Краткое содержание
Этот урок открывает второй раздел курса, посвящённый выводу. Он представляет пять уроков раздела и нить, которая их связывает, от определения формальной дедуктивной системы до законов де Моргана и дистрибутивности; помещает раздел на путь курса, между языком, уже построенным, и семантикой и метатеорией, которые последуют, и предвосхищает то, что они скажут о нём; обосновывает выбор аксиоматической системы, которая строится в два этапа (система Лукасевича, с тремя схемами аксиом и modus ponens, и система курса, которая добавляет к ней правило замены двойного отрицания), и объясняет, зачем нужно это второе правило и почему оно постулируется, а не доказывается; показывает на коротком выводе, сколько работы скрывает элементарное рассуждение; уточняет, что берётся из предыдущего раздела, а именно однозначность разбора, индукцию (сильную по натуральным числам и структурную) и раскрытие сокращений; и даёт советы, как его изучать.
Цели обучения
- Описывать последовательность пяти уроков раздела и объяснять, какие результаты каждого из них использует следующий.
- Помещать вывод на путь курса, отличать выводимость от семантического следования и объяснять, что будут утверждать корректность и полнота.
- Объяснять, почему система курса добавляет к системе Лукасевича второе исходное правило, замену двойного отрицания, исходя из того, что три схемы могут и чего не могут увидеть в стрелке Пирса.
- Читать короткий вывод по пронумерованным строкам, отличать вывод формул от вывода о выводах, узнавать то, что раздел берёт из предыдущего, и организовывать его изучение, исходя из входной проверки.
Входная проверка
Прежде чем проходить раздел, полезно измерить исходную точку. Эта проверка служит самопроверкой: она не оценивается, и её единственная цель состоит в том, чтобы направить учёбу. Её тринадцать вопросов бывают двух видов. Первые три касаются того, что раздел считает известным из предыдущего: однозначности разбора, сильной индукции и раскрытия сокращений; тот, кто ошибётся в каком-либо из них, должен, прежде чем идти дальше, повторить урок, который называет вопрос. Остальные десять касаются по порядку пяти уроков этого раздела: три относятся к первому, три ко второму, два к третьему, один к четвёртому и один к пятому. Тому, кто никогда не изучал дедуктивную систему, не стоит рассчитывать ответить на них верно, и это не важно: каждый ответ, верный или нет, объясняет суть дела и называет урок, в котором она разбирается. Те же навыки снова измеряются в конце, на итоговом уроке.
Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.
Вопрос 1Из предыдущих разделовЦепочка есть составная формула вида . Каковы её компоненты и ?
не есть формула: диск-связка требует двух формул вслед за собой, а здесь за ним следует только переменная ; её накопленный вес равен , а не . Остаток, две переменные подряд, тоже не есть формула.Это исключает теорема об однозначности разбора: если и все четыре компоненты суть формулы, то и . Разрез в другом месте оставляет по крайней мере одну часть, которая не есть формула.У составной формулы две компоненты, а пустая цепочка не есть формула. Кроме того, в цепочке, следующей за начальным диском, три переменные и только один диск-связка, а во всякой формуле переменных ровно на одну больше, чем дисков-связок.После начального диска накапливаются веса слов: диск-связка вычитает , а переменные и прибавляют по каждая; накопленный вес впервые достигает по окончании , и там заканчивается . Формула есть , и в силу однозначности разбора она не допускает другого разложения: именно это позволяет без двусмысленности узнавать антецедент и консеквент импликации при применении modus ponens.Повторить: Индукция по натуральным числам и по формулам
Вопрос 2Из предыдущих разделовВ доказательстве сильной индукцией того, что всякое натуральное обладает свойством , что можно предполагать при доказательстве ?
Это предположение простой индукции. Его достаточно, когда случай опирается только на предыдущий; когда он опирается на любые меньшие случаи, как modus ponens в строках вывода, нужно предполагать их все.Это включает , то есть то, что требуется доказать: предполагать это значит замыкать рассуждение в круг.У сильной индукции нет отдельной базы: она в ней содержится, потому что при меньших натуральных чисел нет и предположение ничего не даёт. Только когда рассуждение использует, например, , первые случаи нужно разбирать отдельно.Это предположение сильной индукции. Раздел использует его, чтобы доказать теорему о дедукции: последняя строка вывода может получаться по modus ponens из двух любых предыдущих строк, не обязательно из непосредственно предыдущей, и предположение должно охватывать обе.Повторить: Индукция по натуральным числам и по формулам
Вопрос 3Из предыдущих разделовКакую формулу, записанную через стрелку Пирса и отрицание, обозначает при официальных сокращениях курса?
