Текст
                    

М) 1111Ц1111а.1Ы1ое образовательное учреж дение вь инею профессионального образования I 1>.1н ри1Н>\р| ская академия современного искусства» (институт) В. В. Долгоруков Табличные методы для классической логики высказываний и классической логики предикатов

Муниципальное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Екатеринбургская академия современного искусства» (институт) В. В. Долгоруков Табличные методы для классической логики высказываний и классической логики предикатов Учебно-методические материалы к курсу «Логика и теория аргументации» Екатеринбург 2008
Долгоруков В.В. Табличные методы для классической логики высказы- ваний и классической лотки предикатов: Учебно-методические материалы к курсу «Логика и теория ар|уменгации» /11од ред. канд. филос. наук А. Г. Кислова. - Екатеринбург: Изд-во Екатеринбург, акад. совр. иск-ва, 2008. - 23 с. © Екатеринбургская академия современного искусства, 2008
Используя таблицы Бета, мы действуем в лучина традициях Шерлока Холмса. Я. Хинтикка. Шерлок Холмс против современной логики1 Аналитические таблицы для классической логики высказываний Аналитические таблицы (таблицы Бета) являются удобным инструмен- том для распознавания тавтологий, тождественно-ложных формул, поиска контрмодели (опровержения) и установления логического следования. Метод изобрели независимо друг от друга Э. Бет (Е. ВеШ, 1908-1964) и Я. Хинтикка (I. НтОкка, 1929); используемая в данной работе разновидность таблиц осно- вана на идеях Р. Смаллиана (К. БтиПуап, 1919). По своей сути аналитические таблицы представляют собой обобщение метода приведения к абсурду. Метод приведения к абсурду не позволяет дока- зать общезначимость формулы, если приходится рассматривать несколько ва- риантов оценки переменных. Аналитические таблицы позволяют это сделать. Хотя в логике высказываний всегда можно построить таблицу истинности, и другие методы кажутся избыточными, аналитические таблицы в подавляющем большинстве случаев оказываются намного эффективнее. Рассмотрим суть метода на примере. Докажем, что формула рV—р являет- ся тавтологией. Допустим обратное. Предположим, что она бывает ложной: р^!р = ЛОЖЬ, дизъюнкция может быть ложной только тогда, когда ложны оба состав- ляющие её высказывания. То есть: Р = ЛОЖЬ И -1Р =ложь, если отрицание р ложно, значит р истинно. Получается противоречие: р=ложь и р=истина 1 Хинтикка Я., Хинтикка М. Шерлок Холмс против современной логики: к теории поиска информации с по- мощью вопросов // Язык и моделирование социального взаимодействия. М„ 1987. С. 278.
Следовательно, не существует случая, когда формула рV-^р может быть ложной, следовательно, она является тавтологией. Табличные методы пред- ставляют собой формализацию такого типа рассуждений. Таблица, доказываю- щая общезначимость рV- -пр, выглядит так: Рр\/—>р Рр- рр-1 р X Р - ложь. Т - истина, X - означает, что обнаружено противоречие. Главный принцип построения таблицы заключается в переходе от сложных формул к более простым. Переход должен происходить по одному из следующих пра- вил (правила естественным образом связаны с семантикой связок): [Та] Г, ТАлВ Г, ТА, ТВ [Ел] и ралв Ь. РА I Ь. РВ ПМ Е, ТАVВ Ь, ТА I Ь, ТВ [1М Ь, РАуВ Ц РА, РВ [Т->] Ь, ТА—»В Ь, РА | к, ТВ [Г—>] Г, РА—>В Ь, ТА, РВ |Т|] Ь, ТА|В к, РА | Ь, РВ [Г 1 ] к, РА|В к, ТА,ТВ [Т|] ь, тлХв Ц ГА, РВ [Г1] к, раХв Ь. ТА, | Е. ТВ [Т=] Ц ТА=В Ь, ТА, ТВ | Ц РА, РВ [Г=] и ра=в Г, ТА, РВ 1 Е, РА,ТВ [Ту] Е, ТАуВ Ь. ТА, РВ I Ь, РА, ТВ [Гу] Ь, РАуВ Ь, ТА, ТВ I ЦРЛ.РВ [Т-,] Ь, Т—.А Е, РА [Г-.] Ь, Р-,А и та А, В обозначают формулы логики высказываний, Ь - множество формул
