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Topos Uranos

摘要

本课开启课程的第四个也是最后一个内容单元,这一单元专讲元理论。本课介绍单元的三节课以及把它们串联起来的线索:前两个单元在同一语言上建立了两种关于“由某些前提得出什么”的概念,即推演 Γ⊢φ\Gamma \vdash \varphi 和语义后承 Γ⊨φ\Gamma \models \varphi,而本单元证明它们是重合的,先是对有穷前提(可靠性、卡尔马引理和完备性),然后是对任意前提(紧致性定理和强完备性),最后给出判定后承的第三种方式,即归结法,并同样证明它是可靠的和完备的。本课说明为什么紧致性在强完备性之前证明,而不是反过来;用两个例子展示寻找推演和真值表各自都无法单独回答的问题;指明从前面三个单元取用的东西,并给出学习本单元的建议。

学习目标

  1. 描述本单元三节课的顺序,说明每节课从前一节课用到哪些结果,并论证为什么紧致性要用一个语义论证在强完备性之前证明。
  2. 区分课程的两个侧面:可推演性 Γ⊢φ\Gamma \vdash \varphi,它是存在性的、有穷的;语义后承 Γ⊨φ\Gamma \models \varphi,它是对无穷多个赋值的全称断言;并陈述可靠性以及完备性的三个层次。
  3. 说明为什么两种关系的重合不能逐例确立,而只能借助元定理来确立,并辨认每个证明将用到前面各单元的哪些工具(各种归纳法、分情况证明、两个演绎定理、一致引理、合取形式)。
  4. 阅读本单元中关于推演的推演和语义论证,在每一步分清所谈的是哪一种关系,并从入门测评出发安排学习。

入门测评

在学习本单元之前,先测一测自己的起点是有益的。这份测评是自我测评:不计分,唯一的目的是为学习指引方向。它的十五道题分为两类。前六道涉及本单元假定已从前面各单元学到的东西:语义后承的定义及其向不可满足性的归约、或非的值、一致引理、推演的有穷性,以及分情况证明;答错其中任何一道的人,在继续之前应当复习题目所指出的那节课。其余九道按顺序对应本单元的三节课,每节课三道。从未学过一个逻辑系统的元理论的人不必指望答对,这也无关紧要:每个答案,无论对错,都会解释要点,并指出讲解这一要点的那节课。同样的技能会在末尾的总结课中再次测量。

入门测评

开始本单元之前,先测一测你的起点。这是一次简短的自我测评:不计分,结果只保存在你的浏览器中。

  1. 第 1 题来自前面的单元Γ⊨φ\Gamma \models \varphi 是什么意思?

  2. 第 2 题来自前面的单元下列哪一个断言与 Γ⊨φ\Gamma \models \varphi 等价?

  3. 第 3 题来自前面的单元如果赋值 vv 给 α\alpha 赋值 11,那么它给 (α↓β)(\alpha \downarrow \beta) 什么值?

  4. 第 4 题来自前面的单元φ\varphi 的变元是 v2v_{2} 和 v7v_{7}。两个赋值 vv 和 ww 在 v2v_{2} 和 v7v_{7} 上一致,而在其余所有变元上取相反的值。若 v(φ)=1v(\varphi) = 1,关于 w(φ)w(\varphi) 能断言什么?

  5. 第 5 题来自前面的单元设 Γ\Gamma 是一个无穷公式集,使得 Γ⊢φ\Gamma \vdash \varphi。能断言什么?

  6. 第 6 题来自前面的单元已知 Γ∪{p}⊢χ\Gamma \cup \{p\} \vdash \chi 且 Γ∪{¬p}⊢χ\Gamma \cup \{\neg p\} \vdash \chi。分情况证明允许得出什么结论?

  7. 第 7 题课程的系统是可靠的。这一性质断言什么?

  8. 第 8 题设 vv 是把 11 赋给 pp、把 00 赋给 qq 的赋值。卡尔马引理借助变元 pp 和 qq,关于公式 (p↔q)(p \leftrightarrow q) 断言什么?

  9. 第 9 题一个演绎系统能否可靠而不完备?

  10. 第 10 题紧致性定理断言什么?

  11. 第 11 题设 Γ\Gamma 是一个无穷公式集,使得 Γ⊨φ\Gamma \models \varphi。紧致性保证什么?

  12. 第 12 题第一课对有穷前提集证明了完备性。为什么推演的有穷性不足以把它推广到一个无穷集 Γ\Gamma?

  13. 第 13 题子句 {p,¬q,r}\{p, \neg q, r\} 与 {q,s}\{q, s\} 的归结式是什么?

  14. 第 14 题为了用归结判定是否 {(p∨q),¬p}⊨q\{(p \vee q), \neg p\} \models q,我们试图反驳哪个子句集?

  15. 第 15 题空子句 □\Box 能否用归结从集合 {{p,q},{¬p,¬q}}\{\{p, q\}, \{\neg p, \neg q\}\} 推导出来?