рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Предикатов. Свойства теорий первого порядка.

Предикатов. Свойства теорий первого порядка. - раздел Математика, КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ   Для Записи Формул Логики Предикатов Используется Следующий ...

 

Для записи формул логики предикатов используется следующий алфавит: скобки, запятые, символы исчисления высказываний (отрицание , импликация ), предметные (индивидные) переменные , предметные (индивидные) константы , предикатные буквы и функциональные буквы . Верхний индекс предикатной или функциональной буквы указывает на число аргументов, а нижний – служит для различия букв с одним и тем же числом аргументов.

Определение 1: Формулы исчисления предикатов определяются следующим образом:

1) всякая элементарная формула – есть формула.

2) если и - формулы и - предметная переменная, то каждое из следующих выражений есть формула: , и .

3) выражение является формулой тогда и только тогда, когда это следует из правил 1) и 2).

Формулы произвольной аксиоматической теории имеют смысл только тогда, когда имеется какая-нибудь интерпретация входящих в нее символов.

Определение 2: Под интерпретацией формулы будем понимать систему, состоящую из непустого множества (область интерпретации) и соответствия, относящего каждой предикатной букве некоторое - местное отношение во множестве ; каждой функциональной букве - некоторую - арную операцию во множестве ; каждой предметной постоянной - некоторый элемент из множества .

Всякая формула, не содержащая свободных переменных в любой интерпретации, является высказыванием. Если же формула содержит свободные переменные, то в любой интерпретации она является предикатом, т. к. она может быть истинной для одних значений переменных и ложной – для других.

Определение 3: Формула называется логически общезначимой, т. е. тавтологией (в исчислении предикатов), если она истинна в каждой интерпретации.

Определение 4: Формула называется выполнимой, если существует интерпретация, в которой выполнима хотя бы для одного набора значений переменных.

Очевидно, что формула логически общезначима тогда и только тогда, когда формула не является выполнимой. И формула выполнима тогда и только тогда, когда формула не является логически общезначимой.

Как известно, во всякой интерпретации всякая замкнутая формула (т.е. высказывание) или истинна или ложна, т.е. выполнима либо на каждом наборе переменных, либо ни на одном. Следовательно, всякая замкнутая формула выполнима тогда и только тогда, когда она истинна в какой-нибудь интерпретации.

Определение 5: Будем называть формулу противоречием (в исчислении предикатов), если формула является логически общезначимой (тавтологией) или, что то же самое, если формула ложна во всякой интерпретации.

Определение 6: Говорят, что формула логически влечет формулу , если в любой интерпретации формула выполнима на любом наборе, на котором выполнена формула .

Определение 7: Формулу называют логическим следствием формул из множества , если во всякой интерпретации формула выполнена, если выполнены все формулы из множества .

Определение 8: Две формулы называют логически эквивалентными, если каждая из них логически влечет другую формулу.

Из приведенных выше определений вытекают следующие утверждения:

а) Формула логически влечет формулу тогда и только тогда, когда формула логически общезначима.

б) Формулы и логически эквивалентны тогда и только тогда, когда формула логически общезначима.

в) Если формула логически влечет формулу и истинна данной интерпретации, то в этой же интерпретации истинна и .

В случае исчисления высказываний метод истинностных таблиц дает эффективный способ проверки, является ли произвольная формула тавтологией. Доказано, что для исчисления предикатов не существует эффективного способа проверки того, что произвольная формула является логически общезначимой.

Таким образом, аксиоматический метод, который был «излишней роскошью» при изучении исчисления высказываний, представляется необходимым при изучении формул, содержащих кванторы.

Определение 9:Теорией предикатов первого порядка (или языком узкого исчисления предикатов) будем называть такую теорию, в которой не допускаются предикаты, имеющие в качестве аргументов другие предикаты или функции. В частности, не допускаются кванторы по предикатам или кванторы по функциям.

Доказано, что теорий первого порядка хватает для описания известных математических теорий. И, во всяком случае, большинство теорий высших порядков может быть «переведено» язык теорий первого порядка.

Обозначим теорию первого порядка буквой .

Определение 10: Символами всякой теории первого порядка служат те же символы, которые мы ввели для исчисления высказываний:

1) логические связки (отрицание и импликация);

2) знаки пунктуации;

3) счетное множество предметных переменных ;

4) непустое множество (конечное или счетное) предикатных букв ;

5) конечное (возможно и пустое) или счетное множество функциональных букв ;

6) конечное (тоже, возможно, пустое) или счетное множество предметных констант .