Например, если строка состоит из следующих формул: Тр, Т(дуг)— Тдл(г |$), то применения правила [Та] выглядит так: [Та] Тр, Т(дуг)—>8, Тдл(г | 8)_____ Тр, Т(дуг)^8, Тд, Тг | 8 В данном случае А=д, В=(г|$), Ь=Тр, Т(дуг)^8. Если выбрать для работы формулу Т(дуг)—>8, то применение правила [Т->] к этой же строке будет выглядеть так: [Т—>]Тр, Т(дуг)—>8, Тдл(г | 8)_____ Тр, Тдл(г | 8), Едуг | Тр, Тдл(г | 8), Т8 Здесь А=(дуг). В=8. Ь=Тр. Тдл(г | 8). В этом примере происходит разделе- ние таблицы на два столбца (две подтаблицы). Такой случай будет называться ветвлением. После каждого применения правила, список формул Е нужно пе- реписать в оба столбца. 1. Доказательство общезначимости формулы логики высказываний табличными методами Рассмотрим, доказательство общезначимости формулы (рлд)—э(длр).Таблицу будем оформлять по такой схеме: [применяемое правило] список формул [применяемое правило] новый список формул и т.д. Для ясности некоторые действия будут снабжаться комментариями, по- мещаемыми прямо внутри таблицы между знаками II... И. VI |=(рлд)->(цлр) [Г—>] Г (рлд)—>(цлр) // Предположим, что формула может быть ложной. Главный знак —применяем правило [Р—>] // [Та] Т рАд, Рдлр // работаем с формулой Трлц, оставшуюся формулу переписываем И [Ел] Тр, Тд, Рдлр И применение правила [Ел] делит таблицу на два столбца; оставшие- ся формулы Тр, Тд переписываем в оба столбца, Уцуходит елевый столбец, Рр - в правый И Тр, Тд. Ед Тр, Тд, Ер X X
X означает, что столбец содержит противоречие (одну и ту же формулу с оценками Р и Т), такой столбец называется замкнутым. Таблица считается замкнутой, если замкнуты все её столбцы. То есть для того, чтобы доказать общезначимость формулы А, нужно до- казать, что таблица, начинающаяся с РА (предположения о ложности А) явля- ется замкнутой. V2 |=(рлд)|(рТя) [Е|] Р(рлц)|(рХц) НПреоположим, что существует набор значений, на котором формула опровергается. Главный так |, оценка формулы Р. Поэтому действуем по правилу [Р|] // [Та] Т(рлд), Т(р^д) Пу нас две формул, никакого предпочтения ни одной из них отдать нельзя. Выбираем любую и работаем с ней, остальную переписываем. Выберем Т(рлц), дей- ствуем по правилу [Тл] // [тТ]Тр, Тф т(РгЧ) //работаем с оставшейся формулой, по правилу [ ТТ] // Тр, Тд, Гр, Ед X УЗ |=(р=д)- >((р эд)л(д^р)) [Г->] Р(р=д)-»((р—>д)л(д->р)) [Гл] Т(р=д), Р((р—>д)л(д—>р)) [Г—>] Т(р=д), Гр—>д_________ [Т=] Т(р=д), Тр, Ед_________ Тр,Тд ,Тр, Рд Гр,Ед,Тр, Рд X I X [Г—>] Т(р=д),Ед—>р________ [Т=]Т(р=д), Тд, Гр________ Тр,Тд,Тд, Ер Ер,Ед, Тд, Рр X X У4 |=( (длг л1ли)-^( 8 лр а у)) \/( длг а1ап) [Гу]Р((дАГА1Ац)^(8лрАу))у(длгА(Аи)_______________ [Г—>]Р((дАГл1ли)-^(8Арлу)), Р(дАГА1ли)___________ Т(дАГА{АИ), Р 8АрАУ, Р(дАГА1ли) //необязательно до- ходить до атомарных формул, в данном случае противоре- чие порождает достаточно большая формула // X Доказательство общезначимости последней формулы методом аналитических таблиц состоит всего из 3 строк, таблица истинности состояла бы из 27-128 (в фор- муле 7 переменных) строк. Аналитические таблицы, в подавляющем большинстве случаев (за исключением формул, в которых много эквивалентностей и строгих дизъюнкций), оказываются намного удобнее, чем таблицы истинности.
