Краткое содержание
Этот урок открывает четвёртый и последний содержательный раздел курса, посвящённый метатеории. Он представляет три его урока и нить, которая их связывает: два предыдущих раздела построили на одном и том же языке два понятия того, что следует из посылок, вывод и семантическое следование , а этот раздел доказывает, что они совпадают, сначала для конечного числа посылок (корректность, лемма Кальмара и полнота), затем для произвольных посылок (теорема компактности и сильная полнота), и предлагает, наконец, третий способ решать вопрос о следовании, метод резолюций, о котором тоже доказывает, что он корректен и полон. Объясняет, почему компактность доказывается раньше сильной полноты, а не наоборот; показывает на двух примерах вопросы, на которые ни поиск выводов, ни таблица истинности сами по себе ответить не могут; уточняет, что берётся из трёх предыдущих разделов, и даёт советы по его изучению.
Цели обучения
- Описывать последовательность трёх уроков раздела, объяснять, какие результаты каждого из них использует следующий, и обосновывать, почему компактность доказывается семантическим рассуждением раньше сильной полноты.
- Различать две стороны курса, выводимость , экзистенциальную и конечную, и семантическое следование , универсальное по бесконечному множеству оценок, и формулировать корректность и полноту в трёх их степенях.
- Объяснять, почему совпадение обоих отношений нельзя установить от случая к случаю, а только метатеоремами, и узнавать, какие инструменты предыдущих разделов (индукции, разбор случаев, теоремы о дедукции, лемма о совпадении, конъюнктивные формы) использует каждое доказательство.
- Читать выводы о выводах и семантические рассуждения раздела, различая на каждом шаге, о каком отношении идёт речь, и организовывать изучение, начиная со входной проверки.
Входная проверка
Прежде чем пройти раздел, стоит измерить исходную точку. Эта проверка является самопроверкой: она не оценивается, и её единственная цель состоит в том, чтобы направить изучение. Её пятнадцать вопросов бывают двух видов. Первые шесть касаются того, что раздел считает известным из предыдущих: определения семантического следования и его сведения к невыполнимости, значения стрелки Пирса, леммы о совпадении, конечности вывода и разбора случаев; тот, кто ошибётся в каком-либо из них, должен, прежде чем продолжать, повторить урок, который называет вопрос. Остальные девять касаются по порядку трёх уроков этого раздела, по три на каждый. Тот, кто никогда не изучал метатеорию логической системы, не должен рассчитывать ответить на них правильно, и это не важно: каждый ответ, правильный или ошибочный, объясняет вопрос и называет урок, где он разбирается. Те же умения измеряются снова в конце, в уроке итогов.
Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.
Вопрос 1Из предыдущих разделовЧто означает ?
Это , синтаксическое отношение раздела о выводе. То, что оба отношения совпадают, есть именно то, что доказывает этот раздел; считать их одним и тем же с самого начала значит предполагать то, что требуется доказать.Это выполнимость множества . При и есть оценка, выполняющая и то и другое, и тем не менее не следует из : этому мешает оценка, которая даёт переменной и переменной .Следование может требовать нескольких посылок вместе: , и ни одна из двух посылок по отдельности не имеет своим следствием.Это определение семантического следования: универсальное утверждение об оценках, в котором не упоминаются выводы. Если пусто, оно говорит, что общезначима; если невыполнимо, оно верно для всякой .Повторить: Семантическое следование и эквивалентность
Вопрос 2Из предыдущих разделовКакое из следующих утверждений равносильно ?
Этого недостаточно: выполнимо, а не следует из . Следование сводится к невозможности опровергнуть заключение, а не к возможности его утверждать.Это в точности отрицание следования: оценка, выполняющая это множество, есть контрмодель.Это означает, что общезначима, то есть случай, когда пусто; при наличии посылок заключение, которое не общезначимо, может тем не менее быть следствием.Оценка, выполняющая , выполняла бы и опровергала бы , а именно это и исключает следование. Это теорема о следовании и невыполнимости, которую компактность и резолюция используют на каждом шагу.Повторить: Семантическое следование и эквивалентность
Вопрос 3Из предыдущих разделовЕсли оценка даёт формуле значение , какое значение она даёт формуле ?
