요약
이 수업은 강좌의 넷째이자 마지막 내용 단원을 연다. 이 단원은 메타이론에 바쳐진다. 이 수업은 단원의 세 수업과 그것들을 잇는 실을 소개한다. 앞의 두 단원은 같은 언어 위에, 전제로부터 무엇이 따라 나오는지에 관한 두 개념, 곧 연역 와 의미론적 귀결 를 세웠다. 이 단원은 둘이 일치함을, 먼저 유한한 전제에 대해(건전성, 칼마르 보조정리, 완전성), 다음으로 임의의 전제에 대해(콤팩트성 정리와 강한 완전성) 증명하고, 끝으로 귀결을 결정하는 셋째 방법인 분해 방법을 제시하여 그것 역시 건전하고 완전함을 증명한다. 이 수업은 왜 콤팩트성이 강한 완전성보다 먼저 증명되고 그 반대가 아닌지를 설명하고, 연역의 탐색도 진리표도 혼자서는 답할 수 없는 물음을 두 예로 보이며, 앞의 세 단원에서 무엇을 가져오는지를 밝히고, 단원의 공부 방법에 관해 조언한다.
학습 목표
- 단원의 세 수업의 순서를 기술하고, 각 수업이 앞 수업의 어떤 결과를 쓰는지 설명하며, 왜 콤팩트성이 의미론적 논증으로 강한 완전성보다 먼저 증명되는지 근거를 댄다.
- 강좌의 두 얼굴, 곧 존재적이고 유한한 연역 가능성 와, 무한히 많은 진리값 할당에 걸친 전칭적인 의미론적 귀결 를 구별하고, 건전성과 세 단계의 완전성을 진술한다.
- 두 관계의 일치가 왜 사례별로 확인될 수 없고 메타정리로만 확립될 수 있는지 설명하고, 각 증명이 앞 단원의 어떤 도구(귀납법, 경우에 따른 증명, 두 연역 정리, 일치 보조정리, 연언형)를 쓰는지 알아본다.
- 단원의 연역에 관한 연역과 의미론적 논증을, 각 단계에서 어느 관계가 문제인지 구별하면서 읽고, 입문 평가에서 출발하여 공부를 조직한다.
입문 평가
단원을 둘러보기 전에 출발점을 재어 두는 것이 좋다. 이 평가는 자기 평가이다. 점수를 매기지 않으며, 유일한 목적은 공부의 방향을 잡는 것이다. 열다섯 문항은 두 종류로 나뉜다. 처음 여섯 문항은 단원이 앞 단원들에서 이미 알려진 것으로 여기는 것, 곧 의미론적 귀결의 정의와 그것의 충족 불가능성으로의 환원, 부정논리합의 값, 일치 보조정리, 연역의 유한성, 경우에 따른 증명을 다룬다. 그 가운데 하나라도 틀린 사람은 계속하기 전에 문항이 이름을 드는 수업을 복습해야 한다. 나머지 아홉 문항은 차례로 이 단원의 세 수업을 수업마다 세 문항씩 다룬다. 논리 체계의 메타이론을 공부한 적이 없는 사람은 정답을 맞히리라 기대하지 않아도 되며, 그래도 상관없다. 모든 답은 맞든 틀리든 요점을 설명하고 그것을 다루는 수업의 이름을 든다. 같은 기능은 끝의 종합 수업에서 다시 잰다.
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문제 1이전 단원에서의 뜻은 무엇인가?
그것은 , 곧 연역 단원의 구문론적 관계이다. 두 관계가 일치한다는 것이 바로 이 단원이 증명하는 것이다. 처음부터 둘을 같은 것으로 여기는 것은 증명하려는 것을 가정하는 일이다.그것은 의 충족 가능성이다. 와 에서는 둘을 모두 충족하는 할당이 있지만, 그런데도 는 의 귀결이 아니다. 을 에, 을 에 주는 할당이 그것을 막는다.귀결에는 여러 전제가 함께 필요할 수 있다. 이고, 두 전제 가운데 어느 것도 홀로는 를 귀결로 갖지 않는다.이것은 의미론적 귀결의 정의이다. 진리값 할당에 관한 전칭적 주장이며, 연역은 언급하지 않는다. 가 비어 있으면, 이것은 가 타당하다고 말한다. 가 충족 불가능하면, 모든 에 대해 성립한다.복습: 의미론적 귀결과 동치
문제 2이전 단원에서다음 주장 가운데 와 동치인 것은 무엇인가?