2, Доказательство тождественно-ложной формулы Доказательство тождественно-ложной формулы происходит по аналогич- ной схеме: доказывается, что предположение об истинности формулы приводит к противоречию: У5(р^д)лрл-1д|= [Тл] Т(р-»ц)лрл—1С] // предположим, что существует набор значений, на котором фор- мула является истинной// [Т-.]Т(р^д), Тр,т-Ч//убираем отрицание// [Т—>]Т(р—>д>, Гр, Ед Ер, Тр, Рц Тд, Тр, Рд X X 3. Варианты оформления таблицы Очень часто, удобно не переписывать все формулы встречающиеся в строке, а пользоваться сокращенной записью, где после черты появляются только новые формулы, пропускать применение правил по снятию отрицания и т.д. Такую таблицу всегда можно восстановить до полной. *6 |= -.Мр=с|)у(((г|д)^(рлг))л(с|^.-,р)) [Еу], [Г-,] Р —1ГУ(р=д)у(((г|д)—>(рлг))л(д^—.р1) [Ел] Тг, Рр=д, Р((г|д)->(рлг))л(д->-.| э) [Е—>]Тг, Рр=д, Р(г|д)—>(рлг) Тг, Ер=с], Р ц—>—>р [Т|]Тг,Рр=д, Т(г|д), Ерлг [Е=]Тд,Ер Ег X [Ел]Ед Тр. Ед X ГЧ,Тр X [Е=]Ер [Е=]Ег X Тр, Ед X Ер,Тд X 4. Построение контрмодели Если таблица не замкнута (хотя бы один столбец не содержит противоре- чия), то тем самым найдена контрмодель, оценка значений переменных, на ко- торых формула является ложной:
У7|=(г^рМр^д)у(рл(гуд)) [Еу] Е (1\1р)у(рх1д)у(рл(гуд)) [ЕХ] Р(гч1р), Р(рх1д), Р(рл(гуд) [КТ] Тг [еХ] тР [Гл]Тр [Га]ТЧ [Ел]Тр [Гл]Тд Ер [Гу]Ргуд Ер [ру]Ргуд Ер [Гу]Егуд Ер [Еу]Егуд X X X Ег, Рд Рг, Рд Ег, Ед Ег, Ед X X X Несмотря на то, что некоторые столбцы замкнуты, таблица целиком не является замкнутой. Следовательно, формула не является общезначимой. Формула опровергается на наборе значений р=Т, г=Р, д=Р из шестого столбца или г=Т. д=Т. р=Р из третьего столбца. 5. Доказательство логического следования Из списка формул А1, ... , Ап следует В (А1, ... , Ап|= В), если и только если таблица, начинающаяся со строки ТА1, ..., ТАп, РВ, является замкнутой. У8-,р. я|г. —1Г—»р|= -,Ч [Т-,], [К—] Т^р, Тд|г, Т-|Г—>р, Р—>д [Т|] Ер, Тд Тд|г, ТЧг->р,______ Рд [Т->], [Г—] Рг X Тг Тр X X 6. Порядок работы с формулами Во многих случаях возникает вопрос о том. с какой формулой в строке начать работать первой. Следует руководствоваться такой стратегией: - выбрать формулу, которая сразу же приводит к замыканию; - выбрать формулу, которая не приводит к ветвлению таблицы; - из оставшихся формул выбрать наиболее простую. 7. Задания для самостоятельной работы Т.Табличными методами проверить общезначимость следующих формул: 1. (р<1д)|(длр) 2. (рлдМр|д) 3. р->(д^р)
4. (рл—1р)— 5. р->(с^-,с|) 6. с,^(р—>р) 7. -|(руя)= (-,р л —.с]) 8. -.(-.ру-чр^ (Р л ч) 9. ->(рлд)=(—,р\/—,С|) 10,—>(—>рл-1я)=( р\/я) П.(р-»Ч)=(-1Ч->-|р) 12.(-я~>-1р)=(р->ч) 1з.(р-^->чНч^-1р) 14.(^ч >р)=(^р-><]) 15.(рлд)=(с]лр) 16 .(рл(длг))=((рлс|)лг) 17 .(рл^г)Н(рлцМрлг)) 18.(р\/ц)=(д\/р) 19.^^Г))=(^яМ) 20.(рV(^Л^))=((рV^)л(рV^)) 21.(рлд)=-1(р->-1я) 22.(р-»яЖ-^ч) 24.(р->яМ-'Р'уЧ) 25.р=(рл(-1р\^я)) 26.р=(рV(-,рля)) XI. (рля)=(рл( -4^])) 28.^я>^(->рля)) 29.(^я)л(ру-1Я)) = Р 30.((рля)V(рл-.я))=Р 31.((р-»я)^Р)->Р 32 .(р у (ЯАг))-Х(руя)л(руг))
33 .(р л (я I г)) = (( р-> 4) I (р -> г)) 34 .(р | (ч л г)) = ((р -> ч) -> (Р --О) 35 .(р -»(ч | г)) = (ч -> (р | г)) 36 .(ручМ^ч)л(р | ч)) 37 .(ру(чуг)Х(руч)уг) 38 .((ч>1г)4фН(г->р) I (ч-»р)) З9 .(р 4- (ч | г)) -> (р | (ч г)) 4О .(р X (р | р))| (р I (р | р)) 41 . (р = (ч = г))->((р->ч) л (ч~>г) л (г->р)) 42 .((рлч)у(г^))=((рлчл(1\к)М(р | ч)л(гу.ч))) 43 .(рл^(ьк)))| ((р—>(г^))л(р | ч)) 44.1(р=ч)л(-1р->(р'к))]^((Ч^)->Ч) 45 .(ручНр=Ч) 46 . (ру(С1у1))=((р=ч)=г) 47 .«ч=р)|(гур))|(руч) 48.|(-1ру(члг))л(г^(ч^р))к|(члг)ур] 49 .((рлч)|(гл5)) = ((р| чМф)) 5П.(^ч)1-(гл8))=((рх1ч)А(г>и)) 51 .(рл(1Мчл8)))|(р—>(гл(ч—>-1$))) 52.(чуг)|((члг)у(ч4<г)) 53.(чл(г-^8))у((ч^г)л(8->-1Ч)) II. Табличными методами определить, выполняется ли следование: 1. (рлч)-^г, р^^г) |= р->г 2. (рлг)->(чл8) |= (р->ч)у(г->8) 3. (рлг)—>(ЧД8) |= (г^чМР^8) 4. р->(Ч^г), рУ8, гТч, |= 8 5. р^(ч^г)|=(рлч)—>г 6. р^Ч’ Р^г кр-»(ЧАГ)