Так вёл бы себя штрих Шеффера, «не оба», . Стрелка Пирса, «ни… ни», имеет значение только тогда, когда обе компоненты имеют значение .Таким было бы значение, если бы стрелка Пирса смотрела только на свою вторую компоненту; пункт перемножает оба дополнения, а дополнение для равно .Здесь стрелка Пирса смешана с дизъюнкцией, которая имеет значение , когда его имеет хотя бы одна компонента; стрелка Пирса есть как раз отрицание дизъюнкции.По пункту для стрелки Пирса имеем , и первый множитель равен . Это первый из трёх случаев леммы Кальмара, который первый урок переводит в вывод.Повторить: Семантика логики высказываний
Вопрос 4Из предыдущих разделовПеременные формулы суть и . Две оценки и дают одинаковые значения переменным и и противоположные значения всем остальным переменным. Если , что можно утверждать о ?
Различия на переменных, которые не входят в , на неё не влияют; поэтому у формулы с переменными таблица из строк, хотя оценок бесконечно много.Изменение значения переменных, отсутствующих в , ничего не меняет; изменить её значение могло бы только изменение значения или .Достаточно совпадения на переменных формулы ; переменные с меньшим индексом, не входящие в неё, так же несущественны, как переменные с большим индексом.Это лемма о совпадении: значение формулы зависит только от значений её переменных, которых конечное число. Компактность использует её на последнем шаге, а лемма Кальмара использует её для того, чтобы хватило одной строки таблицы.Повторить: Семантика логики высказываний
Вопрос 5Из предыдущих разделовПусть есть бесконечное множество формул, такое что . Что можно утверждать?
Посылки нельзя отбросить: , а не является теоремой.Вывод имеет конечное число строк и не может использовать бесконечно много посылок; кроме того, ничто не обязывает использовать все имеющиеся посылки.Конечность была доказана в разделе о выводе с учётом одной лишь длины выводов, без какой-либо семантической теоремы. Компактность нужна семантическому следованию, а не выводу.Это конечность вывода: вывод есть конечная последовательность и использует лишь конечное число посылок, которые и образуют это подмножество. Её семантический аналог, что всё, что следует из , следует из некоторой конечной части, нетривиален: это теорема компактности.Повторить: Формальные дедуктивные системы
Вопрос 6Из предыдущих разделовИзвестно, что и что . Что позволяет заключить разбор случаев?
Знать это не нужно: разбор случаев использует то, что одна из двух альтернатив имеет место, не решая, какая. Обычно не выводит ни одну из двух, и правило всё равно действует.Это не следует: при пустом и обе гипотезы выполнены, а ложна, когда ложна, так что она не должна выводиться.Это верно по монотонности, но это гораздо меньше того, что известно: разбор случаев позволяет обойтись без допущения.Разбор случаев устраняет допущение: если выводится как с , так и с , то она выводится без того и другого. Слабая полнота применяет его по одному разу для каждой переменной, чтобы устранить посылки, которые фиксирует лемма Кальмара.Повторить: Приёмы классической логики
Вопрос 7Система курса корректна. Что утверждает это свойство?
Это обратное направление, полнота, которая требует гораздо более тонкого инструмента, леммы Кальмара.Это непротиворечивость системы, которая следует из корректности, но слабее её: система курса с дополнительной аксиомой непротиворечива и при этом выводит нечто не общезначимое.Здесь смешаны две ошибки: направление обращено, а истинное при некоторой оценке смешано с общезначимым. Переменная истинна при многих оценках и не является теоремой.Выводимое из посылок истинно при всякой оценке, которая делает их истинными. Это доказывается сильной индукцией по числу строк, с одним случаем для каждой аксиомы и для каждого правила.Повторить: Корректность и полнота
Вопрос 8Пусть есть оценка, которая даёт переменной и переменной . Что утверждает лемма Кальмара с переменными и для формулы ?
Забыт знак: формула имеет значение в этой строке, а вывод из посылок, которые строка делает истинными, не может заканчиваться формулой, которую строка делает ложной.Неверно взята посылка для : так как , строка даёт , а не ; при истинных и эквиваленция имеет значение .Отброшены посылки строки: не общезначима. Лемма выводит из строки, и только когда формула имеет значение во всех строках, посылки можно устранить.Строка оценки превращается в посылки и ; так как имеет в ней значение , формула со знаком есть её отрицание. Лемма утверждает, что система выводит из строки то, что строка говорит о формуле.Повторить: Корректность и полнота
Вопрос 9Может ли дедуктивная система быть корректной, не будучи полной?
