INF3170 / INF4171. Intuisjonistisk logikk: Kripke-modeller, sunnhet, kompletthet. Andreas Nakkerud. 15. september 2015

Like dokumenter
Forberedelse Kompletthet Kompakthet INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: kompletthet, kompakthet. Andreas Nakkerud. 8.

Semantikk Egenskaper ved predikatlogikk Naturlig deduksjon INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: Semantikk og naturlig deduksjon.

INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: Skolemfunksjoner; Andreordens logikk. Andreas Nakkerud. 10. september 2015

Definisjon 1.1 (Kompletthet). Sekventkalkylen LK er komplett hvis enhver gyldig sekvent er LK-bevisbar.

Dagens plan. INF4170 Logikk. Modelleksistens for grunn LK repetisjon. Kompletthet av fri-variabel LK. Teorem (Kompletthet) Lemma (Modelleksistens)

Dagens plan. INF3170 Logikk. Kompletthet følger fra modelleksistens. Kompletthet. Definisjon (Kompletthet) Teorem (Modelleksistens)

Hvis formlene i Γ og er lukkede, vil sannhetsverdiene til formlene under M være uavhengig av variabeltilordning.

Predikatlogikk Syntaks Semantikk INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: Syntaks og semantikk. Andreas Nakkerud. 1. september 2015

1 Utsagnslogikk (10 %)

Beregn minutter til å se gjennom og fullføre ubesvarte oppgaver på slutten av eksamenstiden.

INF3170 Logikk. Ukeoppgaver oppgavesett 7

INF3170 / INF4171. Normalisering. Andreas Nakkerud. 24. september 2015

UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. INF1080 Logiske metoder for informatikk

Dagens plan. INF3170 Logikk. Forstå teksten og begrepene! Disponér tiden! Forelesning 15: Oppgaveløsing. Christian Mahesh Hansen. 21.

Repetisjonsforelesning

Dagens plan. INF4170 Logikk. Fri-variabel sekventkalkyle. Forelesning 10: Automatisk bevissøk II fri-variabel sekventkalkyle og sunnhet.

Merk: kopieringen av hovedformelen i γ-reglene medfører at bevissøk i førsteordens logikk ikke nødvendigvis behøver å terminere!

Kompletthet av LK. INF3170 Logikk. Overblikk. Forelesning 9: Mer sekventkalkyle og kompletthet. Roger Antonsen

Definisjon 1.1 (Sunnhet). Sekventkalkylen LK er sunn hvis enhver LK-bevisbar sekvent er gyldig.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Semantikk for sekventer. Definisjon (Motmodell/falsifiserbar sekvent) Definisjon (Gyldig sekvent) Eksempel.

Litt mer mengdelære. INF3170 Logikk. Multimengder. Definisjon (Multimengde) Eksempel

Intuisjonistisk logikk

INF3170 Logikk. Forelesning 11: Intuisjonistisk logikk. Roger Antonsen. 27. april Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

INF3170 Logikk. Forelesning 8: Mer sekventkalkyle og sunnhet. Roger Antonsen. 6. april Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Fortsettelse. INF3170 Logikk. Eksempel 1. Forelesning 8: Mer sekventkalkyle og sunnhet. Roger Antonsen

Dagens plan. INF3170 Logikk. Negasjon som bakgrunn for intuisjonistisk logikk. Til nå i kurset. Forelesning 9: Intuisjonistisk logikk.

INF3170 Forelesning 11

Dagens plan. INF3170 Logikk. Introduksjon. Forelesning 7: Førsteordens logikk sekventkalkyle og sunnhet. Christian Mahesh Hansen. 5.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Induktive definisjoner. Eksempel. Definisjon (Induktiv definisjon) Eksempel

Forelesning 7: Førsteordens logikk sekventkalkyle og sunnhet Christian Mahesh Hansen - 3. mars 2007

INF3170 Forelesning 2

Forelesning 3-6. februar 2006 Utsagnslogikk sekventkalkyle og sunnhet. 1 Mengdelære III. 2 Utsagnslogikk. 1.1 Multimengder. 2.