7. р—>г, с|^г |= (р\^с[)—>г 8. (р=я)=г|= ру(чуг) 9- Р> Р^Ч1=Ч 1 ().р^с|,—.руг Нч471' I 1 ^г,—11|=С] 12^ч, р-»г, Ц—>г|=г 13.1 —>р, ((((р^ч)л-й-)-^-.8)->г)->1, ф р 14 .р—>ч, 4—>г |=р—>г •5.|=р=р 1б .р=ч|=Ч=Р 17 .р=ч, Ч=г 1=Р=Г III. Табличными методами определить, какие из формул являются тожде- ственно-ложными, а какие выполнимыми: I. —1(г—>8)л((рл(ч—>г))—>8)лр 2. (<чл(г—>р))—>8)а-—1(—18—>(4—>г)) 3. -^((ч^>(га8))л(ч~>(г|8)) 4. (чу(|^р))Ф(чл(гХр)) 5. (р-1(глч))л((рФг)Ф(рЦ)) 6. ((ч^гМр->8))л-1(ч-»8)л-1(р->г) 7. ^(глч))4'(->рл-1г) 8. (чVФл^))Ф-|(-^ч_^^) 9. ((члг)л(р|8)М(8|р)^(глч)) 10. Р'Ь(р|р) 11 .(рV^)л-,(^^р) 12. рл(с|^-,р)лч 13^(члг)у((Ч'1'Г)л(рФ8))ур 14. рл( чу( глр) )л-.( ч >—'Г) 15. (р=ч)л—1(р^ч) 16. (ч—>г)л(гФ—14)
IV. а) Найти логически эквивалентную формулу, состоящую только из |, для формул: —|р, р'^ц, рлц, р-эц, рх1ц, р=ц, руд (Пример: -пр |=| р|р. табличными методами нужно доказать, что -пр |= р|р и р|р |= -пр). Ь) Найти логически эквивалентную формулу, состоящую только из >1, для формул: -пр, р\/д, рлд, р^д, р|д, р=д, руд. Аналитические таблицы для классической логики предикатов Применительно к логике высказываний аналитические таблицы не явля- ются незаменимым средством (в крайнем случае, всегда можно построить таб- лицу истинности). В логике предикатов такая возможность отсутствует (пред- метная область может быть бесконечной), поэтому именно логика предикатов позволяет оценить табличные методы по достоинству. Здесь большое значение имеет порядок работы с формулами и умение прогнозировать поведение табли- цы, так как плохая стратегия может не привести к желаемому результату (если столбец не замыкается, это не означает, что он никогда не замкнется, возмож- но, следует использовать более умелый подход). Заметим, что некоторые общезначимые формулы из логики предикатов могут быть доказаны только при помощи правил пропозициональной логики. У9|= -Л/х8(х^х8(х) [ЕМ Р-пХ/х8(хМ/х8(х) [г-п] Р—1Х/х8(х), РУх8(х) ТХ/х8(х), РУх8(х) X Но так бывает далеко не всегда (к примеру, Х/х(8(х^—18(х)) является общезна- чимой формулой, но это не доказуемо исключительно средствами логики высказы- ваний), поэтому требуются новые правила - специфические для логики предикатов: [ТУ] [ТВ] Е,ТУхФ(х) Е,ТЗхФ(х) Е.ТУхФ(х). ТФ(а/х) Е,ТФ(а*/х) [ЕМ Ь,РУхФ(х) ЕРФ(а*/х) [ЕВ] Е,РЗхФ(х) Е,РЗхФ(х). РФ(а/х)
Здесь Ф(а/х) означает результат замены всех вхождений переменой х на константу а (подстановку). Пример подстановки: Ф(х) = 8(х) а (2(Ь,х) а К(а,х) Ф(а/х) = 8(а) л Ф(Ь) а К(а,а) а* означает, что константа должна быть новой (не встречаться ни в самой формуле Ф, ни в формулах из Ь). такая подстановка называется подстановкой с ограничением. Правила [ЕУ] и [ТЗ] предполагают подстановку с ограничением. Пример применения правила [ЕУ]: [ЕУ] Т8(Ь),РУхК(х,а) Т8(Ь). РК(с.а). вместо х нужно обязательно подставить новую константу. Если бы ограничений на данные правила не существовало, то доказуе- мыми были бы формулы 8(а)-эУх8(х) (если один объект обладает некоторым свойством, то этим свойством обладают все объекты: т.