• Nem Talált Eredményt

A szekventkalkulus

In document Automatikus tételbizonyítás (Pldal 85-100)

Példa Bizonyítsuk be a természetes levezetés segítségével, hogy a

(6.7)

formula logikai törvény.

2. A szekventkalkulus

Definíció Legyenek

elsőrendű formulák. Ekkor a

(6.8)

formulát szekventnek nevezzük. Jelölése

(6.9)

vagy rövidebben

, ahol

az

és

a

formulák multihalmazai.

A

szekvent tehát egy speciális alakú formula: implikáció, melyben az implikáció bal oldalán a

formuláinak konjunkciós, a jobb oldalán a

formuláinak diszjunkciós láncformulája áll. Ha a szekventben

üres, az implikáció bal oldalán a

törvényt, ha

üres, az implikáció jobb oldalán a

kielégíthetetlen formulát kell elképzelni. Ha

és

formulák, akkor az

jelölés az

szekventet hivatkozza.

Példa Határozzuk meg, hogy az alábbi szekventek mint formulák hogyan adhatók meg:

1.

(üres) szekvent a

formulát, azaz logikai ellentmondást ír le.

2.

szekvent a

, azaz a

formulát jelöli.

3. Az

szekvent jelentése az

, azaz a

formula.

4.

jelentése

.

5.

jelentése pedig

.

Világos, hogy ha egy

formulát szekventté szeretnénk alakítani, azaz elő akarjuk állítani azt a szekventet, ami épp az

formulát írja le, csak egy

jelet kell elé írni:

.

Definíció

,

,

,

,

és

szimbólumok.

A szekventkalkulus alapsémája:

(6.10)

A szekventkalkulus levezetési szabályai:

(6.11)

(6.12)

(6.13)

Ha az

és

szimbólumokat egy ítéletlogikai nyelv formuláival, a

és

szimbólumokat pedig formulák multihalmazaival helyettesítjük, az alapsémából alapszekventeket kapunk, a levezetési szabály segítségével pedig egy vagy két (vonal feletti) szekventből levezetünk egy (vonal alatti) harmadikat.

a nyelv változója és

term.

Tétel

• Minden alapszekvent által leírt formula logikai törvény.

• A szekventkalkulus egy levezetési szabályában a vonal alatti alakú szekvent pontosan akkor logikai törvény, ha a vonal feletti szekvent vagy szekventek is logikai törvények. (Tehát a szekventkalkulus levezetési szabályai megfordíthatóak.)

A tétel bizonyítása gyakorló feladat.

Definíció A szekventkalkulusbeli levezetésfa és a levezetésfa magassága a következő:

1. A kalkulus minden alapszekventje egy (egyetlen szekventből álló) levezetésfa, ez a szekvent lesz a levezetésfa gyökere. A levezetésfa magassága 1.

2. Ha

magasságú olyan levezetésfa, amelynek gyökere a szekventkalkulusbeli levezetési szabályban épp vonal feletti szekvent, akkor a levezetési szabállyal a vonal alatti

szekventet előállítva

(6.14)

is levezetésfa, ahol az

szekvent a kapott levezetésfa gyökere, és a levezetésfa magassága

. 3. Ha

és

rendre

és

magasságú olyan szekventkalkulusbeli levezetésfák, melyek gyökerei valamely levezetési szabályban épp vonal feletti szekventek, akkor előállítva a levezetési szabállyal a vonal alatti

szekventet,

(6.15)

is levezetésfa a kalkulusban, amelyben az

szekvent lesz a levezetésfa gyökere, és a levezetésfa magassága

.

4. Minden levezetésfa az 1–3. szabályok véges sokszori alkalmazásával áll elő.

Példa A szekventkalkulusban az alábbi fa 3 magasságú levezetésfa, melynek gyökere a

szekvent:

A szekventek mellett zárójelek között megadtuk azt a levezetési szabályt, melyet alkalmazva a szekvent előállt.

Definíció Azt mondjuk, hogy az

szekvent a szekventkalkulusban bizonyítható , ha van olyan szekventkalkulusbeli levezetésfa, melynek

a gyökere. Jelölése:

.

Az alábbi tétel bizonyítását az olvasóra bízzzuk.

Tétel [A szekventkalkulus helyessége.] Ha az

szekvent bizonyítható a szekventkalkulusban, akkor a

formula logikai törvény.

