요약
모든 논리식은 진리표 하나를 정한다. 이 수업은 그 역을 증명한다. 즉 모든 표, 곧 행에 진리값을 할당하는 모든 방식은 어떤 논리식의 표이다. 이 수업은 진리 함수를 정의하고, 인자가 개인 진리 함수의 개수를 세며(), 논리식이 그중 하나를 언제 나타내는지를 명확히 한다. 이어서 표의 논리식으로 함수적 완전성 정리를 증명한다. 표의 논리식은 행마다 구성되는 리터럴의 연언들의 선언이며, 표준형 수업은 이것을 선언 표준형의 존재에 대한 첫 번째 증명으로 사용한다. 이 과정의 논리식은 모두 흰 원과 검은 원의 기호열이므로, 거기서 더 이상의 작업 없이 부정논리합만으로 충분하다는 것이 따라 나오며, 그것으로 임의의 함수를 어떻게 쓰는지가 드러난다. 끝으로 모든 함수를 나타내는 데 어떤 연결사 집합이면 충분한지를 연구한다. 일반적인 판정 기준을 증명하여 그것을 , , , 및 부정논리곱에 적용하고, 에 대해서는 충분하지 않음을 증명한다. 그 논리식들은 모두 값 을 보존하기 때문이다.
학습 목표
- 인자가 개인 진리 함수의 개수를 세고, 논리식이 나타내는 함수를 통해 두 논리식이 언제 동치인지 판정한다.
- 진리 함수의 표로부터 그것을 나타내는 논리식을 구성하고, 필요하면 더 짧은 동치 논리식을 찾는다.
- 이 과정의 언어에서는 부정논리합만으로 충분한 이유를 설명하고, 부정논리합만으로 주어진 함수를 나타내는 논리식을 쓴다.
- 연결사 집합이 충분함을, 그 집합의 논리식으로 부정논리합을 나타냄으로써 증명한다.
- 연결사 집합이 충분하지 않음을, 그 집합의 모든 논리식이 보존하는 성질을 통해 증명한다.
진리 함수
명제 논리의 의미론 수업은 각 논리식에 각 할당에서 진리값을 할당했고, 그 값이 논리식에 나타나는 변항들의 값에만 의존함을 보였다. 따라서 변항이 개인 논리식은 모두 행이 개인 진리표를 가진다. 이 수업의 질문은 그 역이다. 임의의 표, 곧 개의 행 옆에 마음대로 적은 1과 0의 열이 주어졌을 때, 그것을 표로 가지는 논리식이 있는가? 모든 표에 대해 그렇다면 언어에는 표현상의 빈틈이 없다. 개의 진술의 진리값에 대해 그 값들에 따라 말할 수 있는 모든 것을 논리식으로 말할 수 있다. 그리고 이 과정에서는 복합 논리식이 모두 부정논리합이므로, 그 답은 단 하나의 연결사로 모든 것을 말하기에 충분한지도 알려 준다.
앞의 수업들에서 사용하는 것
진리값 할당이란 함수 , 곧 변항 집합 에서 로 가는 함수이며, 여기서 은 참을, 은 거짓을 나타낸다. 모든 논리식으로의 확장도 로 쓰며 재귀로 정의된다. 인 것은 이고 일 때, 그리고 그때에만이다. 같은 수업은 파생 연결사의 값 정리에서 공식 약어로부터 각 연결사의 값을 계산했다. 합과 곱으로 쓰면, 모든 할당 와 모든 논리식 , 에 대해 그 값들은 다음과 같다.
또한 이며 이것이 과 같은 것은 일 때, 그리고 그때에만이고, 이며 이것이 과 같은 것은 일 때, 그리고 그때에만이다. 값은 아니면 이므로, 값의 제곱은 그 값 자신이며(), 값들의 곱이 과 같은 것은 각 인수가 과 같을 때, 그리고 그때에만이다. 이 두 관찰은 다시 언급하지 않고 사용한다. 일치 보조정리도 사용한다. 두 할당이 의 변항들, 곧 의 부분식인 변항들에서 일치하면, 두 할당은 에 같은 값을 준다. 의미론적 귀결과 동치 수업에서는 의미론적 동치를 빌려 온다. 는 모든 할당 에 대해 가 성립한다는 뜻이다. 끝으로 형식화 수업의 문자 약속이 유효하다. , , 은 각각 변항 , , 을 나타낸다.
