要約 ド・モルガンの法則と分配法則は、これまで二つの項について述べられてきた。一方、標準形は任意個の項の連言と選言を集めたものであり、これらの法則をその一般性において必要とする。この課では、論理式のリスト ( φ 1 , … , φ n ) (\varphi_1, \ldots, \varphi_n) ( φ 1 , … , φ n ) の連言と選言を再帰によって定義し(それぞれ ⋀ i = 1 n φ i \bigwedge_{i=1}^{n} \varphi_i ⋀ i = 1 n φ i 、⋁ i = 1 n φ i \bigvee_{i=1}^{n} \varphi_i ⋁ i = 1 n φ i と書く)、左に結合させる。そして項の個数に関する帰納法によって、値の補題(連言が真であるのは、そのすべての項が真であるとき、かつそのときに限る。選言が真であるのは、いずれかの項が真であるとき、かつそのときに限る)、まとめ直しを許す一般化された結合律、順序と重複への非依存性、一般化されたド・モルガンの法則、そして標準形の課で用いる形の一般化された分配律を証明する。すなわち、二つの選言(項数はそれぞれ n n n と m m m )の連言は、各選言から一項ずつとった n m nm nm 個の連言の選言と同値であり、双対的にも同様である。問題では、付値を数え、まとめ直しを定義と偽る証明の誤りを突き止め、分配による増大を測り、そこから 2 n 2^n 2 n 項のトートロジーを得る。
学習目標 n n n 項の連言と選言を記法 ⋀ \bigwedge ⋀ と ⋁ \bigvee ⋁ で書き、それらを左結合の記号列として展開し、その真理値を値の補題で計算する。項の個数に関する帰納法によって、一般化された結合律、順序と重複への非依存性、一般化されたド・モルガンの法則を証明し、その際、各段階で記号列の恒等式と意味論的同値とを区別する。 二つの添字に関する帰納法を組み立てて一般化された分配律とその双対を証明し、分配によって生じる項を数える。 基底が誤って書かれた帰納法の証明や、帰納段階がまとめ直しを隠している帰納法の証明の誤りを突き止め、それを修正する。 任意個の項についての法則 意味論的帰結と同値 の課では、二つの項についての同値の法則を確立した。その中には、∧ \wedge ∧ と ∨ \vee ∨ の交換律と結合律、ド・モルガンの法則、二つの分配律が含まれる。ところで、選言標準形の論理式は連言の選言であり、各連言は必要なだけの項をもつ。論理式をこの形に変形するには、任意の長さの連言と選言を否定し、まとめ直し、分配しなければならない。そうであるならば、二項の法則はそのままでは足りない。それらを n n n 項に拡張し、しかもすべての n n n について一度に拡張しなければならない。
固定した各 n n n について、n n n 項のド・モルガンの法則は、2 n 2^n 2 n 行の真理値表(n n n 個の変数で書かれる)によって検証でき、前の課の一様代入を両辺のあいだの双条件に適用すれば、任意の論理式に拡張される。しかし n n n の値は無限に多く、どれだけの数の表でもそれらを尽くすことはできない。このことから、「すべての n n n について」という主張は二つの論理式のあいだの同値ではなく、無限に多くの同値についての言明であり、メタ言語で定式化されたものであることが従う。その証明は、自然数と論理式に関する帰納法 の課の証明と同様に外部の証明であり、その道具は項の個数に関する帰納法である。記法 ⋀ i = 1 n φ i \bigwedge_{i=1}^{n} \varphi_i ⋀ i = 1 n φ i もまたメタ言語に属する。それは言語の新しい記号ではなく、白丸と黒丸からなる記号列の名前であって、( φ ∧ ψ ) (\varphi \wedge \psi) ( φ ∧ ψ ) がそうであるのと同じである。
