Riepilogo
Le due unità precedenti hanno costruito sullo stesso linguaggio due nozioni di ciò che segue da premesse date: la deduzione, , che ottiene stringhe da altre stringhe con assiomi e regole senza chiedersi che cosa significhino, e la conseguenza semantica, , che percorre assegnazioni senza scrivere alcuna deduzione. Questa lezione dimostra che entrambe le nozioni coincidono per insiemi finiti di premesse. La correttezza () si dimostra per induzione forte sul numero di righe della deduzione, con un caso per ogni assioma e per ogni regola, compresa la sostituzione della doppia negazione; ne seguono la coerenza del sistema e un metodo per dimostrare che una formula non è deducibile. Il converso, la completezza, richiede uno strumento nuovo: il lemma di Kalmár, che trasforma ogni riga della tavola di verità di una formula in una deduzione e la cui induzione sulla complessità ha un solo caso composto, perché la negazione congiunta è l’unico connettivo primitivo; per quel caso si deducono nel sistema due lemmi sulla negazione congiunta. Eliminando poi con la dimostrazione per casi, una a una, le ipotesi che fissano la riga, si ottiene che ogni tautologia è un teorema e, con i due teoremi di deduzione, che ogni conseguenza di un insieme finito di premesse è deducibile da esso. Ne seguono la decidibilità della deducibilità da un numero finito di premesse e la coincidenza tra l’equivalenza dimostrabile e quella semantica. Il caso di infinite premesse resta per la lezione successiva, perché richiede il teorema di compattezza.
Obiettivi di apprendimento
- Enunciare la correttezza e la completezza nelle forme debole, finita e forte, distinguerle come proprietà indipendenti e spiegare perché è circolare l’argomento che ottiene la completezza «per la correttezza».
- Dimostrare la correttezza per induzione forte sul numero di righe, compreso il caso della regola di sostituzione della doppia negazione, e usarla per dimostrare la coerenza del sistema e la non deducibilità di formule concrete.
- Dedurre nel sistema del corso i due lemmi sulla negazione congiunta e, con essi, dimostrare il lemma di Kalmár per induzione sulla complessità.
- Dimostrare la completezza debole eliminando ipotesi con la dimostrazione per casi, e la completezza per insiemi finiti di premesse con i due teoremi di deduzione.
- Applicare la coincidenza tra deduzione e conseguenza per decidere deducibilità, equivalenze dimostrabili e coerenza, e per analizzare che cosa accade quando si aggiungono regole al sistema.
Due domande sul sistema del corso
L’unità sulla deduzione ha fissato il sistema del corso: gli schemi di assioma A1, A2 e A3 di Łukasiewicz e due regole, il modus ponens (MP) e la sostituzione della doppia negazione (SDN), che la lezione sulle quattro tecniche di deduzione ha aggiunto dopo aver dimostrato la doppia negazione. Una deduzione da un insieme è una successione finita di formule in cui ciascuna è un assioma, un elemento di , il risultato del modus ponens applicato a due formule precedenti o il risultato della SDN applicata a una precedente; significa che esiste una deduzione da la cui ultima formula è . L’unità sulla semantica, a sua volta, ha definito nella lezione su conseguenza ed equivalenza semantica la relazione : ogni assegnazione che soddisfa tutte le formule di soddisfa . Entrambe le relazioni si scrivono con lo stesso schema, un insieme a sinistra e una formula a destra; ma la loro natura è opposta. La prima è sintattica ed esistenziale: afferma che esiste un oggetto finito, una deduzione, che si può controllare segno per segno. La seconda è semantica e universale: afferma qualcosa su tutte le assegnazioni, che sono infinite e ciascuna delle quali dà valore a infinite variabili.
Sul sistema si pongono quindi due domande. La prima: deduce soltanto ciò che deve? Il sistema si dice corretto se, per ogni insieme e ogni formula , da segue : ciò che si deduce da premesse date è vero sotto ogni assegnazione che rende vere le premesse. La seconda: deduce tutto ciò che deve? Il sistema si dice completo se da segue . La completezza ammette tre gradi, secondo gli insiemi di premesse che comprende:
- completezza debole: se , allora ; ogni tautologia è un teorema;
- completezza per insiemi finiti di premesse: se , allora ;
- completezza forte: se , allora , per un insieme qualsiasi, anche infinito.
Questa lezione dimostra la correttezza e i primi due gradi della completezza. Il terzo si dimostra nella lezione sul teorema di compattezza, e la ragione di questa ripartizione si spiega alla fine della lezione.
Che cosa non dire
In spagnolo la correttezza si chiama talvolta «solvencia», un calco dell’inglese soundness; il termine spagnolo è «corrección», ed è quello che il corso usa in spagnolo. Né va definita come la proprietà del sistema di «inferire un’espressione da un insieme di espressioni», perché questa è la deducibilità stessa e non una proprietà del sistema. Gli errori di contenuto, però, sono altri due.
Il primo consiste nell’affermare che correttezza e completezza «si inferiscono l’una dall’altra». Sono proprietà indipendenti: il sistema di Łukasiewicz senza la regola SDN è corretto (lo mostra la dimostrazione di questa lezione, togliendo un caso) e non è completo (la lezione sui sistemi deduttivi formali ha esibito una tautologia che non deduce); e un sistema che ammettesse tutte le formule come assiomi sarebbe completo senza essere corretto. Il problema risolto 2 studia entrambi gli esempi.
Il secondo errore è più grave, perché presenta un argomento circolare come dimostrazione della completezza. Dice, in sostanza: se , allora per il teorema di deduzione ; «per la correttezza» ; e per il teorema di deduzione semantico . Ora, la correttezza afferma che ciò che è deducibile è valido, e la sua contrapposizione che ciò che non è valido non è deducibile:
Il passo dell’argomento va nella direzione opposta, da a , e questa è la contrapposizione di , cioè della completezza debole. Se è così, l’argomento presuppone ciò che vuole dimostrare. Ne segue che la completezza non «si inferisce in modo semplice»: è il risultato più profondo del corso, e la sua dimostrazione occupa la maggior parte di questa lezione. Infine, è impreciso riassumere la completezza dicendo che «tutte le espressioni vere hanno una dimostrazione»; ha una dimostrazione ciò che è valido, vero sotto ogni assegnazione, non ciò che è vero sotto qualcuna: la variabile è vera sotto molte assegnazioni e non è un teorema.
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