진리 함수와 그 개수
을 자연수라 하자. 값이 개인 행이란 열 로서 각 가 이거나 인 것이다. 그러한 모든 행의 집합을 으로 쓴다. 인자가 개인 진리 함수란 함수
로서 각 행에 진리값을 할당하는 것이다. 이것은 표로 제시된다. 행들은 모든 값이 인 행에서 시작하여 표의 순서대로 쓰고(인자가 둘이면 , , , ), 각 행 옆에 그 값을 쓴다. 따라서 진리 함수란 논리식이 없는 진리표, 곧 머리에 아무것도 적히지 않은 맨 오른쪽 열이다.
모든 자연수 에 대해, 행은 정확히 개(각 행의 값은 개), 진리 함수는 개(인자는 개)이다.
증명
행이란 개의 기호의 열이며, 각 기호는 또는 이다. 대신 검은 원을, 대신 흰 원을 쓰면, 행들은 두 기호로 된 알파벳 위의 길이 의 기호열과 일대일로 대응한다. 그 개수는 이며, 이는 귀납법 수업의 첫 번째 예제에 따른 것으로, 거기서 에 대한 귀납법으로 증명되었다.
진리 함수는 행들 위에서의 값으로 정해지며, 그 값들을 어떻게 고르든 함수가 하나 얻어진다. 값을 표의 순서대로 쓰면, 함수들은 개의 기호로 된 열로서 각 기호가 또는 인 것과 일대일로 대응한다.
같은 셈을 이번에는 길이 의 열에 적용하면, 함수는 의 제곱 개이다.
처음 몇 값은 이 수가 얼마나 빨리 커지는지 보여 준다. 인자가 다섯이 되면 함수는 이미 사십억 개가 넘는다.
인자가 하나인 네 함수는 상수 , 항등함수, 값을 맞바꾸는 함수, 상수 이다. 논리식 , , , 은 각각 이 함수들의 표를 가진다. 여기서 , 두 정의는 의미론 수업에서 고정한 것이다. 인자가 둘인 열여섯 함수 가운데에는 이 과정의 여섯 연결사, 곧 부정논리합, 선언, 연언, 함의, 쌍조건, 배타적 선언의 함수가 있다. 나머지는 열 개이며, 그중에는 두 상수, 한 인자에만 의존하는 함수들, 그리고 부정논리곱이 있다. 부정논리곱은 두 인자가 모두 일 때에만 이 된다. 예제 1이 이것들을 모두 분류한다.
함수를 나타내는 논리식
논리식과 진리 함수는 다음과 같이 연결된다. 가 논리식이고 그 변항들이 가운데 있을 때, 가 진리 함수 (인자는 개)를 나타낸다는 것은 모든 할당 에 대해 다음이 성립한다는 뜻이다.
즉 변항 로 쓴 의 표가 의 표이다. 변항에 대한 조건은 사소하지 않다. 논리식 는 인자가 하나인 어떤 함수도 나타내지 않는다. 그 값이 의 값에만 의존하지 않기 때문이다.
를 논리식이라 하고 그 변항들이 가운데 있다고 하자. 그러면 는 인자가 개인 진리 함수를 정확히 하나 나타내며, 그것을 로 쓴다. 가 변항들이 가운데 있는 또 다른 논리식이면, 인 것은 일 때, 그리고 그때에만이다.
증명
각 행 에 대해, 각 에 값 를 주는 할당이 존재한다. 나머지 변항에는 값 을 주면 된다.
두 할당이 에 행 의 값을 주면, 두 할당은 의 변항들에서 일치하고, 일치 보조정리에 의해 에 같은 값을 준다. 이 공통의 값을 라 하자. 구성에 의해 는 를 나타낸다.
가 함수 도 나타낸다면, 각 행 에서 이다. 나타나는 함수는 유일하다.
이면, 모든 할당 에 대해 와 의 값은 같은 함수의 같은 행에서의 값이다. 따라서 이다.
거꾸로 이면, 각 행 에서 할당 는 두 논리식에 같은 값을 주고, 따라서 이다.
변항들이 가운데 있는 논리식은 무한히 많고 함수는 개뿐이다. 따라서 많은 논리식이 같은 함수를 나타내며, 이 명제는 그것들이 바로 서로 동치인 논리식들이라고 말한다. 아직 모르는 것은 모든 함수가 어떤 논리식으로 나타나는지, 아니면 그것을 표로 가지는 논리식이 없는 표가 남는지이다.
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