е. если Фердинанд сдал логику на пять, следовательно, все сдали логику на пять) и Зх8(х)—>8(а) (если существует объект, это не означает, что это данный конкретный объект; т.е. кто-то ограбил банк, следовательно, это Владимир Ильич). Всегда следует использовать новую константу, если мы работаем с правилом [РХ/] или [ТЗ]. В остальных случаях константа может быть любой. Поэтому если возникает выбор, с какой из формул начать работать, то сначала следует выбрать ту, в которой используется правило с ограничением ([РУ] или [ТЗ]), а потом действовать по остальным правилам. Докажем, что формула Р—|Зх8(х)^Ух—|8(х) является тавтологией. V10 —|3х8(х)—»Ух—>8(х) [Е—»] Р-|Зх8(х)-эУх—.8(х)___________________________________________ [Т—] Т—«Зх8(х), РУх—.8(х)__________________________________________ [ЕV] РЗх8(х), РУх—18(х) II следует выбрать И___________________ ЁЁ-0РЗх8(х), Г—|8(а)________________________________________________ [ЕЗ] Р3х8(х) ,Т8(а) //в формулу Е3х8(х) можно подставить любую константу// Р3х8(х), Е8(а),Т8(а)
В принципе, правильной будет считаться и такая таблица: V11^=—,3х8(х)—>Ух--|8(х) [ЕЯ] Р3х8(х), РУх—|8(х) // начнём работать с формулой Р3х8х // [РУ] Р3х8(х), Р8(а), РУх—>8(х) // РУх—18(х) не имеем право подставить а, ставим другую константу - Ь //_______________ [РЗ] Р3х8(х), Р8(а), Р-п8(Ь) // теперь ещё раз работаем с форму- лой Р3х8(х), если подставить - а или с (всё кроме Ь). то получается такой результат... И__________ [ГЗ] Р3х8(х), Р8(а), Р-,8(Ь), Е8(сГИ ... если не подставить Ь. то столбец никогда не замкнётся, поэтому подставляем Ь //__ [Г-,] Р3х8(х), Р8(а), Р-18(Ь), Р8(с), Г8(Ь)________________ Р3х8(х). Р8(а). Т8(Ь), Р8(с), Р8(Ь) X *12|= Уу8(у)->8(Ь) [Г—»]РХ/у8(у)—>8(Ь) //предположим, что формула опровержима, дальше действуем как в логике высказываний по правилу [Р—>] //____________________ [РУ]ТУу8(у), Р8(Ь) //действуем по правилу [ТУ], убираем кванторную приставку и в ос- тавшейся части заменяем переменную у на любую константу (заме- тим, что целесообразно заменить на константу Ь )//_________ Т8(Ь), Р8(Ь) И полученное противоречие Т8(Ь), Р8(Ь) позволяет замкнуть таблицу И X V 13|= УхК(а.х)—>ЗхЩ х.х) [Р—>] РУхК(а,х)-^ЗхК(х,х)_____________ [ТУ] ТУхК(а,х), РЗхК(х,х)_____________ [ГЗ] ТК(а,а), ТУхК(а,х), РЗхЩх,х) РК(а,а), ТК(а,а), ТУхК(а.х). РЗхЩх.х) X Точно так же, как и в таблицах для логики высказываний, можно исполь- зовать сокращённый способ записи. Только нужно помнить, что правила [РУ], [ТЗ] могут быть применены к одной и той же формуле один раз. Сокращенный способ записи таблицы может выглядеть так: V 14|=УхУу(2(х,у)—»Уг(2(г,2) [Г—>] РУхУу(^(х,у)->Уг<3(г,2) [РУ] ТУхУу(}(х,у),РУгО(2.2) // действуем по правилу [РУ] //_ ______________________Р<3(а,а) _________ТУу(3(а,у)_____________ Тр(а,а)
У15|=Х/х$(х>-13х—18(х) [Г=] РУх8(х)=—.Зх—18(х) //работаем с каждым столбцом в от- дельности И [Г-1] ТУх8(х), Р-Зх-,8(х) [Т—,] РУх8(х), Т-.3-!х8(х) [ТЗ] ТУх8(х), ТЗх—|8(х) // выбираем формулу, в которой используется правило с ограни- чением И [ЕУ] РУх8(х), Р3х-.8(х) И имеем право поставить константу а. так как правило предполагает, что константа должна быть новой отно- сительно столбца (не обязательно но- вой для всей таблицы) И [Т-,] ТУх8(х), Тт8(а ) [ГЗ] Г8(а), Р3х->8(х) [ТУ] ТУх8(х), Г8(а) [Е-1] Р8(а), Р3х-.8(х), Г-,8(а) ТУх8(х), Р8(а), Т8(а) X Р8(а), Р3х-,8(х), Т8(а) X