Databaser fra et logikkperspektiv

Forelesning 3: Utsagnslogikk sekventkalkyle, sunnhet og kompletthet Christian Mahesh Hansen - 5. februar 2007

Forelesning 7: Førsteordens logikk sekventkalkyle og sunnhet Christian Mahesh Hansen - 5. mars 2007

Bevis for sunnhet (og kompletthet) av bevissystemet med hensyn på semantikken

Hvis Ole følger inf3170, så liker Ole logikk. Ole følger inf3170, og Ole følger ikke inf3170. Ole følger inf3170, eller Ole følger ikke inf3170.

Forelesning 2: Induktive definisjoner, utsagnslogikk og sekventkalkyle Christian Mahesh Hansen januar 2007

Dagens plan. INF3170 Logikk. Syntaks: Utsagnslogiske formler. Motivasjon

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjon: Førsteordens syntaks og semantikk. 2 Førsteordens sekventkalkyle. 3 Sunnhet av førsteordens sekventkalkyle. 1 Mengden T av termer i L:

INF1080 Logiske metoder for informatikk. 1 Små oppgaver [70 poeng] 1.1 Grunnleggende mengdelære [3 poeng] 1.2 Utsagnslogikk [3 poeng]

Databaser fra et logikkperspektiv del 2

FOL: syntaks og representasjon. 15. og 16. forelesning

UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

INF3170 Forelesning 4

Løsningsforslag oblig. innlevering 1

Forelesning januar 2006 Induktive denisjoner og utsagnslogikk

UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Førsteordens sekventkalkyle

UNIVERSITETET I OSLO

INF4170 { Logikk. Forelesning 1: Utsagnslogikk. Arild Waaler. 20. august Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Forelesning 9: Frsteordens logikk { kompletthet Roger Antonsen mars 2006

Mer om mengder: Tillegg til Kapittel 1. 1 Regneregler for Booleske operasjoner

Det utsagnslogiske spraket: konnektiver og formler. Semantikk: Denisjon av sannhet og gyldighet

Dagens plan. INF3170 Logikk. Obliger og eksamen. Forelesning 1: Introduksjon. Utsagnslogikk og sekventkalkyle. Arild Waaler. 21.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Resolusjon: regel og utledninger. Overblikk. Definisjon. Forelesning 14: Avanserte emner. Christian Mahesh Hansen

UNIVERSITETET I OSLO

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Førsteordens sekventkalkyle

INF1800 Forelesning 18

INF3170 Logikk. Forelesning 3: Utsagnslogikk, semantikk, sekventkalkyle. Roger Antonsen. Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

UNIVERSITETET I OSLO

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Repetisjon og noen løse tråder

INF1800 Forelesning 20

Ukeoppgaver fra kapittel 10 & Induksjonsbevis

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Mer om førsteordens logikk

Grafteori. MAT1030 Diskret matematikk. Induksjonsbevis

MAT1030 Diskret matematikk

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning 1: Introduksjon. Utsagnslogikk og sekventkalkyle Arild Waaler januar 2008

Dagens plan INF3170 Logikk. Obliger og eksamen. Forelesning 1: Introduksjon, mengdelære og utsagnslogikk. Christian Mahesh Hansen og Roger Antonsen

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Dagens plan. INF3170 Logikk. Mengder. Definisjon. Notasjon. Forelesning 0: Mengdelære, Induksjon. Martin Giese. 23. januar 2008.

UNIVERSITETET I OSLO

Førsteordens logikk - syntaks

Fri-variabel sekventkalkyle

INF1800 Forelesning 17

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver av eksamenen i MAT3600/MAT4600 høsten 2005

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Velkommen! Utsagnslogikk. Andreas Nakkerud. 20. august 2015 INF3170 / INF4171. Andreas Nakkerud. Syntaks og semantikk. Utsagnslogikk.

Sekventkalkyle for utsagnslogikk

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Sekventkalkyle for utsagnslogikk

INF3170 Forelesning 10

Notat om kardinalitet for MAT1140 (litt uferdig)

TMA4140 Diskret Matematikk Høst 2018

Forelesning 4 torsdag den 28. august

Forelesning 5: Førsteordens logikk syntaks og semantikk Christian Mahesh Hansen februar 2007

INF1800 Forelesning 15

To mengder S og T er like, S = T, hvis de inneholder de samme elementene. Notasjon. Mengden med elementene a, b, c og d skrives ofte {a, b, c, d}.