Это частая ошибка, и первый урок раздела её опровергает. Система может выводить только должное, не выводя всего должного, и наоборот.То, что аксиомы общезначимы, гарантирует, что не выводится ничего ложного, но не что выводится всё истинное: система без аксиом корректна и не выводит ни одной теоремы.Противоречивая система выводит формулу и её отрицание и не может быть корректной, потому что никакая оценка не выполняет обе.Её аксиомы общезначимы, а modus ponens сохраняет истинность; но разметка из урока о дедуктивных системах показала, что эта тавтология в ней не выводится. Корректность и полнота суть независимые свойства.Повторить: Корректность и полнота
Вопрос 10Что утверждает теорема компактности?
Это неверно уже для двух формул: и выполнимы, а нет. Компактность рассматривает конечные подмножества, а не отдельные формулы.Множество бесконечно и невыполнимо.У всякого множества есть выполнимое конечное подмножество, пустое; условие должно выполняться для всех конечных подмножеств, а не для какого-нибудь одного.Одно направление непосредственно; другое требует построить одну оценку из тех, что выполняют, каждая по отдельности, конечные части. Урок делает это, фиксируя одно за другим значения .Повторить: Теорема компактности
Вопрос 11Пусть есть бесконечное множество формул, такое что . Что гарантирует компактность?
Конечной части может понадобиться несколько формул: из следует , и ни одна формула этого множества по отдельности не имеет её своим следствием.Пустое подмножество конечно, и из него следуют только тавтологии; компактность гарантирует некоторое конечное подмножество, а не все.Посылки могут быть необходимы: , а не общезначима.Это форма следования: то, что следует из бесконечного множества, следует уже из конечной части. Для вывода это была конечность, тривиальность; для следования это теорема.Повторить: Теорема компактности
Вопрос 12Первый урок доказывает полноту для конечных множеств посылок. Почему конечности вывода недостаточно, чтобы распространить её на бесконечное множество ?
Рассуждение круговое: конечность применяется к выводам, а из ещё не известно, что какой-либо вывод существует.Ни одна формула не имеет бесконечного числа переменных. Препятствие не в формулах, а в том, что бесконечно много посылок нельзя снять в одну импликацию.Она истинна: второй урок доказывает её с помощью компактности. Недостаточен метод первого урока, а не утверждение.Чтобы перейти от к , нужно сначала найти конечное с ; конечность дала бы конечную часть, только если бы уже было известно, что , а это и есть искомое.Повторить: Теорема компактности
Вопрос 13Какова резольвента дизъюнктов и ?
Дизъюнкты объединены без удаления контрарной пары: это не резольвента, а тавтологичный дизъюнкт, который ничего не говорит.Потерян литерал второго дизъюнкта: резольвента сохраняет из обеих посылок всё, что не входит в удалённую пару.Им нужен не общий литерал, а литерал в одном и противоположный ему литерал в другом: в первом и во втором.Дизъюнкты сталкиваются по и : эта пара удаляется, а остальные литералы объединяются. Это разбор случаев по значению , записанный на множествах.Повторить: Метод резолюций
Вопрос 14Какое множество дизъюнктов пытаются опровергнуть, чтобы решить резолюцией, верно ли, что ?
Добавлено заключение вместо его отрицания; это множество выполнимо, и его выполнимость ничего не говорит о следовании.Без отрицания заключения множество посылок выполнимо, и резолюции нечего опровергать.Отрицаются посылки, которые нужно сохранить: отрицается только заключение.Следование равносильно невыполнимости посылок вместе с отрицанием заключения; записывается их клаузальная форма и ищется опровержение, которое здесь состоит из двух шагов.Повторить: Метод резолюций
Вопрос 15Можно ли резолюцией породить пустой дизъюнкт из множества ?
Правило удаляет за шаг только одну пару, и не по соглашению: удаление двух пар порождало бы из выполнимого множества.Первый шаг даёт , и никакая последовательность шагов не приводит к , потому что множество выполнимо, а всё порождённое есть его следствие.Причина в другом: множество из четырёх дизъюнктов из двух литералов от и не имеет единичных дизъюнктов и невыполнимо, и резолюция опровергает его, порождая сначала и .Оценка, дающая переменной и переменной , его выполняет; если бы порождался , оно было бы невыполнимым. Две допустимые резольвенты, и , тавтологичны.Повторить: Метод резолюций
Загрузка содержимого…