Zusammenfassung
Diese Lektion geht vom Wahrheitswert einer Formel zu den Beziehungen zwischen Formeln über. Sie definiert die semantische Folgerung aus einer endlichen oder unendlichen Prämissenmenge und präzisiert die Lesarten des Folgerungszeichens, auch die seiner Negation, die besagt, dass etwas nicht allgemeingültig ist, und nicht, dass es widersprüchlich ist. Sie verwendet die als Polynome geschriebenen Werte der Junktoren, wodurch die Überprüfung eines Gesetzes zu einer Rechnung wird, und beweist die strukturellen Eigenschaften der Folgerung (Reflexivität, Monotonie, Schnitt und Transitivität), das semantische Deduktionstheorem und die Zurückführung der Folgerung auf die Unerfüllbarkeit, auf die sich die Resolutionsmethode stützen wird. Danach definiert sie die semantische Äquivalenz, beweist, dass sie eine Äquivalenzrelation ist, die mit der wechselseitigen Folgerung und mit der Allgemeingültigkeit des Bikonditionals übereinstimmt, und beweist durch Induktion über die Komplexität die beiden Sätze, mit denen man mit ihr arbeiten kann: die Ersetzung eines Vorkommens einer Teilformel durch eine äquivalente und die uniforme Substitution von Formeln für Variablen. Mit ihnen stellt sie den Katalog der Gesetze mit ihren richtigen Namen auf und vereinfacht Formeln durch Ketten von Äquivalenzen, ohne Wahrheitstafeln.
Lernziele
- Entscheiden, ob eine Formel semantische Folgerung aus einer endlichen oder unendlichen Formelmenge ist, indem man eine Belegung angibt, die sie widerlegt, oder beweist, dass es keine gibt.
- Die Eigenschaften der Folgerung, das semantische Deduktionstheorem und die Zurückführung der Folgerung auf die Unerfüllbarkeit beweisen und anwenden.
- Semantische Äquivalenzen durch Wahrheitstafeln, durch Rechnen mit den Werten und durch Ketten von Äquivalenzen nachweisen und dabei jedes Gesetz richtig benennen.
- Den semantischen Ersetzungssatz und den Satz von der uniformen Substitution durch Induktion über die Komplexität beweisen und unterscheiden, wann welcher anzuwenden ist.
Was aus der vorigen Lektion verwendet wird
Die Lektion über die Semantik der Aussagenlogik hat den Formeln eine Bedeutung gegeben, und diese Lektion setzt sie als bekannt voraus. Eine Belegung ist eine Funktion , die jeder Variablen einen Wahrheitswert zuordnet, (wahr) oder (falsch). Nach dem Satz über die Definition durch Rekursion über Formeln aus der Lektion über die Induktion setzt sich jede Belegung auf eindeutige Weise auf alle Formeln fort, und zwar durch die Klausel des Peirce-Pfeils, die einzige, die nötig ist, weil die Sprache nur einen Junktor hat:
Wegen der Eindeutigkeit der Fortsetzung schreibt man auch für den Wert der Fortsetzung; der Buchstabe ohne Index bezeichnet stets eine Belegung (und , , weitere), während die Variablen stets ihren Index tragen. Wie in der Lektion über die Formalisierung benennen , , , und die Variablen bis , und ist die Menge der Variablen von . Man sagt, dass die Formel erfüllt, und schreibt , wenn , und dass sie sie widerlegt, , wenn . Eine Formel ist allgemeingültig (oder eine Tautologie), und man schreibt , wenn jede Belegung sie erfüllt; erfüllbar, wenn irgendeine sie erfüllt; unerfüllbar (oder eine Kontradiktion), wenn keine sie erfüllt; kontingent, wenn sie erfüllbar ist, ohne allgemeingültig zu sein. Eine Belegung erfüllt eine Menge von Formeln, , wenn sie jede von ihnen erfüllt, und ist erfüllbar, wenn irgendeine Belegung sie erfüllt, und andernfalls unerfüllbar. Schließlich setzt man und , sodass und für jede Belegung.
Aus jener Lektion werden außerdem zwei Ergebnisse verwendet. Das erste ist das Koinzidenzlemma: Wenn zwei Belegungen auf den Variablen von übereinstimmen, stimmen sie auf überein; danach hängt der Wert einer Formel mit Variablen nur von Kombinationen ab, und ihre Wahrheitstafel ist endlich. Das zweite ist der Satz über die Werte der abgeleiteten Junktoren, der aus den offiziellen Abkürzungen den Wert jedes Junktors als Polynom in den Werten der Komponenten berechnet. Wenn und :
Die Beweise dieser Lektion bestehen fast alle darin, Wahrheitswerte zu vergleichen, und diese Polynome erlauben es, dies durch eine Rechnung statt durch ein Durchgehen von Fällen zu tun. Ihre einzige zusätzliche Regel ist, dass und die einzigen Zahlen sind, die mit ihrem Quadrat übereinstimmen: Wenn den Wert oder hat, dann und . Es empfiehlt sich außerdem, drei weitere Schreibweisen derselben Werte zur Hand zu haben, die man durch Ausmultiplizieren der Produkte erhält:
Die erste ist die Klausel des Peirce-Pfeils (das Produkt von und ist genau dann , wenn ); die zweite besagt, dass die Disjunktion nur dann ist, wenn beide Komponenten sind; die dritte, dass das Bikonditional ist, wenn (weil ), und , wenn (weil dann und ).
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