Mengdelære INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET FORELESNING 2: MENGDELÆRE. Læreboken. Mengder. Definisjon (Mengde) Roger Antonsen

INF1080 Logiske metoder for informatikk. 1 Små oppgaver [70 poeng] 1.1 Grunnleggende mengdelære [3 poeng] 1.2 Utsagnslogikk [3 poeng]

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1. ( xφ) φ x t, hvis t er substituerbar for x i φ.

MAT1140 Strukturer og argumenter

LØSNINGSFORSLAG UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Oppgave 1 Mengdelære (10 poeng)

INF3170 Logikk. Ukeoppgaver oppgavesett 6

Transkript:

INF3170 / INF4171 Intuisjonistisk logikk: Kripke-modeller, sunnhet, kompletthet Andreas Nakkerud 15. september 2015

Kripke-modeller Vi ser på modeller for et språk L. Definisjon En Kripke-modell er et kvadruppel K = K, Σ, C, D, hvor K er en ikke-tom, partielt ordnet mengde, C er en funksjon på konstantene i L, D er en funksjon på K og Σ er en funksjon på K, slik at C(c) D(k) for alle k K, D(k) for alle k K, Σ(k) At k for alle k K, hvor At k er mendgen av atomære formler i L med konstanter for elementer i D(k).

Kripke-modeller Definisjon (forts.) D og Σ må oppfylle betingelsene i. k l D(k) D(l). ii. Σ(k) for alle k. iii. k l Σ(k) Σ(l). D(k) kalles domenet til K i k, elementene i K kalles nodene til K. Vi sier at φ har parametre i D(k) hvis alle konstantsymbolene i φ er symboler for konstanter i D(k). Vi krever at konstanter tolkes som de samme elementene i alle domener.

Kripke-modeller Legg merke til at D(k) og Σ(k) sammen definerer en struktur A(k). Vi har at A(k) = D(k), og at a R A(k) hviss R( a) Σ(k). Betingelsene (i) og (iii) gir oss at k l A(k) A(l) og at k l R A(k) R A(l). Vi har også at c A(k) = c A(l).

Kripke-modeller Lemma Σ har en unik udvidelse til en funksjon fra K (også med symbol Σ), slik at Σ(k) SENT k, hvor SENT k er mengden av setninger med parapmetre i D(k), og hvor Σ tilfredsstiller (i) φ ψ Σ(k) φ Σ(k) eller ψ Σ(k) (ii) φ ψ Σ(k) φ Σ(k) og ψ Σ(k) (iii) φ ψ Σ(k) for alle l k (φ Σ(k) ψ Σ(k)) (iv) xφ(x) Σ(k) det finnes en a D(k) slik at φ(a) Σ(k) (v) xφ(x) Σ(k) for alle l k og for alle a D(l) er det slik at φ(a) Σ(l). Hvis φ Σ(k) skriver vi k φ og sier at k tvinger φ.

Kripke-modeller Corollary (i) k φ for alle l k er det slik at l φ. (ii) k φ for alle l k finnes det en p l slik at p φ. k 3 k 1 P(a) k 1 P(a) k 2 k 0 k 0

er monoton Lemma For k l er det slik at k φ l φ. Bevis: Ved induksjon på φ. Vi ser på φ = φ 1 φ 2. Anta at k φ 1 φ 2. La l k, og p l, og la p φ 1. Siden p q har vi at p φ 2 (fra induksjonshypotesen). Det vil si at l φ 1 φ 2.

Notasjon Vi etablerer følgende notasjon for setninger: (i) K φ hvis k φ for alle k K. (ii) φ hvis K φ for alle K. Vi innfører og i metaspråket, og definerer for formler med frie variable Γ φ slik at: ( K)( k K)( a D(k))[( ψ Γ(k φ( a))) k φ( a)]. Vi innfører også forkortelsen K Γ for ( φ Γ)K φ.