Példa A

szekvent a szekventkalkulusban a következő – 6 magasságú – levezetésfával bizonyítható:

Példa A

(6.16)

szekvent (ahol

) a szekventkalkulusban a következő levezetésfával bizonyítható:

A gyakorlatban a szekventkalkulus levezetési szabályait is ,,alulról felfelé'' szoktuk alkalmazni: amikor bizonyítani szeretnénk egy

szekventet, megpróbáljuk a bizonyító levezetésfát a gyökeréből (

-ből) kiindulva ,,alulról felfelé'' haladva felépíteni. Ehhez keresni kell az épülő levezetésfa minden nem alapszekvent leveléhez olyan levezetési szabályt a kalkulusban, mely segítségével a levél előállhat, és a levezetési szabálynak megfelelő vonal feletti szekvent(ek)et be kell írni a készülő levezetésfába ezen levél szülőjeként (szüleiként). A szekventkalkulus levezetési szabályainak megfordíthatósága miatt lényegtelen, hogy az alkalmazható levezetési szabályok közül melyiket választjuk.

Most foglalkozzunk azzal a kérdéssel, hogy vajon a szekventkalkulus ekvivalens-e a predikátumkalkulussal, azaz igaz-e, hogy egy

szekvent pontosan akkor bizonyítható a szekventkalkulusban, amikor

hipotézismentesen levezethető a predikátumkalkulusban. Ha ugyanis a két kalkulus ekvivalens, akkor a szekventkalkulus teljes kalkulus is.

Lemma Ha

a predikátumkalkulus alapformulája, akkor

bizonyítható a szekventkalkulusban.

Bizonyítás A bizonyítást konstruktív módon végezzük el, a predikátumkalkulus alapsémáiból előállított formulák esetén rendre megkonstruáljuk a megfelelő szekvent levezetését.

• Az 1. sémából előállított alapformula esetén a levezetés

• A 2. sémából előállított alapformula esetén a levezetés:

• A 11. sémából előállított alapformula esetén a levezetés:

• A 12. sémából előállított alapformula esetén a levezetés:

A többi alapformula esetén a levezetés megadását az olvasóra hagyjuk, a lemmát így bizonyítottnak tekinthetjük.

Lemma A predikátumkalkulus levezetési szabályai elérhetők a szekventkalkulusból.

Bizonyítás Azaz ha

és

bizonyíthatóak a szekventkalkulusban, akkor

is az, továbbá ha

bizonyítható, akkor

is,

• Az olvasóra bízzuk annak bizonyítását, ha

, akkor

is. Ha

, a

levezetési szabály megfordíthatósága miatt

is. Ekkor alkalmazva a szekventkalkulus vágás szabályát kapjuk, hogy

.

• Ha

bizonyítható, így alkalmazva a

szabályt

is bizonyítható.

Ezzel az állítást beláttuk.

Tétel Ha

hipotézismentesen levezethető a predikátumkalkulusban, akkor

bizonyítható a szekventkalkulusban, azaz ha

, akkor

szekvenciát megalapozó levezetésfa magassága szerinti indukcióval bizonyítunk. Legyen a levezetésfa magassága

.

1.

esetén

a predikátumkalkulus alapformulája, ekkor

.

2. Az indukciós feltevésünk szerint legyen igaz az állítás minden

-nél nem magasabb levezetésfa esetén.

3. Legyen most

. Ha a

szekvenciát megalapozó levezetésfát

• a modus ponens levezetési szabállyal nyertük

és

szekvenciákat megalapozó, legfeljebb

magasságú levezetésfákból, az indukciós feltevés miatt

és

bizonyíthatók a szekventkalkulusban. De a modus ponens elérhető a szekventkalkulusból.

• az általánosítás szabályával nyertük a

szekvenciát megalapozó

magasságú levezetésfából, az indukciós feltevés miatt

bizonyítható. De az általánosítás szabálya elérhető a szekventkalkulusból.

Ezzel a tételt bebizonyítottuk.

3. Feladatok

1. Bizonyítsuk be természetes technikával, hogy az alábbi szekvenciák megalapozhatók.

2. Bizonyítsuk be természetes technikával, hogy az alábbi következményrelációk fennállnak.

a.

b.

c.

d.

3. Készítsük el a természetes technika ekvivalenciajelre vonatkozó levezetési szabályait. (

)

4. Készítsük el a szekventkalkulus ekvivalenciajelre vonatkozó levezetési szabályait.

5. Bizonyítsuk be, hogy az alábbi szekventek bizonyíthatók a szekventkalkulusban. Mit bizonyítottunk ezzel a szekvent által meghatározott formulákról?

6. Bizonyítsuk be, hogy

pontosan akkor kielégíthetetlen, ha az

szekvent bizonyítható.

7. Bizonyítsuk be, hogy

pontosan akkor, ha az

(6.17)

szekvent bizonyítható.

8. Bizonyítsuk be a szekventkalkulus segítségével a következményreláció fennállását.

a.

b.

c.

In document Automatikus tételbizonyítás (Pldal 85-100)