ここで、混同してはならない三つの関係を定めておこう。等式 α = β \alpha = \beta α = β は、α \alpha α と β \beta β が同じ記号列であることをいう。定義は : = := := で書かれ、記号列に名前を導入する。定義を展開して得られるものは等しいのであって、単に同値なのではない。意味論的同値 α ≡ β \alpha \eqsem \beta α ≡ β は、v ( α ) = v ( β ) v(\alpha) = v(\beta) v ( α ) = v ( β ) がすべての付値 v v v について成り立つことをいう。演繹の単元の証明可能な同値 α ⊣ ⊢ β \alpha \dashv\vdash \beta α ⊣⊢ β は、二つの論理式のそれぞれが他方から導かれることをいう。この課は最初の二つを扱い、三つ目は一つの注釈にだけ現れる。
用いるもの 命題論理の意味論 の課からは、次のものを用いる。付値、すなわち変数 v 1 , v 2 , … v_1, v_2, \ldots v 1 , v 2 , … から { 0 , 1 } \{0, 1\} { 0 , 1 } への関数と、そのすべての論理式への拡張(同じ文字 v v v で書く)。公式の略記から計算した派生結合子の値 v ( ¬ φ ) = 1 − v ( φ ) v(\neg\varphi) = 1 - v(\varphi) v ( ¬ φ ) = 1 − v ( φ ) 、v ( ( φ ∧ ψ ) ) = v ( φ ) v ( ψ ) v((\varphi \wedge \psi)) = v(\varphi)\,v(\psi) v (( φ ∧ ψ )) = v ( φ ) v ( ψ ) (したがって連言が値 1 1 1 をとるのは、その二つの成分がともに値 1 1 1 をとるとき、かつそのときに限り、また v ( ( φ ∨ ψ ) ) = 1 v((\varphi \vee \psi)) = 1 v (( φ ∨ ψ )) = 1 であるのは v ( φ ) = 1 v(\varphi) = 1 v ( φ ) = 1 または v ( ψ ) = 1 v(\psi) = 1 v ( ψ ) = 1 であるとき、かつそのときに限る)。一致補題(二つの付値がある論理式の変数で一致するならば、その論理式で一致する)。そして論理式 ⊤ \top ⊤ と ⊥ \bot ⊥ 、すなわち固定したトートロジーと固定した矛盾式。意味論的帰結と同値 の課からは、次のものを用いる。≡ \eqsem ≡ が反射的、対称的、推移的であること。意味論的置換定理。そして名前つきの法則の一覧。交換律 ( φ ∧ ψ ) ≡ ( ψ ∧ φ ) (\varphi \wedge \psi) \eqsem (\psi \wedge \varphi) ( φ ∧ ψ ) ≡ ( ψ ∧ φ ) と ( φ ∨ ψ ) ≡ ( ψ ∨ φ ) (\varphi \vee \psi) \eqsem (\psi \vee \varphi) ( φ ∨ ψ ) ≡ ( ψ ∨ φ ) 、結合律 ( φ ∧ ( ψ ∧ χ ) ) ≡ ( ( φ ∧ ψ ) ∧ χ ) (\varphi \wedge (\psi \wedge \chi)) \eqsem ((\varphi \wedge \psi) \wedge \chi) ( φ ∧ ( ψ ∧ χ )) ≡ (( φ ∧ ψ ) ∧ χ ) と ∨ \vee ∨ についての同様の法則、ド・モルガンの法則 ¬ ( φ ∧ ψ ) ≡ ( ¬ φ ∨ ¬ ψ ) \neg(\varphi \wedge \psi) \eqsem (\neg\varphi \vee \neg\psi) ¬ ( φ ∧ ψ ) ≡ ( ¬ φ ∨ ¬ ψ ) と ¬ ( φ ∨ ψ ) ≡ ( ¬ φ ∧ ¬ ψ ) \neg(\varphi \vee \psi) \eqsem (\neg\varphi \wedge \neg\psi) ¬ ( φ ∨ ψ ) ≡ ( ¬ φ ∧ ¬ ψ ) 、分配律 ( φ ∧ ( ψ ∨ χ ) ) ≡ ( ( φ ∧ ψ ) ∨ ( φ ∧ χ ) ) (\varphi \wedge (\psi \vee \chi)) \eqsem ((\varphi \wedge \psi) \vee (\varphi \wedge \chi)) ( φ ∧ ( ψ ∨ χ )) ≡ (( φ ∧ ψ ) ∨ ( φ ∧ χ )) と ( φ ∨ ( ψ ∧ χ ) ) ≡ ( ( φ ∨ ψ ) ∧ ( φ ∨ χ ) ) (\varphi \vee (\psi \wedge \chi)) \eqsem ((\varphi \vee \psi) \wedge (\varphi \vee \chi)) ( φ ∨ ( ψ ∧ χ )) ≡ (( φ ∨ ψ ) ∧ ( φ ∨ χ )) 、二重否定 ¬ ¬ φ ≡ φ \neg\neg\varphi \eqsem \varphi ¬¬ φ ≡ φ 、べき等律 ( φ ∨ φ ) ≡ φ (\varphi \vee \varphi) \eqsem \varphi ( φ ∨ φ ) ≡ φ 、恒等律 ( φ ∧ ⊤ ) ≡ φ (\varphi \wedge \top) \eqsem \varphi ( φ ∧ ⊤ ) ≡ φ 、そして排中律 ⊨ ( φ ∨ ¬ φ ) \models (\varphi \vee \neg\varphi) ⊨ ( φ ∨ ¬ φ ) 。これらの法則は任意の論理式 φ \varphi φ 、ψ \psi ψ 、χ \chi χ について成り立ち、これらはメタ変数である。
以下の証明の各段階では、論理式の一部を、それと同値な別の部分で置き換える。意味論的置換定理は、これを一度に一つの出現について許す。次の補題はその特別な場合であり、否定、連言、選言の各部分について一度にこれを与える。これが構文上の自明なことではない点に注意しなければならない。¬ α \neg\alpha ¬ α は記号列 ( α ↓ α ) (\alpha \downarrow \alpha) ( α ↓ α ) であり、その中に α \alpha α は二回現れる。したがって ( α ∧ β ) (\alpha \wedge \beta) ( α ∧ β ) は α \alpha α の出現を八つ、β \beta β の出現を八つ含む。
α ≡ α ′ \alpha \eqsem \alpha' α ≡ α ′ かつ β ≡ β ′ \beta \eqsem \beta' β ≡ β ′ ならば、¬ α ≡ ¬ α ′ \neg\alpha \eqsem \neg\alpha' ¬ α ≡ ¬ α ′ 、( α ∧ β ) ≡ ( α ′ ∧ β ′ ) (\alpha \wedge \beta) \eqsem (\alpha' \wedge \beta') ( α ∧ β ) ≡ ( α ′ ∧ β ′ ) 、( α ∨ β ) ≡ ( α ′ ∨ β ′ ) (\alpha \vee \beta) \eqsem (\alpha' \vee \beta') ( α ∨ β ) ≡ ( α ′ ∨ β ′ ) である。
証明
1 v v v を任意の付値とする。仮定により、α \alpha α と α ′ \alpha' α ′ は同じ値をとり、β \beta β と β ′ \beta' β ′ も同様である。
2 否定の値と連言の値は、その成分の値だけに依存する。
3 選言についても同様である。選言が値 1 1 1 をとるのは、いずれかの成分が値 1 1 1 をとるとき、かつそのときに限り、成分は両辺で同じ値をとる。
4 v v v は任意であったから、三つの同値が成り立つ。
この授業の続き
n n n 項の連言と選言n n n 項の連言の真理値項の順序とまとめ方 一般化されたド・モルガンの法則 一般化された分配律 例題 含意の連鎖を充足する付値はいくつあるか 前件が複合的な含意 定義ではないまとめ直し 分配による増大 2 n 2^n 2 n 項のトートロジー練習問題 対の連言の付値を数える 項をもたない連言 三つの選言の分配 一般化された移出律 リストのまとめ方はいくつあるか 無料アカウントで続きを読む
無料アカウントを作成すると、この授業の全体と各コースの最初の授業を読むことができ、進捗も保存できます。
コース全体を利用する
この授業の続きはサブスクリプションでご利用いただけます。 サブスクリプションで、各コースのすべての授業と、その問題・証明を利用できます。
コース全体を利用する
この授業の続きはサブスクリプションでご利用いただけます。 サブスクリプションで、各コースのすべての授業と、その問題・証明を利用できます。
月額 $19.00 または年額 $149.00
コンテンツを読み込んでいます…