Mer om Γ φ Lemma Anta at Γ er endelig, da er det slik at [( ) ] Γ φ Cl ψ φ. ψ Γ Bevis: Merk at tillukningen her er en setning. Vi må vise at ( a D(k))[( ψ Γ(k φ( a))) k φ( a)] er ekvivalent med ([ ] ) k x ψ( x) φ( x). ψ Γ

Sunnhet Theorem Γ φ Γ φ (Sunnhet). Bevis: Ved induksjon på utledningen D av φ fra Γ. Vi fastsetter modellen K. Basissteg: Utledningen består av en formel φ. Da er det slik at φ Γ, og det følger at k Γ( a) k φ( a). Induksjonssteg: Utledningen slutter med en anvendelse av en regel. Vi gjør dette steget for I, I og I.

I D 1 D 2 φ 1 φ 2 φ 1 φ 2 Induksjonshypotese: k a D(k)[k Γ( a) k φ i ( a)] for i = 1, 2. Velge en k slik at k Γ( a). Da er det slik at k φ 1 ( a) og k φ 2 ( a). Det følger at k (φ 1 φ 2 )( a). Altså har vi at Γ φ 1 φ 2.

I [φ 1 ] D 1 φ 2 φ 1 φ 2 Induksjonshypotese: k a D(k)[(k Γ( a), φ 1 ( a)) k φ 2 ( a)]. La k Γ( a). Anta at l k og at l φ 1 ( a). Siden og D er monotone har vi at l Γ( a), og dermed også at l φ 2 ( a). Det følger at ( l k)(l φ 1 ( a) l φ 2 ( a)). Altså har vi k (φ 1 φ 2 )( a), slik at Γ φ 1 φ 2.

I D φ zφ z er ikke en fri variabel i Γ. Induksjonshypotese: k a, b D(k)[(k Γ( a) k φ( a, b)]. La k Γ( a). Anta l k og b D(l). Siden og D er monotone har vi at l Γ( a) og a D(l). Fra induksjonshypotesen følger det at l φ( a, b). Altså har vi ( l k)( b D(l))l φ( a, b), så k zφ( a, z).

Primateori Definisjon En mengde setninger Γ er en primateori (eng: prime theory) i språket L dersom (i) Γ er lukket under, (ii) φ 1 φ 2 Γ φ 1 Γ eller φ 2 Γ, (iii) xφ(x) Γ φ(c) L for en c L.

Primateori Lemma La Γ og φ være lukkede, da eer det slik at hvis Γ φ, så finnes det en primateori Γ, i et språk L, som utvider Γ på en slik måte at Γ φ. Bevis: Vi må utvide språket L for Γ med en tellbar mengde konstanter. Vi kaller det nye språket L. Vi konstruerer Γ gjennom en følge av utvidelser Γ 0 Γ 1 Γ 2..., hvor Γ 0 = Γ. Vi må også ha at Γ k φ Vi definerer Γ k+1 som følger: k er et partall: Finn den første formelen på formen xψ(x) som ennå ikke har blitt behandlet, og hvor Γ k xψ(x). La Γ k+1 = Γ k {ψ(c)}, hvor c er den første konstanten som ikke forekommer i Γ k.

k er et oddetall: Finn den første formelen ψ 1 ψ 2 som ikke har blitt behandlet, og som er slik at Γ k ψ 1 ψ 2. Merk at det ikke er mulig at både Γ k, ψ 1 φ og Γ k, ψ 2 φ, da vi med disse og E kunne slutte at Γ k φ. Derfor: { Γ k {ψ 1 }, hvis Γ k, ψ 1 φ Γ k+1 = Γ k {ψ 2 }, ellers. Vi definerer Γ = k 0 Γ k. Vi må vise at Γ φ og at Γ er en primateori.

Γ φ: Vi viser at Γ i φ ved induksjon på i. Vi har antatt at Γ 0 φ. For oddetall i følger induksjonssteget per definisjon av Γ i+1. For partall i, anta at Γ i+1 φ. Da har vi at Γ i, ψ(c) φ. Siden Γ i xψ(x) får vi at Γ i φ ved E. Dette strider imot induksjonhypotesen, så Γ i+1 φ. Det vil si at Γ i φ for alle i 0. Anta nå at Γ φ. Da må det være slik at Γ i φ for en i, og vi har en motsigelse.