У1фУхЗу(8(х)лР(у))->(Ух8(х)лЗуР(у)) [Е->] РУхЗу(8(х)лР(у))-^(Ух8(х)лЗуР(у)) [Гл] ТУхЗу(8(х)лР(у)), Р(Ух8(х)лЗуР(у)) [ГУ] ТУхЗу(8(х)лР(у)), РУх8(х) [ТУ] ТУхЗу(8(х)лР(у)),РЗуР(у) [ТУ] ТУхЗу(8(х)лР(у)), Г8(а) [ТЗ] ТЗу(8(а)лР(у)), ТУхЗу(8(х)лР(у)),РЗуР(у) [ТЗ] ТУхЗу(8(х)лР(у)), Р8(а), ТЗу(8(а)лР(у)) [Тл] Т8(а)лР(Ь), ТУхЗу(8(х)лР(у)),РЗуР(у) [Тл] Т8(а)лР(Ь), ТУхЗу(8(х)лР(у», Р8(а) [ГЗ]Т8(а), ТР(Ь), ТУхЗу(8(х)лР(у)),РЗуР(у) Т8(а), ТР(Ь), ТУхЗу(8(х)лР(у)). Р8(а) X Т8(а), ТР(Ь), ГР(Ь). ТУхЗу(8(х)лР(у», РЗуР(у) X >1Т|=ЗхУу-1К(х,у) V (УхУу(К(х,у)—>ЗхК(у,х)) [Гу] Р ЗхУу-|К(х,у) у УхУу(К(х,у)^ЗгК(у,г))________________________________ [ЕУ], [ГУ] РЗхУу—1К(х,у), РУхУу(Н(х,уМЗгК(у,7))____________________________ [Е—>] ГК(а,Ь)—>ЗгК(Ь,г), РЗхУу-|К(х,у), РУхУу(К(х,у)-»ЗгК(у,х))____________ [ГЗ] ТК(а,Ь), ГЗгК(Ь,г), РЗхУу-.К(х,у), РУхУу(К(х,у)->ЗгК(у,г))____________ [ГУ] ГУу—1К(Ь,у), ТК(а,Ь), РЗгЕ(Ь,г),~РЗхУу-.К(х,у), РУхУу(К(х,у)-»ЗгК(у,2)) [Г—.] -пКСКс), РУу—|К(Ь,у), ТК(а,Ь), РЗхК(Ь,х), РЗхУу-.К(х,у), РУхУу(К(х,у)-^3/К(у,2))____________________________________________________ [ГЗ] ТК(Ь,с), РУу->К(Ь,у), ТК(а,Ь), РЗхН(Ь,2). РЗхУу-пК(х,у). РУхУу(К(х,у)—>32К(у,/))____________________________________________________ ГК(Ь,с), ТК(Ь,с), РУу—|Н(Ь,у), ТК(а,Ь), РЗхК(Ь,2), РЗхУу->К(х,у), РУхУу(К(х,у)—>3/К(у,г)) //результат подстановки в РЗхК(Ь,х)// X
У18|=3х3у(—1К(х,у)лУ2(К(х,г)уК(2,у)))—»ЗуК(у,у) [Г—»] Р3х3у(—1К(х,у)лУ2(К(х,г)уК.(г,у)))—>ЗуК(у,у)_____________________ [ТЗ], [ТЗ] Т3х3у(—|К(х,у)лУг(К(х,г)уК(2,у))), РЗуК(у,у)________________ [Та], [Т—.] Т—Д^(а,Ь)лУг(К(а,г)уК(г,Ь)) [ТУ] РК(а,Ь), ТУг(К(а,г)уК(г,Ь))_______________________________________ [Ту ] ТК(а,а)уЩа,Ь)____________________________________________________ [ГЗ] ТК(а,а) /7 [РЭ] применяется к формулу РЗуК(у,у) из второй строки // ТК(а.Ь) РК(а,а) । X X У19Ух8(х)лЗуР(у)|=:УхЗу(8(х)лР(у)) Т(Ух8(х)лЗуР(у)), РУхЗу(8(х)лР(у))_________________________________________ [ТЗ] ТУх8(х),ТЗуР(у), РУхЗу(8(х)лР(у))_____________________________________ [РУ] ТУх8(х), ТР(а), РУхЗу(8(х)лР(у))______________________________________ [РЗ] ТУх8(х), ТР(а), РЗу(8ЬлР(у))__________________________________________ [Рл] Р(8(Ь)лР(а)), ТУх8(х), ТР(а), РЗу(8ЬлР(у))____________________________ [ТУ] Г8(Ь) ,ТУх8(х), ТР(аГ РР(а), ТУх8(х), ТР(а), РЗу(8(Ь)лР(у)) РЗу(8(Ь)лР(у)) X Т8(Ь), Р8(Ь),ТУх8(х), ТР(а), РЗу(8(Ь)лР(у)) X У20 (= ЗхЗу(—>К( х .у )лУг(К(х,2 )уК(г,у)))—>ЗуК(у,у) [Г—>] Р ЗхЗу(—1К(х,у)лУг(К(х,2)уК(г,у)))—>ЗуК(у,у)__________________________ [ТЗ], [ТЗ]ТЗхЗу(—1К(х,у)лУг(К(х,г)уК(2,у))), РЗуК(у,у)______________________ [Та], [Т—.] Т-.К(а,Ь)лУг(К(а,г)уК(2,Ь))_____________________________________ [ТУ] РК(а,Ь), ТУг(К(а,2)уК(г,Ь))____________________________________________ [Ту] ТК(а,а)уК(а,Ь)_________________________________________________________ [ГЗ] ТК(а,а) // применяем правило [ЕЭ] формуле РЭуК(у,у) из второй строки // ТН(а,Ь) РК(а.а) " X X У21 УхУу((К(х,у)^—1К(у,х))А(<2(х,у)—>К(х,у)))—>Ух—1(2(х,х) [Г—>] Р УхУу((И(х,у)->-1к(у.х))л(К(х,у)-»Сч)(х,у)))^Ух^(х,х) [ГУ] ТУхУу((К(х,у)—»—1К(у,х))л(К(х,у)—><3(х,у))), РУх—1<3(х,х) [ГУ], [ГУ]______________________________________Р-Х3(а,а) [Тл] Т(К(а,а)—>—К(а,а))л(д(а,а)—»К(а,а))________________________ [Т->] Т(К(а,а)^-1К(а,а)), Т((3(а,а)^К(а,а))______________________ ЕО(а,а) [Т->] ТК(а,а) X РК(а,а) [Т-,] Т-,К(а.а) X ЕК(а,а) X
