요약
이 수업은 의미론을 다루는, 강좌의 셋째 단원을 연다. 단원의 여섯 수업과 그것들을 잇는 실마리를 제시하는데, 그 실마리는 진리값 할당을 모든 논리식으로 확장하는 것에서 표준형 알고리즘과 스위치 회로에까지 이른다. 또 강좌의 길 위에 단원을 자리매김하는데, 그 자리는 논리식의 의미에 주의하지 않고 논리식에서 논리식을 얻은 연역의 뒤이고, 연역 가능성 를 의미론적 귀결 와 관련지을 메타이론의 앞이다. 단 하나의 조항, 곧 기본 연결사의 조항만으로 언어 전체에 의미를 주기에 충분한 까닭과, 진리값이 다항식으로 계산되는 까닭을 설명한다. 네 행의 표 하나로, 의미론이 연역을 찾지도 표지를 고안하지도 않고 무엇을 결정하는지 보여 준다. 앞 단원들에서 가져오는 것을 분명히 하고, 끝으로 단원을 공부하는 방법을 조언한다.
학습 목표
- 단원의 여섯 수업의 순서를 기술하고, 각 수업의 어떤 결과를 다음 수업이 쓰는지 설명한다.
- 의미론을 강좌의 길 위에 자리매김하고, 의미론적 귀결 를 연역 가능성 와 구별하며, 건전성과 완전성이 무엇을 주장할지 설명한다.
- 이치성과 진리 함수성 덕분에 왜 단 하나의 조항으로 모든 논리식에 의미를 줄 수 있는지 설명하고, 추론 도식이 타당한지를 진리표로 결정한다.
- 단원이 앞 단원들에서 가져오는 것을 알아보고, 기호 , , , , 를 구별하며, 입문 평가에서 출발하여 공부를 짜 나간다.
입문 평가
단원을 공부하기 전에 출발점을 재어 보는 것이 좋다. 이 평가는 자기 평가이다. 점수를 매기지 않으며, 공부의 방향을 잡는 것만이 목적이다. 열다섯 문항은 두 종류로 나뉜다. 처음 네 문항은 단원이 첫째 단원에서 이미 안다고 여기는 것, 곧 재귀에 의한 정의와 유일 판독성, 공식 약어, 복잡도에 관한 귀납법의 경우들, 부분식의 대입을 다룬다. 그 가운데 하나라도 틀린 사람은 더 나아가기 전에 문항이 이름을 대는 수업을 복습해야 한다. 나머지 열한 문항은 차례로 이 단원의 여섯 수업을 다룬다. 첫째 수업에 두 문항, 둘째 수업에 두 문항, 셋째 수업에 한 문항, 마지막 세 수업에 각각 두 문항이다. 형식 언어의 의미론을 공부해 본 적이 없는 사람은 맞히리라 기대하지 않아도 되며, 그래도 상관없다. 모든 답은 맞든 틀리든 요점을 설명하고, 그것을 다루는 수업의 이름을 알려 준다. 같은 기능은 마지막 종합 수업에서 다시 잰다.
단원을 시작하기 전에 출발점을 확인해 보세요. 짧은 자기 평가입니다. 점수가 매겨지지 않으며 결과는 브라우저에만 저장됩니다.
문제 1이전 단원에서논리식 위의 함수는 각 변항에서의 값과, 에서의 값을 , , 그리고 둘에서의 값으로부터 계산하는 규칙을 주어 정의된다. 이렇게 해서 함수가 정확히 하나 정의된다는 것을 보장하는 것은 무엇인가?
그것은 함수가 어떤 값을 취하는지를 정할 뿐, 함수가 잘 정의되는지를 정하지는 않는다. 값이 과 인 규칙이라도 두 가지로 읽힐 수 있는 논리식에 적용하면 두 결과를 낼 것이다.바로 그것을 위해 재귀가 있다. 정리는 무한히 많은 논리식에 대해 한꺼번에, 조항들을 만족하는 함수가 하나, 오직 하나 존재함을 보장한다.그렇지 않다. 기호열 는 와 같은 것이다. 재귀가 기대는 것은 유일한 형성 규칙 이며, 이것은 유일 판독성을 갖는다.이것은 귀납법 수업의, 논리식 위의 재귀에 의한 정의 정리이며, 유일 판독성은 그 정리에 없어서는 안 될 가정이다. 어떤 논리식이 두 가지 분해를 허용한다면, 규칙은 그것에 두 값을 배정할 수 있을 것이다. 단원은 첫 결과부터 이것을 쓰는데, 그 결과는 변항의 진리값 할당을 모든 논리식으로 확장한다.복습: 자연수와 논리식에 관한 귀납법
문제 2이전 단원에서강좌의 공식 약어에 따르면, 는 어떤 논리식인가?
동일성과 동치를 혼동한다. 멱등 법칙은 둘이 언제나 같은 진리값을 가진다고 말하겠지만, 는 보다 긴 기호열이다.이 기호열은 이다. 바깥의 부정이 빠져 있다. 선언은 부정논리합의 부정이지, 부정논리합 자체가 아니기 때문이다.약어는 같은 성분을 허용한다. 형성 규칙도 마찬가지여서, 와 로부터 를 만든다.선언은 의 약어이고, 는 정의에 의해 이다. 따라서 가 글자 그대로 성립한다. 단원은 이 사실로 다시 돌아온다. 같은 기호열이 아주 다른 표기를 가질 수 있고, 그렇게 보이지 않으면서도 표준형일 수 있다.복습: 명제 논리의 언어
문제 3이전 단원에서모든 논리식이 어떤 성질을 가진다는 것을 복잡도에 관한 귀납법으로 증명하려면, 어떤 경우들을 다루어야 하는가?
부정, 연언, 선언은 약어이지 형성 규칙이 아니다. 그것들만 다루는 귀납법은 처럼 셋 가운데 어느 것도 아닌 논리식을 빠뜨릴 것이다. 표준형의 존재를 증명할 때 흔한 오류이다.변항은 부정논리합이 아니며, 기초 단계 없이는 귀납법이 시작되지 않는다.여섯 경우가 남고, 유일하게 필요한 경우가 빠진다. 여섯 연결사는 부정논리합의 약어이다.모든 논리식은 변항이거나 두 논리식의 부정논리합이며, 그 밖의 것은 없다. 단원은 이렇게 일치 보조정리, 대체 정리, 표준형의 존재를 증명하며, 귀납적 경우는 언제나 하나뿐이다.복습: 자연수와 논리식에 관한 귀납법
문제 4이전 단원에서귀납법 수업의 정의에 따라 논리식 대신 논리식 를 에 대입할 때, 의 어떤 출현들이 바뀌는가?
그것은 한 출현을 바꾸는 것, 곧 다른 연산이며, 단원은 그것도 공부할 것이다. 대입은 모든 출현을 바꾼다.대입은 기호열에 작용하며, 거기서는 약어가 출현을 늘린다. 에서 논리식 는 두 번 나타난다.넣은 것은 다시 대입되지 않는다. 정의가 훑는 것은 출발 논리식이지 결과가 아니다.대입은 재귀로 정의되며, 그 첫 조항은 논리식 전체가 이면 그것을 통째로 바꾼다. 나머지 조항은 대입을 두 성분에 적용한다. 단원은 와 가 동치이면 결과가 와 동치임을 증명하고, 이 연산을 단 하나의 출현의 대체와 구별할 것이다.복습: 자연수와 논리식에 관한 귀납법
문제 5어떤 진리값 할당이 에 값 을, 에 값 을 준다. 가 값 을 취하는 것이 정확히 와 가 값 을 취할 때라면, 논리식 는 어떤 값을 취하는가?
조항을 성분이 아니라 변항에 적용한다. 논리식 전체의 성분은 와 이며, 는 둘째 성분을 통해서만 관여한다.첫째 수업의 일치 보조정리는 값이 논리식에 나타나는 변항들에만 의존함을 보장하며, 여기서 그것은 와 이다.묶음은 기호열이 정한다. 유일 판독성에 의해 논리식의 성분 쌍은 하나뿐이고, 그 값도 하나뿐이다.조항은 안에서 밖으로 적용된다. 의 값은 이다. 의 값이 이기 때문이다. 논리식 전체는 (값은 )과 (값은 )의 부정논리합이므로, 그 값은 이다. 수로 쓰면 이다.복습: 명제 논리의 의미론
문제 6는 무엇을 뜻하는가?
흔한 잘못된 읽기이다. 모든 진리값 할당이 를 충족한다는 것을 부정하는 것은 어떤 진리값 할당도 그것을 충족하지 않는다고 주장하는 것이 아니다.그것은 충족 불가능성이며, 훨씬 강하다. 를 반박하는 진리값 할당 하나만 있으면 가 성립한다.그것은 로 쓰며 연역에 관해 말한다. 는 진리값 할당에 관해 말한다. 두 가지가 일치한다는 것이 바로 메타이론이 증명할 것이다.이것은 의 부정이며, 그것은 모든 진리값 할당이 를 충족한다고 주장한다. 변항 는 를 만족하지만, 그런데도 충족 가능하다. 가 모순식이라는 것은 로 쓴다.복습: 명제 논리의 의미론
문제 7임을 알고 있다. 곧 와 를 충족하는 모든 진리값 할당은 를 충족한다. 무엇이 따라 나오는가?
전제를 지우면 주장하는 내용이 바뀐다. 이 성립하지만 은 타당하지 않다. 전제는 사라지지 않고 전건이 된다.방향을 뒤집는다. 해소되는 전제는 전건이 되고, 결론은 후건이 된다.의 전제들까지 해소하는데, 그것은 가 공집합일 때에만 정당하다. 는 성립하지만 는 타당하지 않다.의미론적 연역 정리이다. 를 충족하고 를 반박하는 진리값 할당이 있다면, 그것은 을 에, 을 에 줄 것이고, 그러면 를 충족하면서 를 충족하지 않을 것이다. 그 증명은 함의의 유일한 거짓 행으로 귀착된다.복습: 의미론적 귀결과 동치
문제 8논리식 은 타당하다. 균일 대입 정리에 의해 타당한 것은 다음 논리식 가운데 어느 것인가?
을 어떤 출현에서는 바꾸고 다른 출현에서는 바꾸지 않는다. 이것은 대입이 아니며, 결과는 타당하지 않다(을 에, 을 에 주는 진리값 할당이 이것을 반박한다).같은 한 변항의 자리에 서로 다른 논리식을 놓는다. 이것도 대입이 아니며, 을 와 에 주는 진리값 할당이 결과를 반박한다.각 변항을 임의의 논리식으로 바꾸는 것을 허용한다. 다만 그 변항의 모든 출현에서, 언제나 같은 논리식으로 그렇게 해야 한다.의 모든 출현에 를 대입하여 얻어진다. 변항에 임의의 논리식을 균일하게 대입해도 타당성은 보존된다.복습: 의미론적 귀결과 동치
문제 9강좌의 규약에 따르면, 괄호 없이 쓴 표현 은 어떤 논리식을 나타내는가?
오른쪽으로 결합한다. 나타내는 논리식과 동치이지만 같은 기호열은 아니며, 규약은 하나만 정한다.그렇지 않다. 유일 판독성에 의해 둘의 첫 성분은 같아야 할 텐데, 실제로는 와 이다. 둘은 모든 진리값 할당에서 같은 값을 갖는 서로 다른 논리식이다.규약이 없다면 실제로 아무것도 나타내지 않을 것이다. 그래서 셋째 수업은 규약 하나, 곧 왼쪽부터 묶는 규약을 정한다.개 항의 연언은 왼쪽으로 결합하면서 재귀로 정의되며, 규약은 이렇게 목록 의 연언을 줄여 쓴다. 다른 묶음은 결합 법칙에 의해 동치이기는 하지만 다른 기호열이다.문제 10두 인자의 진리 함수는 값 또는 을 네 행 , , , 각각에 배정한다. 두 인자의 진리 함수는 몇 개 있는가?
정답:
개의 행 각각이 다른 행과 독립적으로 개의 값 가운데 하나를 받는다. 따라서 함수는 개이며, 네 행짜리 표에서 가능한 열 하나마다 하나씩이다. 그 가운데 여섯은 강좌의 연결사의 함수이다. 라고 답하는 사람은 함수가 아니라 행을 센 것이다. 라고 답하는 사람은 에 를 곱한 것인데, 를 제곱했어야 한다.복습: 함수적 완전성
문제 11변항들로부터 와 만으로 쓴 논리식이 값 을 취할 수 있는가? 여기서 진리값 할당은 모든 변항에 을 주는 것이다.