Γ er en primateori: (a) La ψ 1 ψ 2 Γ, og la k være det minste tallet slik at Γ k ψ 1 ψ 2. ψ 1 ψ 2 kan ikke ha blitt behandlet før k, og Γ h ψ 1 ψ 2 for alle h k. Formlen må behandles på et steg h k, så vi har enten Γ h+1 ψ 1 eller Γ h+1 ψ 2. Altså har vi enten Γ ψ 1 eller Γ ψ 2. (b) La xψ(x) Γ, og la k være det minste tallet slik at Γ k xψ(x). For en h k har vi at Γ h+1 ψ(c) for en c. Det følger at ψ(c) Γ for en c. (c) Anta Γ ψ. Da har vi at Γ ψ ψ. Fra (a) følger det at ψ Γ.

Modelleksistenslemma Lemma Hvis Γ φ så finnes det en Kripke-modell K med bunn-node k 0 slik at k 0 Γ og k 0 φ. Bevis: Vi utvider Γ til en primateori Γ slik at Γ φ. Γ har språk L med konstanter C. Vi definerer nye konstanter {c i m i, m 0}, og den tellbare familien av tellbare mengder C i = {c i m m 0}. Vi definerer en Kripke-modell der nodene er sekvenser n av naturlige tall. Vi sier at n m hvis n er begynnelsen på m. Bunn-noden er den tomme sekvensen.

La k være n. Definer C( ) = C og, hvis k > 0, C( n) = C( ) C 0... C k 1. L( n) er utvidelsen av L vi får ved å legge til atomene At( n) med konstanter fra C( n). Siden L( n) kun avhenger av lengden n skriver vi ofte L n. Vi lar D( n) = C( n). Vi definerer Σ( n) ved induksjon på lengden av n. Vi definerer samtidig en samling av primateorier Γ( n). Basissteg: Σ( ) = Γ At( n), Γ( ) = Γ.

Induksjonssteg: Anta at Σ( n) og Γ( n) er gitt. Vi ser på en opplisting σ 0, τ 0, σ 1, τ 1, σ 2, τ 2,... av setninger i L n +1 slik at Γ( n), σ i τ i. Vi har nok konstanter i C( n) til å konstruere nye primateorier Γ( n, i) som er utvidelser av Γ( n) slik at σ i Γ( n, i) og Γ( n, i) τ i. La Σ( n, i) = Γ( n, i) At( n, i). Vi ser lett at alle monotonitetkravene for Kripke-modeller er oppfylt. Påstand: n ψ Γ( n) φ. Vi beviser påstanden ved induksjon på ψ. Påstanden holder per definisjon for atomære formler. Viser induksjonsstedet for ψ 1 ψ 2 og xψ(x).

ψ 1 ψ 2 : n ψ 1 ψ 2 n ψ 1 eller n ψ 2 I.H. Γ( n) ψ 1 eller Γ( n) ψ 2 Γ( n) ψ 1 ψ 2 (mot venstre fordi Γ( n) er en primateori).

xψ(x): La n xψ(x), da har vi ( m n)( c C( m))( m ψ(c)). Anta for motsigelse at n xψ(x). La σ i = og τ i = xψ(x), det følger fra definisjonen at Γ( n, i) xψ(x). La c være en konstant i L( n, i) som ikke er i Γ( n, i). Dersom Γ( n, i) ψ(c) vil det følge at Γ( n, i) xψ(x). (Siden c ikke forekommer i Γ( n, i) kunne vi erstatte den med x i utledningen og så gjøre I.) Det følger at Γ( n, i) ψ(c), og ved induksjonshypotesen at n, i ψ(c). Dette er en motsigelse. Anta at Γ( n) xψ(x). Anta så at n xψ(x). Da er det slik at m ψ(c) for en m n og en c D( m). Fra induksjonshypotesen følger det at Γ( m) ψ(c) og dermed også at Γ( m) xψ(x). Motsigelse.

Kripke-kompletthet Theorem Γ i φ Γ φ (Sunnhet og kompletthet). Bevis: : sunnhet. : Anta Γ i φ. Vi bruker modelleksitenslemma til å vise at Γ φ.