множестве подстановок является композиция.
Пусть имеются две подстановки ={u1/s1,… ,um/sm} и ={v1/t1,,…, vn/tn}.
Композицией и называется подстановка ={u1/s1,…, um/sm, v1/t1, …, vn/tn} \ ({ui/si | ui=si} {vi/ti | vi{u1,…, um}}).
При выполнении композиции подстановок сначала применяется подстановка в термы s1,…, sm подстановки , а затем полученная подстановка дополняется элементами множества . При этом отбрасываются элементы вида ui/si, если терм si совпадает с ui, и элементы вида vi/ti, если vi{u1,…, un}.
Аксиоматические основания логики предикатов. Теорема универсальной конкретизации.
правила
экзистенциальной конкретизации. Докажем
общезначимость: если ╞(x((x)
)(x
(x))).Данное
выражение означает, что при любых
логических значениях атомов, входящих
в «большую» формулу, и в любой интерпретации
формула остается истинной. В формулу
(x)
переменная x
входит свободно, а формула
не содержит свободных вхождений
переменной x.
Если в «большую» формулу входят свободно
другие переменные, по ним необходимо
провести замыкание путем навешивания
квантора общности по всем переменным,
кроме переменной x.
Введем обозначение
Результатом
замыкания будет новая формулировка
теоремы: ╞x
По определению истинна импликация с ложной посылкой или истинным заключением.
Если посылка импликации x ложна, то доказательство окончено, так как импликация с ложной посылкой истинна.
Если же посылка импликации x истинна, то в соответствии с правилом определения логического значения формулы, образованной квантором общности
Если
при этом I[]=1,
то доказательство окончено. Если
I[]=0,
то
тогда и только тогда, когда
.
Но при этом
.
Следовательно, I[
]=1.
Теорема доказана.
Аксиоматические основания логики предикатов
Пусть х1, х2, ... ,хnn - полный список свободных переменных формулы А.
Через
обозначим формулу, в которой все
свободные вхождения переменных связаны
квантором общности. Такая формула
называется замыканием А. Если формула
А не содержит свободных переменных, то
будем считать, что замыкание А совпадает
с А. Заметим, что замыкание формулы
является постоянной формулой. Аналогично
через
обозначим формулу x1
… xn
A(x1,…,xn).Формулу
А будем называть общезначимой, если
она истинна во всех моделях, т.е. в любой
предметной области и в любой интерпретации.
При этом замыкание А истинно.
Формула А называется
выполнимой, если она истинна в какой-либо
интерпретации и в какой-нибудь модели.
Таким образом, формула общезначима,
если
,
и выполнима, если
.
Очевидно, что всякая общезначимая
формула выполнима. Обратное не
справедливо. Действительно, рассмотрим
постоянную формулу F=
х
у
r(2)
(х, у) и две интерпретации II11
и II2
, которым соответствуют предметные
области DD1=NN
и DD2
=RR
(множества натуральных и действительных
чисел, соответственно), а сигнатура
содержит единственный предикатный
символ r(2),
означающий £Ј.
В интерпретации I1
формула F
означает: «существует наименьшее
натуральное число», и она истинна. В
интерпретации I2
формула F
означает: «существует наименьшее
действительное число» - и она ложна.
Следовательно, указанная формула
выполнима, но не общезначима.
Общезначимая формула А обозначается: ╞ А. Например, ╞ (АА). Если формула А не выполнима ни в какой модели, т.е. ни в какой предметной области и ни в какой интерпретации, она называется противоречием. Например, А&&А.
В бескванторных формулах вопрос о логическом значении формулы решается непосредственным использованием правил определения логического значения связок &&,, , , . Для формул с кванторами процедура определения логического значения формулы осложняется тем, что предметные переменные имеют в общем случае бесконечные области определения. Поэтому прямой перебор всех значений невозможен и приходится использовать косвенные приемы.
Пример 1. Доказать общезначимость:
╞ ((($$xxPP((xx)))) ""xx (Р(х))).
Пусть для некоторого предиката Р и предметной области DD левая часть эквивалентности истинна. Тогда в предметной области не существует ни одного элемента а DD, для которого II[[PP((aa))]]=1. Следовательно, для всех аD формула Р(а) ложна. Иначе, II[[""xxùщPP((xx))]]=1.Таким образом, левая и правая части эквивалентности истинны, следовательно, формула истинна.
Пусть теперь левая часть эквивалентности ложна. Тогда в предметной области найдется хотя бы одно значение переменной х, равное а, при котором формула Р(а) истинна. Следовательно, отрицание формулы Р(а) будет ложно, и, следовательно, I[xP(x)]= 0. Следовательно, опять имеем I[11]=1.
Следовательно, рассматриваемая формула общезначима.
Пример 2. Доказать общезначимость ╞ (х (Р1(х) Р2(х)) (хР1(х)& хР2(х))).
Если I[x(P1 (x) & P2(x))]=0, то импликация истинна при любом логическом значении заключения импликации. Если же I[x(P(x)&Q(x))] =1, то импликация истинна только при истинном заключении. Истинность посылки импликации в данном случае означает, что в предметной области найдется хотя бы один элемент аD, на котором обе формулы Р(а) и Q(а) истинны одновременно. Но в этом случае каждая из подформул , входящих в конъюнкцию в заключении импликации окажется истинной, и, следовательно, заключение импликации также будет истинно. Следовательно, и в этом случае импликация истинна. Следовательно, данная формула общезначима.
Для произвольных формул , , следующие формулы являются аксиомами:
();
(())(()());
()();
Правило вывода Modus Ponens: , ├ .
если free (x,t, ), то общезначимы следующие формулы:
╞(x(x) (x/t)); (правило универсальной конкретизации)
╞( (x/t) x(x)); (правило экзистенциального обобщения)
╞( (x)) ╞ ( x (x));
╞((x) ) ╞ (x (x) ).
Следующие формулы выводимы в системе аксиом логики предикатов.
free (x, t, ) означает, что терм t свободен для переменной х в формуле .
