- •Раздел 4. Математическая логика и формальные системы.
- •4.1. Введение в формальные системы
- •4.2. Принципы построения формальных теорий.
- •4.3. Исчисление высказываний. Аксиомы и правила вывода.
- •2) Правило заключения (Modus Ponens). Если u и u β – выводимые формулы, то β выводима:
- •4.4. Исчисления предикатов и теории первого порядка.
- •3. Аксиомы исчисления предикатов делятся на две группы:
- •1) Аксиомы исчисления высказываний ( можно взять любую из систем или );
- •2) Две следующие предикатные аксиомы:
- •4.Правила вывода:
- •3) Правило - введения:
- •4.5.Предмет математической логики
- •4.6. Аксиоматический метод
- •1.4 Такое число m единственно.
- •1.20 Если k ј m и m ј n, то k ј n.
- •4.7. Логика высказываний
- •2.1 Укажите два примера множества строк: одно замкнутое, другое не замкнутое относительно правил построения.
- •2.2 Множество формул замкнуто относительно правил построения.
- •2.3 Является ли формулой ¬(p & q)?
- •2.4 Является ли формулой (p)?
- •2.10 Найдите формулу f такую, что (3) – единственная интерпретация, при которой f истинна.
- •2.11 Для любых формул f1,...,Fn (n і 1) и любой интерпретации I
- •2.12 Сформулируйте и докажите подобный факт для дизъюнкции f1 ъ ··· ъ Fn.
- •2.13 Для любой интерпретации I существует формула f такая, что I – единственная интерпретация, при которой f истинна.
- •2.15 Покажите, что для атомов p и q
- •2.22 Предполагая, что p и q – атомы, определите
- •2.23 G влечёт f тогда и только тогда, когда g и { ¬f } не выполнимо.
- •2.24 Определить, какие из следующих формул являются тавтологиями: (p й q) ъ (q й p), ((p й q) й p) й p, ((p є q) є r) є (p є (q є r)).
- •2.25 Для любых формул f, g1,...,Gn (n і 1) : f следует из { g1,..., Gn } тогда и только тогда, когда (g1 & ··· & Gn) й f – тавтология.
- •2.26 Найдите вывод q & p из p & q.
- •2.29 Найдите вывод p й r из p й q и q й r.
- •2.43 Правило удаления отрицания корректно.
- •2.44 Правило введения отрицания корректно.
- •2.45 Правило противоречия корректно.
- •2.52 Оба правила введения дизъюнкции корректны.
- •2.53 Правило удаления дизъюнкции корректно.
- •3.1 Является ли " X формулой?
- •3.2 Если формула содержит квантор, тогда она содержит переменную. Верно или нет ?
- •3.3 Если формула содержит квантор, тогда она содержит скобки. Верно или нет ?
- •3.4 Найдите свободные переменные и связанные переменные формулы
- •3.5 Все простые числа больше чем X.
- •3.10 Найдите результат подстановки константы a вместо X в формулу из задачи 3.4.
- •3.11 Если V не является свободной переменной f(V), тогда f(t) равно f(V).
- •V не является свободной переменной формулы Kw f.
- •3.12 Терм, не содержащий ни одной связанной переменной формулы f, является подстановочным в f для любой переменной.
- •3.23 Каждый терм содержит объектную константу или объектную переменную. Верно или нет ?
- •3.38 Модель арифметики первого порядка (7) стандартна.
- •3.39 G непротиворечива.
- •3.40 Арифметика первого порядка имеет нестандартную модель.
3.38 Модель арифметики первого порядка (7) стандартна.
В соответствие с задачей 3.40, существуют модели арифметики первого порядка, которые не обладают этим свойством. Чтобы доказать существование такой модели, полезно рассмотреть следующую теорию первого порядка G. Сигнатура G получается из сигнатуры арифметики первого порядка добавлением буквы b в качестве новой объектной константы. Множество аксиом G получается из множества аксиом арифметики первого порядка добавлением формул b № 0, b № 0', b № 0'', ... в качестве новых аксиом.
3.39 G непротиворечива.
3.40 Арифметика первого порядка имеет нестандартную модель.
Существование нестандартных моделей арифметики следует из теоремы Сколема (1920), который обобщил раннюю работу Леопольда Лёвенхейма (1915). Возможность таких моделей резко контрастирует с результатом задачи 1.41. Разница связана с тем, что язык арифметики первого порядка является слишком ограниченным для выражения аксиомы индукции. ``Арифметика второго порядка'', в которой схема индукции заменяется по аксиоме (8), не имеет нестандартных моделей.
Теорема неполноты Гёделя
Пусть M – нестандартная модель арифметики первого порядка. Может случится что M ``не отличима'' от модели (7) в том смысле, что для любой замкнутой формулы F арифметики первого порядка F истинно при M тогда и только тогда, когда F истинно при (7). Но некоторые нестандартные модели не обладают этим свойством: может существовать предложение F такое, что при M предложение F истинно, а при (7) ¬F истинно. Так как и M и интерпретация (7) являются моделями арифметики первого порядка, значит ни F, ни ¬F не являются теоремами, а это означает, что арифметика первого порядка неполна. Этот факт, известный как теорема неполноты Гёделя, был доказан Куртом Гёделем в 1931 году.