У22 [=[УхЗуК(х.у) л УхУу(К(х,у) -> К(у,х)) л УхУуУх((К(х,у) л К(у,х)) К(х,х))] —>УхК(х,х)// [Г->] [УхЗуК(х,у) л УхУу(К(х,у) -» К(у,х)) л УхУуУх((Щх,у) л К(у,х)) К(х,х))] -»УхК(х,х)//______________________________________________________________ [Та], [Та] Т[УхЗуЩх,у) л УхУу(К(х,у) -н> К(у,х)) л УхУуУх((К(х,у) а К(у,г)) -> К.(х,х))], РУхК(х,х)//дважт)ь/ применяем правило [Та] //___________________________ [ЕУ]ТУхЗуК(х,у), ТУхУу(К(х,у) -> К(у,х)), ТУхУуУх((К(х,у) л К(у.х)) -> К(х,х)), РУхВ,(х,х)//в этой строке встречаются формулы только двух типов - [ТУ] или [ТУ], предпочтительнее начать работать с формулой [РУ] (правило с ограничением) //_ [ТУ] ТУхЗуЩх,у), ТУхУу(К(х,у) -> К(у,х)), ТУхУуУг((К(х,у) а К(у,г)) -> К(х,х)), ЕК(а,а) //выберем первую формулу для работы - ТУхЗуК(х,у) //______________ [ТЗ] ТУхЗуК(х,у), ТУхУу(К(х,у) -> К(у,х)), ТУхУуУг((К(х,у) а К(у,х)) -> К(х,х)), РК(а,а), ТЗуК(а,у)//[ТЗ] подставляем новую константу, саму формулу уже не переписываем //____________ [ТУ], [ТУ], [ТУ] ТУхЗуК(х,у), ТУхУу(К(х,у) -> К(у,х)), ТУхУуУг((К(х,у) а К(у,х)) К(х,х)), ЕК(а,а), ТК(а,Ь) //убираем сразу три квантора из формулы ТУхУуУг((К(х,у) л К(у,х)) К(х,г)) // [Е->], [Га] (К(а,Ь)АК(Ь,а)) К(а,а) РК(а,Ь) X [ТУ], [ТУ] РК(Ь,а) ТК(а,а) X [Е—>] ТК(а,Ь) —» К(Ь,а) //результат подстановки в ТУхУу(К(х,у) —» К(у,х))// РК(а.Ь) X ТК(Ь,а) X
V23^Vx^(x,x)VЗxЗу(К(x,у)л-^^(x,у))VЗxVу-|К(x,у)VЗxЗу(К(x,у)А-1К(у,x))VЗxЗу Ях(0(х,у)лС(у,х)А-1(2(х,г)) [ЕV]РVx^(x,x)VЗxЯу(К(X,у)А—I^(x,у))VЗxVу-|К(X,у)VЗxЗу(К(x,у)А-1К(у,x)VЗxЗ уЗг(д(х,у)л(3(у,7)А-<)(х,г))__________________________________________________ [ГУ]РУх<2(х,х), РЗхЗу(К(х,у)л—1р(х,у)), РЗхУу-|К(х,у), РЗхЗу(К(х,у)л-|К(у,х), РЗхЗуЗг(<3(х,у)А(3(у,7)А—1<3(х,г))____________________________________________ [ГЗ] Р(3(а,а)_________________________________________________________________ [ЕУ] РХ/у—|К(а,у) //результат подстановки в РЗхХ/у—|К(х,х) //_________________ [ЕУ] Р—.К(а,Ь) [Г-,] ТК(а,Ь)___________________________________________________________________ [Ел], [Е-1]Р(Р(а,Ь)Ад(Ь,а)А-1д(а,а) _________________________________________ [ЕВ], [ЕВ] РО(а,Ь) [ЕВ], [ЕВ] Р<Жа) ТР(а,а) X [Ел], [Е—1] Р(В(Ь,а)л—|(}(а,Ь)) //резуль- тат подстановки в РЗхЗу(К(х,у)А—>Р(х,у))# [Ел], [Г-.] Р(К(а.Ь)л-,О(Ь.а)) //результат подстановки в РЗхЗу(К(х,у)л-1р(х,у)) // ЕК(Ь,а) [Ел], [Е-Ч Р(К(а,Ь)л-.К(Ь,а)) //ре- зультат подстановки в РЗхЗу(К(х,у)л-1К(у,х)// Тр(а,Ь) 1 X РК(а,Ь) X ТО(Ь,а) X РК(а,Ь) ТК(Ь,а) X X Правила для логики предикатов с равенством и функциональными символами Ни в одном из ранее рассмотренных примеров не встречались функцио- нальные символы и равенство. Изменим правила, так чтобы можно было рабо- тать с такими формулами [ТХЛ Р,ТХ/хФ(х) Ь,ТУхФ(х), ТФ(1/х) [ТВ] Ь,ТЗхФ(х) Ь.ТФ(а*/х) [РУ] Ь,РУхФ(х) Ь,РФ(а*/х) [ЕВ] Ь,РЗхФ(х) Ь,РЗхФ(х), РФ(1/х) Здесь г обозначает любой замкнутый терм (терм, в котором не встречаются переменные).
Докажем, что формула Ух8(х)^>Ух8(Г(х)) является общезначимой. >24|=Ух8(х)-»Ух8(Г(х)) [Г—>] Ух8(х)-н>Ух8(Г(х)) [ГУ] ТУх 8(х), РУх8(Дх)) _____________ [ТУ] ТУх 8(х), Р8(Да)) // применяем правило [ТУ] к формуле ТУх 8(х), заменяем х на Г(а) //___________ Т8(Г(а)),ТУх 8(х), Р^Да)) X Для логики предикатов с равенством дополнительно вводятся следующие правила: [Т=] ь Ь, [=К] Ь, ТФД), Р, ТФ(1), Т( =Г,ТФ(Р) [=ы Р, ТФ(Г), Т(=Г Р. ТФ(Г). Т1=р. ТФ(1) Докажем, что формула УхУу(х=у^(8(х)=8(у))) является общезначимой. У25 |=УхУу(х=у^(8(х)=8(у))) [ГУ], [ГУ] РУхУу(х=у—>(8(х)=8(у)))________________________________________ [Г->] Р а=Ь—»(8(а)=8(Ь)) [Ен] Та=Ь, Р(8(а)=8(Ь)) [=К] Та=Ь .Т8(а). Р8(Ь) //применяем к формулам Та=Ь ,Т8(а) правило [=К] // [=Ц Та=Ь, Р8(а), Т8(Ь) //применяем к формулам Та=Ь ,Т8(Ь) правило |=Е] // Та=Ь ,Т8(а), Р8(Ь) ,Т8(Ь) X Та=Ь, Р8(а), Т8(Ь), Т8(а) X Задания для самостоятельной работы I. Табличными методами проверить общезначимость следующих формул: 1. Зх8(х) = —|Ух—18(х) 2. Ух—18(х) = —>3х8(х) 3. Ух8(х) = —1Ях—18(х) 4. Зх-18(х) = —.Ух8(х)