그것으로는 부족하다. 는 충족 가능하고, 는 의 귀결이 아니다. 귀결이 환원되는 것은 결론을 반박할 수 없음이지, 결론을 긍정할 수 있음이 아니다.이것은 바로 귀결의 부정이다. 그 집합을 충족하는 할당은 반모형이다.이것은 가 타당하다고 말하며, 그것은 가 비어 있는 경우이다. 전제가 있으면, 타당하지 않은 결론도 그런데도 귀결일 수 있다.를 충족하는 할당이 있다면, 그것은 를 충족하고 를 반박할 것이며, 그것이 바로 귀결이 배제하는 것이다. 이것은 귀결과 충족 불가능성의 정리이며, 콤팩트성과 분해는 매 단계에서 이것을 쓴다.복습: 의미론적 귀결과 동치
문제 3이전 단원에서할당 가 에 값 을 준다면, 에는 어떤 값을 주는가?
그렇게 행동하는 것은 부정논리곱, “둘 다는 아님”, 일 것이다. 부정논리합, “…도 …도 아님”이 값 을 갖는 것은 두 성분이 모두 값 을 가질 때뿐이다.부정논리합이 둘째 성분만 본다면 그것이 값일 것이다. 조항은 두 보수를 곱하며, 의 보수는 이다.부정논리합을 선언과 혼동하고 있다. 선언은 어느 성분이 값 을 가지면 그 값을 갖는다. 부정논리합은 바로 선언의 부정이다.부정논리합의 조항에 의해 이고, 첫째 인수는 이다. 이것은 칼마르 보조정리의 세 경우 가운데 첫째이며, 첫 수업은 이것을 연역으로 번역한다.복습: 명제 논리의 의미론
문제 4이전 단원에서의 변항은 와 이다. 두 할당 와 는 와 에 같은 값을 주고, 나머지 모든 변항에는 반대 값을 준다. 이라면, 에 관해 무엇을 주장할 수 있는가?
에 나타나지 않는 변항에서의 차이는 그 식에 영향을 주지 않는다. 그래서 변항이 개인 논리식은 행의 표를 갖는다. 할당은 무한히 많은데도 그렇다.에 없는 변항의 값을 뒤집어도 아무것도 바뀌지 않는다. 의 값이나 의 값을 뒤집는 것만이 그 값을 바꿀 수 있다.의 변항에서 일치하면 충분하다. 그 식에 나타나지 않는, 첨자가 더 작은 변항은 첨자가 더 큰 변항과 마찬가지로 무관하다.이것은 일치 보조정리이다. 논리식의 값은 그 변항들의 값에만 의존하며, 변항은 유한 개이다. 콤팩트성은 마지막 단계에서 이것을 쓰고, 칼마르 보조정리는 표의 한 행으로 충분하도록 하기 위해 이것을 쓴다.복습: 명제 논리의 의미론
문제 5이전 단원에서를 인 논리식의 무한 집합이라 하자. 무엇을 주장할 수 있는가?
전제는 없앨 수 없다. 이고, 은 정리가 아니다.연역은 유한 개의 줄을 가지며 무한히 많은 전제를 쓸 수 없다. 게다가 가진 전제를 모두 써야 할 이유도 전혀 없다.유한성은 연역 단원에서 연역의 길이만 보고, 의미론적 정리는 하나도 쓰지 않고 증명되었다. 콤팩트성을 필요로 하는 것은 의미론적 귀결이지 연역이 아니다.이것은 연역의 유한성이다. 연역은 유한한 열이며 유한 개의 전제만 쓰고, 그 전제들이 그 부분집합을 이룬다. 그 의미론적 대응물, 곧 의 귀결인 것은 그 유한 부분의 귀결이기도 하다는 것은 자명하지 않다. 그것이 콤팩트성 정리이다.복습: 형식 연역 체계
문제 6이전 단원에서이고 임을 안다. 경우에 따른 증명으로 무엇을 결론지을 수 있는가?