길이는 상관없다. 이 성질은 구성의 각 단계에서 보존되므로, 아무리 긴 논리식도 그것을 잃지 않는다.한 연결사가 충분하다는 것은 다른 연결사에 대해 아무것도 말해 주지 않는다. 부정논리합이 충분한 것은 그것으로 부정을 쓸 수 있기 때문이다. 연언과 선언으로는 쓸 수 없다.논리식은 무한히 많고, 아무리 많은 표도 그것을 다 덮지 못한다. 답은 모든 논리식이 보존하는 성질로 한꺼번에 얻어진다.이 진리값 할당에서 변항의 값은 이고, 값이 인 두 논리식의 연언과 선언은 값 을 취한다. 닫힘 원리에 의해 이 성질은 그렇게 쓴 모든 논리식으로 넘어간다. 그로부터 와 로는 부정을 쓸 수 없다는 것이 따라 나온다. 집합 는 충분하지 않다.복습: 함수적 완전성
문제 12리터럴은 변항이거나 변항의 부정이다. 다음 논리식 가운데 리터럴은 어느 것인가?
리터럴인 과 동치이지만, 그 자체는 리터럴이 아니다. 부정의 부정이다. 표준형을 부정할 때에는 리터럴의 이중 부정을 먼저 줄인 다음에 계속해야 한다.두 리터럴의 연언, 곧 기본 연언이지 리터럴이 아니다.의 약어이며, 변항도 변항의 부정도 아닌 복합 논리식이다.변항 의 부정이다. 리터럴은 표준형의 부품이다. 절은 리터럴의 선언이고, 기본 연언은 리터럴의 연언이다.복습: 표준형
문제 13연언 표준형 는 타당한가?
연언에서는 타당한 절 하나가 다른 절을 구해 주지 못한다. 연언은 값 을 취한다. 한 절이라도 값 을 취하면 곧바로 그렇다.충족 가능한 것은 타당한 것이 아니다. 모든 변항에 을 주는 진리값 할당은 이것을 충족하지만, 다른 진리값 할당이 이것을 반박한다.연언형에서는 절마다 상보 쌍을 찾아봄으로써 타당성을 한눈에 읽어 낸다. 이것은 단원이 표준형을 공부하는 이유 가운데 하나이다.연언형이 타당한 것은 그 각 절이 어떤 리터럴과 그 반대 리터럴을 포함할 때, 그리고 그때에만이다. 첫째 절은 그것을 포함한다(과 ). 둘째 절은 포함하지 않으며, 상보 쌍이 없는 절은 그 리터럴을 모두 거짓으로 만드는 진리값 할당에서 값 을 취한다.복습: 표준형
문제 14논리식을 선언 표준형으로 만들려면 연언을 선언 위에 분배한다. 올바른 규칙은 어느 것인가?
둘째 연언을 선언으로 바꾸는데, 이것은 흔한 오류이며, 이렇게 쓴 규칙은 올바르지 않다. 가 참이고 , 가 거짓이면 좌변은 거짓이고 우변은 참이다.우변은 와 동치이며, 이것은 다른 논리식이다. 가 거짓이고 , 가 참이면 좌변은 거짓이고 우변은 참이다.를 둘째 항에 복사하는 것을 잊었다. 와 가 거짓이고 가 참이면 좌변은 거짓이고 우변은 참이다.선언에 대한 연언의 분배 법칙이다. 는 각 항에 복사되고, 같은 연언으로 그 항과 이어진다. 대체 정리에 의해 적용할 때마다 동치인 논리식이 나온다.복습: 표준형 알고리즘과 그 응용
문제 15어떤 회로에는 레버 와 의 정방향 스위치 두 개가 직렬로 연결되어 있고, 이 묶음이 레버 의 정방향 스위치와 병렬로 연결되어 있다. 회로가 언제 도통하는지 말하는 논리식은 어느 것인가?
역할을 맞바꾼다. 직렬이 연언이고 병렬이 선언이며, 그 반대가 아니다.병렬로 있는 의 스위치를 직렬로 놓는다. 이 켜져 있고 가 꺼져 있으면 회로는 도통하는데, 이 논리식의 값은 이다.직렬로 있는 와 의 스위치를 병렬로 놓는다. 만 켜져 있으면 회로는 도통하지 않는데, 이 논리식의 값은 이다.직렬은 두 스위치가 모두 신호를 통과시킬 때 신호를 통과시키고, 병렬은 어느 한 가지가 신호를 통과시킬 때 신호를 통과시킨다. 직렬은 연언에, 병렬은 선언에 대응한다.복습: 표준형 알고리즘과 그 응용
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