Таким образом, в различных теориях могут отсутствовать некоторые или даже все функциональные буквы и предметные константы, а также некоторые (но не все) предикатные буквы.

Различные теории могут отличаться друг от друга составом символов. Определения терма, формулы, логических связок остаются в силе для любой теории первого порядка. Разумеется, в каждой конкретной теории при построении термов и формул участвуют только те символы, которые принадлежат данной теории.

Аксиомы теории разбиваются на два класса: логические аксиомы и собственные (или нелогические) аксиомы.

Логические аксиомы: Каковы бы ни были формулы теории , следующие формулы являются логическими аксиомами:

(А1) ;

(А2) ;

(А3) ;

(А4) ,

где - формула теории и – терм этой теории, свободный для переменной в формуле . В частности, терм может совпадать с , тогда получаем аксиому .

(А5) ,

если формула не содержит свободного вхождения переменной .

Собственные аксиомы не могут быть сформулированы в общем случае, т.к. они различные для различных теорий. Например: теория частично упорядоченных множеств (в частности структур); теория натуральных чисел; теория групп в алгебре и т. д. В частности, теория первого порядка, не содержащая собственных аксиом, называется исчислением предикатов первого порядка.

Правилами вывода для всякой теории первого порядка являются:

а) Modus ponens: из и следует (сокращённо: ).

б) Правило обобщения (или связывания квантором всеобщности): из следует . Иногда это правило сокращённо обозначают (от английского слова «generalization».

Определение 11:Моделью теории первого порядка называется всякая интерпретация, в которой истинны все аксиомы теории .

Нетрудно доказать, что если правило modus ponens и правило обобщения применяются к истинным в данной интерпретации формулам, то результатом являются формулы, истинные в той же интерпретации. Следовательно, и всякая теория истинна во всякой её модели.

Далее будет показано, что логические аксиомы выбраны так, чтобы множество всех их логических следствий из аксиом теории в точности совпадало с множеством теорем теории . В частности, для исчисления предикатов первого порядка оказывается, что множество его теорем совпадает с множеством логически общезначимых формул.

Теорема 1: Всякое исчисление предикатов первого порядка непротиворечиво.

Это следует из возможности интерпретации такой теории в области, состоящей из одного элемента. Все теоремы теории истинны в такой интерпретации, однако, ни в какой интерпретации никакая формула не может быть истинной вместе со своим отрицанием.

Непротиворечивость произвольной теории первого порядка можно доказать, если эта теория допускает конечную интерпретацию (например, теория частичного порядка или теория групп). Если теория первого порядка не допускает никакой конечной интерпретации, то доказать непротиворечивость такой теории логическими средствами невозможно. Например, теория натуральных чисел не допускает конечной интерпретации, поэтому нельзя доказать ее непротиворечивость.

Теорема 2: Во всяком исчислении предикатов первого порядка всякая теорема является логически общезначимой.

Определение 12: Теория первого порядка называется полной, если для любой замкнутой формулы из этой теории либо выводимой является формула , либо .

Теорема 3: Всякая непротиворечивая теория первого порядка имеет счётную модель (т. е. модель со счётной областью интерпретации).

Следствие 1: Всякая логически общезначимая формула теории первого порядка является теоремой теории .

Следствие 2: (теорема Геделя (1930) о полноте).

Во всяком исчислении предикатов первого порядка теоремами являются все те, и только те формулы, которые логически общезначимы.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... имени ВЛАДИМИРА ДАЛЯ... Фесенко Т Н...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Предикатов. Свойства теорий первого порядка.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ
(для студентов специальности «Прикладная математика», «Информатика», «Системный анализ», «Компьютерные системы и сети»)

Прямое произведение множеств. Бинарные отношения.
  Пусть и - произвольные элементы. Из элементов

Представление бинарных отношений графами.
Понятие графа используется в математике для наглядного представления бинарных отношений, заданных на конечных множествах. Граф представляет собой конечный набор точек плоскости (

И порядка. Фактор-множество.
  В данном параграфе будут рассмотрены некоторые виды бинарных отношений. Рассмотрим непустое множество и зададим на нём бинар

Булевы алгебры.
  Определение 1: Пусть - отношение порядка на множестве

Определение 7: Дистрибутивная решетка с отличными друг от друга 0 и 1, в которой всякий элемент имеет дополнение, называется булевой алгеброй.
Отметим, что теория решеток и теория булевых алгебр – это самостоятельные разделы алгебры. Определение 8: Линейно упорядоченное множество, удовлетворяющее условию мини