그것을 알 필요는 없다. 경우에 따른 증명은 두 선택지 가운데 하나가 성립한다는 것을 쓸 뿐, 어느 쪽인지 정하지 않는다. 가 둘 다 연역하지 않는 것이 보통이며, 그래도 규칙은 똑같이 성립한다.그렇게 되지 않는다. 가 비어 있고 이면 두 가정은 성립하고, 는 가 거짓일 때 거짓이므로, 연역되어서는 안 된다.그것은 단조성에 의해 참이지만, 아는 것보다 훨씬 적다. 경우에 따른 증명은 가정을 없앨 수 있게 해 준다.경우에 따른 증명은 가정을 제거한다. 가 를 써서도 를 써서도 연역되면, 둘 중 어느 것도 쓰지 않고 연역된다. 약한 완전성은 칼마르 보조정리가 고정하는 전제를 제거하기 위해 이것을 변항마다 한 번씩 적용한다.복습: 고전 논리의 기법
문제 7이 강좌의 체계는 건전하다. 이 성질은 무엇을 주장하는가?
그것은 반대 방향, 곧 완전성이며, 훨씬 더 정밀한 도구인 칼마르 보조정리를 필요로 한다.그것은 체계의 무모순성이며, 건전성에서 따라 나오지만 그보다 약하다. 추가 공리 을 가진 이 강좌의 체계는 무모순이면서, 타당하지 않은 것을 연역한다.두 오류를 섞고 있다. 방향을 뒤집고, 또 어떤 할당 아래에서 참인 것과 타당한 것을 혼동한다. 변항 은 많은 할당 아래에서 참이지만 정리가 아니다.전제로부터 연역할 수 있는 것은 그 전제를 참으로 만드는 모든 할당에서 참이다. 이것은 줄 수에 관한 강한 귀납법으로 증명되며, 공리마다, 규칙마다 경우가 하나씩 있다.복습: 건전성과 완전성
문제 8를, 을 에, 을 에 주는 할당이라 하자. 칼마르 보조정리는 변항 와 를 써서, 논리식 에 대해 무엇을 주장하는가?
부호를 잊고 있다. 이 행에서 그 논리식의 값은 이며, 행이 참으로 만드는 전제로부터의 연역은 행이 거짓으로 만드는 논리식으로 끝날 수 없다.에 관한 전제를 잘못 잡고 있다. 이므로 행이 주는 것은 이지 가 아니다. 와 가 참이면 쌍조건의 값은 이다.행의 전제를 없애고 있다. 는 타당하지 않다. 보조정리는 행으로부터 연역하며, 논리식의 값이 모든 행에서 일 때에만 전제를 제거할 수 있다.의 행은 전제 과 가 된다. 그 행에서 의 값이 이므로, 부호 붙은 식은 그 부정이다. 보조정리는 행이 그 논리식에 관해 말하는 것을 체계가 행으로부터 연역한다고 주장한다.복습: 건전성과 완전성
문제 9연역 체계가 완전하지 않으면서 건전할 수 있는가?
흔한 오류이며, 단원의 첫 수업이 이것을 논박한다. 체계는 연역해야 할 것만 연역하면서도 연역해야 할 것을 모두 연역하지는 않을 수 있고, 그 반대도 가능하다.공리가 타당하다는 것은 거짓인 것이 아무것도 연역되지 않음을 보장할 뿐, 참인 것이 모두 연역됨을 보장하지 않는다. 공리가 없는 체계는 건전하며 정리를 하나도 연역하지 않는다.모순인 체계는 어떤 논리식과 그 부정을 연역하므로 건전할 수 없다. 둘을 모두 충족하는 할당은 없기 때문이다.그 공리들은 타당하고 전건 긍정식은 참을 보존한다. 그러나 연역 체계에 관한 수업의 표지는 이 항진식이 그 체계에서 연역되지 않음을 보였다. 건전성과 완전성은 서로 독립인 성질이다.복습: 건전성과 완전성
문제 10콤팩트성 정리는 무엇을 주장하는가?
논리식 두 개에서 이미 실패한다. 과 은 충족 가능하지만, 은 그렇지 않다. 콤팩트성이 살피는 것은 유한 부분집합이지, 낱낱의 논리식이 아니다.집합 은 무한하고 충족 불가능하다.모든 집합은 충족 가능한 유한 부분집합, 곧 공집합을 가진다. 조건은 어느 하나가 아니라 모든 유한 부분집합에 대해 성립해야 한다.한 방향은 곧바로 나온다. 다른 방향은 유한 부분들을 각각 따로 충족하는 할당들로부터 단 하나의 할당을 구성해야 한다. 수업은 의 값을 하나씩 고정하여 그것을 한다.복습: 콤팩트성 정리
문제 11를 인 논리식의 무한 집합이라 하자. 콤팩트성은 무엇을 보장하는가?
유한 부분에 여러 논리식이 필요할 수 있다. 에서 이 따라 나오지만, 그 집합의 어느 논리식도 홀로는 그것을 귀결로 갖지 않는다.공부분집합은 유한하며, 그것에서는 항진식만 따라 나온다. 콤팩트성이 보장하는 것은 어떤 유한 부분집합이지, 모두가 아니다.전제가 없어서는 안 될 수도 있다. 이고, 은 타당하지 않다.이것은 귀결 형태이다. 무한 집합에서 따라 나오는 것은 이미 그 유한 부분에서 따라 나온다. 연역에서는 그것이 유한성이었고 자명한 것이었다. 귀결에서는 그것이 정리이다.복습: 콤팩트성 정리
문제 12첫 수업은 유한 전제 집합에 대해 완전성을 증명한다. 그것을 무한 집합 로 확장하는 데 왜 연역의 유한성으로는 부족한가?
이 논증은 순환적이다. 유한성은 연역에 적용되는데, 로부터는 연역이 하나라도 존재하는지 아직 알지 못한다.변항이 무한히 많은 논리식은 없다. 장애는 논리식에 있지 않고, 무한히 많은 전제는 단 하나의 함의로 해소될 수 없다는 데 있다.그것은 참이다. 둘째 수업이 콤팩트성으로 그것을 증명한다. 미치지 못하는 것은 첫 수업의 방법이지, 명제가 아니다.에서 로 넘어가려면 먼저 유한한 으로서 인 것을 찾아야 한다. 유한성이 유한 부분을 주는 것은 임을 이미 알 때뿐이며, 그것이 바로 찾고 있는 것이다.복습: 콤팩트성 정리
문제 13절 과 의 분해식은 무엇인가?
상보 쌍을 없애지 않고 절들을 합치고 있다. 그것은 분해식이 아니라 항진인 절이며, 아무것도 말하지 않는다.둘째 절의 리터럴 를 잃고 있다. 분해식은 제거된 쌍이 아닌 것을 한쪽 전제에서도 다른 쪽 전제에서도 모두 보존한다.공통 리터럴을 가질 필요는 없고, 한쪽이 어떤 리터럴을, 다른 쪽이 그 반대를 포함하면 된다. 첫째 절의 와 둘째 절의 이다.두 절은 와 에서 충돌한다. 그 쌍을 없애고 나머지 리터럴을 합친다. 이것은 의 값에 관한 경우에 따른 증명을 집합 위에 쓴 것이다.복습: 분해 방법
문제 14분해로 인지 결정하려면, 어떤 절 집합을 반박하려고 하는가?
결론의 부정 대신 결론을 더하고 있다. 이 집합은 충족 가능하며, 그 충족 가능성은 귀결에 관해 아무것도 말하지 않는다.결론의 부정이 없으면 전제들의 집합은 충족 가능하고, 분해에는 반박할 것이 없다.전제를 부정하고 있는데, 전제는 보존해야 한다. 부정하는 것은 결론뿐이다.귀결은 전제들과 결론의 부정을 함께 모은 것의 충족 불가능성과 동치이다. 그 절 형식을 쓰고 반박을 찾는데, 여기서 반박은 두 단계이다.복습: 분해 방법
문제 15빈 절 를 집합 로부터 분해로 도출할 수 있는가?
규칙은 한 단계에 쌍 하나만 없애며, 이것은 관례 때문이 아니다. 둘을 없애면 충족 가능한 집합에서 가 도출되고 말 것이다.첫 단계는 를 주고, 어떤 단계의 열도 에 이르지 못한다. 집합이 충족 가능하고, 도출되는 것은 모두 그 귀결이기 때문이다.이유는 다른 데 있다. 와 위의 두 리터럴 절 네 개로 된 집합은 단위 절이 없는데도 충족 불가능하며, 분해는 먼저 와 를 도출하여 그것을 반박한다.을 에, 을 에 주는 할당이 그 집합을 충족한다. 가 도출된다면, 집합은 충족 불가능할 것이다. 정당한 두 분해식 와 는 항진이다.복습: 분해 방법
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