Не хватает внешнего отрицания: дизъюнкция есть отрицание стрелки Пирса, а не сама стрелка Пирса, которая читается «ни…, ни…».Это дизъюнкция : в импликации внутреннее отрицание падает на антецедент, а не на консеквент.Каждое сокращение определяется только один раз и обозначает только одну цепочку, которую определяет раскрытие. Происходит как раз обратное: одна и та же цепочка может получать несколько имён.Импликация есть сокращение для , а дизъюнкция есть сокращение для отрицания стрелки Пирса; откуда . Раздел раскрывает так сокращения всякий раз, когда ему нужно знать, обозначают ли два выражения одну и ту же формулу.Повторить: Язык логики высказываний
Вопрос 4Схема A1 есть . Является ли формула частным случаем A1?
Эта подстановка даёт , а не предложенную формулу: последнее вхождение тоже должно быть .Внешней формы недостаточно: схема требует, кроме того, чтобы последняя компонента повторяла первую.Вместо метапеременных можно подставлять любые формулы, в том числе переменные: есть частный случай A1.Частный случай получается равномерной подстановкой вместо каждой метапеременной: вместо всех вхождений подставляется одна и та же формула. Разные метапеременные могут получить одну и ту же формулу, но одна и та же метапеременная не может получить две.Повторить: Формальные дедуктивные системы
Вопрос 5В выводе уже есть строки и , где и суть различные формулы. Какую формулу позволяет записать modus ponens, применённый к этим двум строкам?
Переход от консеквента к антецеденту есть ошибка утверждения консеквента, а не modus ponens. Первый урок доказывает с помощью разметки, которую аксиомы и modus ponens сохраняют, что никаким образом не выводится из .Это обратная импликация к записанной, и никакое правило не получает её из той: импликация не обращается.Ничто в двух строках не говорит об отрицании ; modus ponens лишь отделяет консеквент импликации, антецедент которой уже записан.Из и получается ; здесь уже записана, и modus ponens не позволяет подниматься по импликации вверх.Повторить: Формальные дедуктивные системы
Вопрос 6Известно, что , то есть что есть вывод , единственная посылка которого есть . Что утверждает тогда теорема о дедукции?
Отбросить посылку значит изменить утверждаемое: из посылки выводится , а не есть теорема. Посылка не исчезает; она становится антецедентом.Это обращает направление: снятая посылка есть антецедент, а заключение есть консеквент.Выводы не проходятся в обратную сторону: из посылки с помощью A1 и modus ponens выводится для любой , и из этой импликации не восстанавливается.Теорема о дедукции снимает посылку и превращает её в антецедент: если , то ; здесь пусто. Она доказывается сильной индукцией по числу строк.Повторить: Формальные дедуктивные системы
Вопрос 7Что выводится без других посылок из множества ?
Modus ponens требует записанного антецедента , а не есть посылка: из двух импликаций получается другая импликация, а не отдельная формула.Это сцепление в обратном направлении: посылки ведут от к и от к , и цепь не проходится назад.Это утверждало бы, что имеют место и , а посылки не утверждают ни той, ни другой: они говорят лишь, что следует, если имеет место или если имеет место .Это гипотетический силлогизм: импликации сцепляются. Он выводится в семь строк с помощью A1, A2 и modus ponens, и урок превращает его в правило, применимое при любом множестве посылок.Повторить: Четыре приёма вывода
Вопрос 8Правило замены двойного отрицания (ЗДО) меняет в строке только одно вхождение подформулы и действует на цепочку базового языка. Сколько вхождений подформулы содержит цепочка, которую обозначает ?