Мощность множества. Сравнение мощностей.
  Пусть даны конечные множества и , число элементов которых равно

Определение 2: Множества, обладающие одинаковой мощностью, называются равномощными (эквивалентными).
Два конечных множества будут равномощными, если в них содержится одинаковое число элементов. Если имеем дело с бесконечными множествами, то вопросы, связанные с мощностями, решаются путём установле

Определение 3: Множество, эквивалентное множеству чисел натурального ряда, называется счетным.
Натуральный ряд чисел – это счётное множество. Все множества, равномощные множеству , имеют такую же мощность. Теорема 4:

Трансфинитная индукция.
  Понятие мощности множества является обобщением понятия количества элементов конечного множества. А число элементов во множестве – это натуральное число. Но над натуральными числами

Определение 3: Если два линейно упорядоченных множества изоморфны, то их называют подобными множествами.
Подобие для линейно упорядоченных множеств - есть бинарное отношение между линейно упорядоченными множествами, являющееся отношением эквивалентности. Фактор-множество по этому отношению эквивалентн

Задачи для самостоятельной работы.
1) Доказать, что два множества равны тогда и только тогда, когда их пересечение и объединение совпадают. 2) Обозначим через множес

Отрицание – обозначается ,читается:«не » или «неверно, что ».
2) Дизъюнкция (логическое сложение), обозначаемое(читается «и

Формулы алгебры логики. Тавтологии.
  В алгебре выводятся формулы, которые остаются верными, какие бы числа не подставляли вместо букв, входящих в эти формулы. Подобным образом в алгебре высказываний конструируются форм

Доказательство.
Необходимость: Пусть формулы и равносильны. Тогда, по определению, для люб

Определение 3: Множество всех значений таких, что предикат при этих значениях принимает значение «истина», называется областью истинности предиката.
Определение 4: Предикат , определённый на множестве , называе

Формулы и тавтологии логики предикатов.
  При введении определения формул логики предикатов будем использовать следующие обозначения (алфавит): 1) – индивид

Формальный язык логики высказываний.
  Таблицы истинности в логике высказываний позволяют ответить на многие вопросы. Например, является ли данная формула тавтологией, противоречием или выполнимой формулой; влечёт ли она

Задачи для самостоятельной работы.
1.Определить истинность следующих высказываний, если , ,

Определение формулы и суперпозиции.
  Пусть имеется счетное множество переменных , где

Принцип двойственности.
  Пусть – некоторое подмножество множества булевых функций: .

Линейные функции. Монотонные функции.
  Рассмотрим систему функций: , ,

Теорема Поста.
  В предыдущем параграфе были рассмотрены некоторые классы булевых функций. В каждый класс попадают функции, обладающие определённым свойством. Для удобства введём следующие обозначен

Задачи для самостоятельной работы.
1) Сколько имеется различных двоичных наборов длины ? 2) Сколько имеется

Правила комбинаторики.
  Начнем с основных принципов комбинаторики, т.е. с правил. Существует два общих правила комбинаторики: правило сложения и правило умножения. Правило слож

Определение 2: Множество с заданным на нем порядком называется упорядоченным множеством.
Очевидно, что множество, содержащее более одного элемента, можно упорядочить не единственным способом. Например, из двух букв и

Определение 8: Конечные упорядоченные множества называются размещениями.
Теорема 3: Количество всех размещений из элементов по элемен

Определение 10: Конечные неупорядоченные множества называются сочетаниями.
Таким образом, сочетания – это такая выборка элементов, при которой их порядок совершенно не важен. Сочетаний из элементов по

Свойства сочетаний.
  Одной из наиболее распространённых комбинаторных формул является формула числа сочетаний. Для упрощения подсчётов и для доказательства некоторых утверждений удобно использовать след

Комбинаторика с повторениями.
  Одна из особенностей комбинаторных задач заключается в том, что в ней исключительно большую роль играет точность формулировки. Обычно в задаче по комбинаторике необходимо определить

Определение 2: Группы, составленные из объектов, которые принадлежат одному из типов элементов, называют сочетаниями с повторениями.
Число всевозможных сочетаний с повторениями обозначают следующим символом: . Сочетания с повторениями, как было показано в примере

Упражнения для самостоятельной работы.
  1. Сколько всегочетырёхзначных натуральныхчисел? Сколько всего четырёхзначных натуральныхчисел, в записи которых нет одинаковых цифр?  

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги