konstruktiv resonnering, naturlig deduksjon og Kripke
Transcription
konstruktiv resonnering, naturlig deduksjon og Kripke
Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon INF3170 / INF4171 Intuisjonistisk logikk: konstruktiv resonnering, naturlig deduksjon og Kripke-modeller Andreas Nakkerud 15. september 2015 Kripke-semantikk Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Konstruktiv resonnering Hvordan tenker vi på uendelige mengder? Kan vi avgjøre A |= ∃xφ(x) ved å inspisere mendgen? 10 Finnes det et primtall større enn 1010 ? Hvordan tenker vi på disjunksjoner? Finnes det to irrasjonelle tall a og b slik at ab er rasjonelt? Hvordan tenker vi på negasjon? Hva tenker vi om motsigelsesbevis? Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Brouwer-Heyting-Kolmogorov i. a beviser φ ∧ ψ hvis a = hb, ci, hvor b beviser φ og c beviser ψ. ii. a beviser φ ∨ ψ hvis a = hn, ci, hvor n er et naturlig tall, og hvis n = 0, så beviser c φ, ellers beviser c ψ. iii. a beviser φ → ψ hvis a er en konstruksjon som konverterer et bevis b for φ til et bevis a(b) for ψ. iv. ingen a beviser ⊥. Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Brouwer-Heyting-Kolmogorov La D være et domene av objekter. i. a beviser ∀xφ(x) hvis a er en konstruksjon slik at a(d) beviser φ(d) for enhver d ∈ D. ii. a beviser ∃xφ(x) hvis a = hd, ci, d ∈ D, og c beviser φ(d). Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Eksempel Lage et bevis for φ ∧ ψ → φ. Anta at ha, bi er et bevis for φ ∧ ψ. Da er f (ha, bi) = a et bevis for φ. Vi skriver gjerne f (a, b) i stedet for f (ha, bi). Lambda: λx.λy .x Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Eksempel Lage et bevis for (φ ∧ ψ → σ) → (φ → (ψ → σ)). Anta at f beviser φ ∧ ψ → σ. Da er det slik at hvis a beviser φ og b beviser ψ, så er f (a, b) et bevis for σ. Vi må gjøre om f til et bevis for φ → (ψ → σ). Altså, vi må lage en g slik at hvis c er et bevis for φ, så er g (c) et bevis for ψ → σ. Vi lar g (c) = f (c, d). Da vil g (c) være en prosedyre som konverterer et bevis d for ψ til et bevis (g (c))(d) = f (c, d) for σ. Lambda: λx.λy .λz.x(y , z). Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Naturlig deduksjon Vi beholder nesten alle reglene slik vi kjenner dem fra klassisk utsagnslogikk og klassisk førsteordens logikk. Den eneste reglen vi stryker er RAA. a beviser φ ∧ ψ hvis a = hb, ci, hvor b beviser φ og c beviser ψ. I naturlig deduksjon: f D , D0 φ ψ D D0 = φ ψ φ∧ψ Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Naturlig deduksjon a beviser φ ∨ ψ hvis a = hn, ci, hvor n er et naturlig tall, og hvis n = 0, så beviser c φ, ellers beviser c ψ. D f 0, = φ D φ φ∧ψ 0 D f 1, = ψ D0 ψ φ∧ψ Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Naturlig deduksjon Alle klassiske resultater som bevises uten RAA holder fortsatt. Vi bruker bare Brouwer-Heyting-Kolmogorov-tolkningen til å motivere valget av naturlig deduksjon uten RAA. Skal senere innføre modeller, og vise sunnhet og kompletthet. Vi fortsetter å bruke ` for bevisbarhet. Dersom vi trenger å skille intuisjonistisk og klassist bevisbarhet bruker vi `i for intuisjonistisk. Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Noen bevis ` φ → ¬¬φ. [φ]2 [¬φ]1 →E ⊥ →I 1 ¬¬φ → I2 φ → ¬¬φ Merk at 6`i ¬¬φ → φ. Kommer til å bruke sunnhet til å vise dette. Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Noen bevis ` ¬¬¬φ → ¬φ. [φ]2 [φ]3 [¬φ]1 →E ⊥ →I 1 ¬¬φ → I2 φ → ¬¬φ →E ¬¬φ [¬¬¬φ]4 →E ⊥ →I 3 ¬φ → I4 ¬¬¬φ → ¬φ Kripke-semantikk Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Kripke-semantikk Kripke-semantikk Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Kripke-modeller Vi ser på modeller for et språk L. Definisjon En Kripke-modell er et kvadruppel K = hK , Σ, C , Di, hvor K er en ikke-tom, partielt ordnet mengde, C er en funksjon på konstantene i L, D er en funksjon på K og Σ er en funksjon på K , slik at C (c) ∈ D(k) for alle k ∈ K , D(k) 6= ∅ for alle k ∈ K , Σ(k) ⊆ Atk for alle k ∈ K , hvor Atk er mendgen av atomære formler i L med konstanter for elementer i D(k). Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Kripke-modeller Definisjon (forts.) D og Σ må oppfylle betingelsene i. k ≤ l ⇒ D(k) ⊆ D(l). ii. ⊥ 6∈ Σ(k) for alle k. iii. k ≤ l ⇒ Σ(k) ⊆ Σ(l). D(k) kalles domenet til K i k, elementene i K kalles nodene til K. Vi sier at “φ har parametre i D(k)” hvis alle konstantsymbolene i φ er symboler for konstanter i D(k). Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Kripke-modeller Lemma Σ har en unik udvidelse til en funksjon fra K (også med symbol Σ), slik at Σ(k) ⊆ SENTk , hvor SENTk er mengden av setninger med parapmetre i D(k), og hvor Σ tilfredsstiller (i) φ ∨ ψ ∈ Σ(k) ⇔ φ ∈ Σ(k) eller ψ ∈ Σ(k) (ii) φ ∧ ψ ∈ Σ(k) ⇔ φ ∈ Σ(k) og ψ ∈ Σ(k) (iii) φ → ψ ∈ Σ(k) ⇔ for alle l ≥ k (φ ∈ Σ(k) ⇒ ψ ∈ Σ(k)) (iv) ∃xφ(x) ∈ Σ(k) ⇔ det finnes en a ∈ D(k) slik at φ(a) ∈ Σ(k) (v) ∀xφ(x) ∈ Σ(k) ⇔ for alle l ≥ k og for alle a ∈ D(l) er det slik at φ(a) ∈ Σ(l). Hvis φ ∈ Σ(k) skriver vi k φ og sier at k tvinger φ. Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Kripke-modeller Corollary (i) k ¬φ ⇔ for alle l ≥ k er det slik at l 6 φ. (ii) k ¬¬φ ⇔ for alle l ≥ k finnes det en p ≥ l slik at p φ. Bevis: (i) k ¬φ ⇔ k φ → ⊥ ⇔ for alle l ≥ k, k φ → ⊥ ⇔ for alle l ≥ k, (l φ ⇒ l ⊥) ⇔ for alle l ≥ k, l 6 φ. (ii) k ¬¬φ ⇔ for alle l ≥ k, k 6 ¬φ ⇔ for alle l ≥ k, så er det slik at ikke for alle p ≥ l, p 6 φ ⇔ for alle l ≥ k finnes det en p ≥ l slik at p φ. Merk: Vi argumenterer her klassisk med motsigelsesbevis. Konstruktiv resonnering Naturlig deduksjon Kripke-semantikk Eksempel k1 φ k0 Altså: k0 6 φ og k1 φ. Vi har, derimot, at k0 ¬¬φ, så k0 6 ¬¬φ → φ. Siden k1 φ har vi at k0 6 ¬φ, så k0 6 φ ∨ ¬φ.