Это чтение сокращения так, будто оно показывает всю цепочку. Стрелка скрывает внешнее отрицание, , которое записывает свой аргумент дважды.Импликация есть сокращение для ; отрицание находится в цепочке, хотя стрелка его не показывает, а правило действует на цепочку.Четыре копии были бы у аргумента под двумя отрицаниями подряд, как в ; здесь только одно внешнее отрицание, которое удваивает его один раз.По официальным определениям есть , то есть : внешнее отрицание удваивает свой аргумент. Отсюда следует, что поставить двойное отрицание перед антецедентом можно лишь двумя применениями правила, по одному в каждой копии; второй урок пользуется этим, когда распространяет теорему о дедукции.Повторить: Четыре приёма вывода
Вопрос 9Какая формула получается из контрапозицией без добавления двойных отрицаний?
Это обратная импликация: она обращает направление, не меняя знаков, и в общем случае не выводится из данной формулы.Она меняет знаки, не обращая направления; и она в общем случае не выводится из данной формулы.Она смешивает две операции: отрицает при переходе, но оставляет как было. Первая форма контрапозиции дала бы , с одним отрицанием больше.Это вторая форма контрапозиции: члены меняются местами, и каждый при переходе меняет знак; теряет своё отрицание, а его приобретает. Обе формулы доказуемо эквивалентны.Повторить: Четыре приёма вывода
Вопрос 10Обозначают ли и одну и ту же формулу?
Определение говорит, что есть , а не . Принимать одну за другую есть та ошибка, которой раздел избегает: в других текстах это определение, в этом курсе это результат.Русское чтение не решает вопроса о тождестве двух цепочек: он решается раскрытием сокращений, а у этих двух цепочек разные длины.Они доказуемо эквивалентны: третий урок доказывает это двумя применениями правила ЗДО, не нуждаясь ни в каком другом инструменте.При раскрытии импликации с антецедентом появляется на первом месте стрелки Пирса. Переход от одной формулы к другой требует снять или поставить это двойное отрицание внутри стрелки Пирса, и именно это позволяет правило ЗДО; поскольку внешнее отрицание удваивает свой аргумент, правило применяется дважды, по одному разу в каждой копии.Повторить: Симметрии связок
Вопрос 11Известно, что , то есть что каждая выводится из другой. Что обосновывает, что также ?
Отрицание обеих сторон не есть правило системы, единственные правила которой суть modus ponens и замена двойного отрицания, которая лишь меняет подформулу на и обратно. То, что эта операция законна, есть теорема, и её нужно доказать.Определение говорит, какая цепочка есть , но не связывает с : две эквивалентные формулы не суть одна и та же цепочка, и их отрицания тоже.Это верно, и раздел это доказывает; более того, формулу можно заменить другой, эквивалентной ей, в любом месте любой формулы.Из получается ; контрапозиция даёт , а обратная теорема о дедукции ; другое направление доказывается так же. Для стрелки Пирса нужна, кроме того, основная лемма.Повторить: Симметрии связок
Вопрос 12Из множества посылок выводятся формула и её отрицание . Что можно заключить?
Это смешение допущения с заключением: противоречие опровергает допущение , так что заключается .Для этого нужно было бы противоречие, выведенное из одного . Здесь оно выведено из и может объясняться добавленным допущением; из любая формула действительно выводится, по принципу взрыва.Напротив: то, что допущение ведёт к противоречию, позволяет его отвергнуть. Это рассуждение от противного, присутствующее во всей математике.Это доказательство от противного в его классической форме: если допущение вместе с ведёт к противоречию, то выводится из . Четвёртый урок доказывает его с помощью принципа взрыва, теоремы о дедукции, A3 и теоремы .Повторить: Приёмы классической логики
Вопрос 13Какой формуле эквивалентно отрицание импликации, ?
Это отрицание каждого члена без изменения связки. Отрицание импликации не есть другая импликация: отрицание высказывания «если идёт дождь, улица мокнет» есть не «если дождь не идёт, улица не мокнет», а «идёт дождь, и улица не мокнет».Это отрицание только консеквента. Если не имеет места, то выполняются и , и , а формула не может выполняться одновременно со своим отрицанием.Это обмен ролями: импликация не выполняется, когда антецедент имеет место, а консеквент нет, а не наоборот.Отрицать «если , то » значит утверждать, что имеет место и не имеет места . Пятый урок доказывает это как вариант законов де Моргана: есть ; законы де Моргана дают , а двойное отрицание вместе с заменой эквивалентных даёт .Повторить: Законы де Моргана и дистрибутивности
Загрузка содержимого…