5. —>(Ух8(х)аУх—|8(х)) 6. Зх8(х^—13х8(х) 7. Ух(8(х^-,8(х)) 8. —|3х(8(х)л-18(х)) 9. Зх8(х)уУх->8(х) 10. Х/х—|8(х) | Зх8(х) 11. Ух8(х)=Уу8(у) 12. ЗгР(г,а)=ЗуР(у,а) 13. Ух8(х)—>8(а) 14.8(а)-^3х8(х) 15.Ух8(хМЗх8(х) 16. Х/хР(х)уЗу—1Р(у) 17. Ух8(х)^Ух-т-»8(х) 18. Ух(8(х)—»Р(х))—>( Ух8(х)->УхР(х)) 19. (Ух8(х )лЗх-1Р(х))->Зх(8(х )л—Дх)) 20. [Ух(8(х)-^Р(х))аУх(Р(х)->-п8(х))]-»->Зх8(х) 21. [ Ух(8(х)->Р(х)л8(а)]-»Р(а) 22.[Ух(8(х)^Р(х))лУх(8(х)^--Р(х))]-^Ух-|8(х) 23. [8(а)АХ/х(8(х)—»Р(х))аУх(8(х)—>О(х))]-*Зх(Р(х)л(2(х)) 24. [Ух(8(х)->Р(х))аУх(Р(х)-^—|М(х))лУх((2(х)—>К(х))лУх(К(х)—»М(х))лЗ х8(х)аЯхР(х)лЕ1х(2(х)лЗхЕ(х)]—>Ух(8(х)-^—|(2(х)) 25. Ух(О(х)лР(х))=(УуС(у)лУхР((х))) 26.3х(Р(х)у8(х))=(Зу8(уУ^ЗгР(2)) 27. Зх(8(х)лР(х))-^Зх8(х)аЗхР(х) 28. (Ух8(х^УхР(х))-»Ух(8(х^Р(х)) 29.Яx(8(x)лР(x)М-IVx(-18(x)V-1Р(x)) 30. Ух(8(х^Р(х))—>-|Зх(-|8(х)л-1Р(х) ) 31. Зу Ух(8(хДР(у))—>( Х/х-18(х)лЗу-1Р(у)) 32. Ух(8(х)лЗ(у)~|Р(у))—>ЗуУх—|(8(х)-^Р(у)) 33. УхУу(2(х,у)=УуУх(2(х,у) 34. ЗхЗуК(х,у)=ЗуЗхК(х,у) 35. Зх УуК(х,у)-^УуЗхК(х,у) 36. УхУуН(х,у)^УхК(х,х) 37. ЗхК(х,х)—>ЗхЗуЕ(х,у) 38. УхК(х,х)^УхЗуК(х,у) 39. Зх УуК(х,у)^ЗхК(х.х) 40. Х/х(8(х)1Р(х))=(Зх8(х)ч13хР(х)) 41. (Ух8(х)|УхР(х))=Зх(8(х)|Р(х)) 42.3у(8(у^Р(у)МЗх8(х)>кЗхР(х)) 43. ЗхЗуК(х,у)|Х/х—|К(х,у) 44. ЗхК(х,х)|УхУу-.К(х,у) 45. Ух(8(х)лЗуР(у))—>Ух8(х)лЗуР(у) 46. Ух(8(х)уЗуР(у))—>(Ух8(х^ЗуР(у)) 47. Vx(8(x)V(Р(x)А^(x)))-^Vx(8(x)VР(x))АVу(8(у)V^(у)) 48. Ух((8(х)лР(х)М0ха8(х))) V (Х/х8(х)-> Зх«2(х)>кР(х))) 49. Ух(8(хМР(х)чкр(х)))=(Х/х(Р(х)^8(х))А\/х(Р(х)—>8(х))) 50. \/х(Р(х)->(8(х)ч1Уу0(у)))|(Зх(Р(х)А8(х))-^Х/х(-1Р(х)АЗуР(у)) 51. Ух(Р(х)-»8(х)^ (\/хР(х)лЗу—|8(у)) 52. [Х/х(8(х)->О(х.а)) л8(Ь)]-> (}(Ъ.а) 53.Vx(8(x)VР(x))V[Vx(8(x)|Р(x))^Зx(8(x)^^Р(x))] 54. [Зx(8(x)VVу(Р(у)-^К(x))]-»Vу(Р(у)^Зx(8(x)VК(x))) 55. 3х(8(х)а(Р(х)|О(х))) V [Ух(8(х)-^Р(х))аУх(8(х)->О(х))] 56. 3хУу(8(у)^(Р(у)^р(х))) | [Зу(8(у)лР(у)МХ/х-18(х) | Зх->р(х))] 57. 3хУуЗг((Р(2)Ар(х)) | (8(х)лР(х))) [Зх(8(х) | Р(х)МХ/гР(г) | ЗхР(х))] 58.3хУу(8(у)АР(х)МЗхР(х)-»Зх-18(х)) 59.Х/у(Р(у)^Зх(Р(х)А8(х))^УхЗу(Р(у)А(Р(х)->-,8(х))) 6О. Зг(8(г)А\/у(Р(у^Зх(2(х))) | (Зх8(х)^(УхР(х)хкЗхр(х))) 61. Зу((Р(у)А^(у))-^X/x8(x))V(VxР(x )а\/хР(х)аЗх—|8(х)) 62. \/х(8(х)АК(х,а))—»(К(Ь,а)А8(с)) 63. [Зх(8(х)лР(х))аЗх(8(х)а-|Р(х))]-^ЗхЗу(8(у)аР(х)л-1(8(х)а—|Р(у))) 64. ЗхЗуХ/гЗ\уК(х,у,г,\у) Х/хЗ\уЗуЗхК(х,у,г,\у) 65. Ух32УуЗ\уК(х.у.2,\у)^Х/уХ/хЗ\уЗхК(х,у,7.\у) 66. Х/х К(х,х) Х/хХ/у(К(х,у)-^Зг(К(х,х)АК(х,у))) 67. Х/хХ/у(К(х,у)—>К(у,х))—>Х/хХ/уХ/2((К(х,у)АК(х,2))-^3\у(К(у,^)лК(\у,х))) 68. [Х/хХ/у(К(х,у)-*К(у,х))лХ/хХ/уХ/х((К(х,у)лК(у,г))—>К(х,г))]^Х/хХ/уХ/х(( К(х,у)АК(х,х))-^К(у,х)) 69. [Х/хХ/у(К.(х,у)—>К(у,х))лХ/хХ/у\/2((К(х,у)АК(х,х))—»К(у,х))]^Х/хХ/у((К(х, у)АК(у.2))->К(х.г)) 70. Х/хХ/у(К(х,у)^-|К(у,х))-^Х/х-|К(х,х) 71. [Ух-1К(х,х)аУхУуУ2((К(х,у)АЩу,2))-^К(х,2))]->УхУу(К(х,у)^-|К(у,х)) 72. Зх—,К(х,х)^Зх—1Уу(К(х,у)лК(у,х)) 73. [УхУуУг((К(х,у)АК(у,2))^-1К(х,2))]^Ух-1К(х,х) 74. [УхЗуК(х,у)АУхУу(К(х,у)^К(у,х))лУхУуУ2((К(х,у)АК(у,2))-^К(х,2))] -^УхК(х.х) 75. [УхК(х,х)лУхУуУ2((К(х,у)лК(х.2))^К(у.2))]^УхУу(К(х,у)^К(у,х)) 76. [УхК(х,х) лУхУуУ2((К(х,у)лК(Х,2))—>К.(у,2))]-»УхУуУ2((К(х,у)АК(у,2))-^К(х,2)) 77. УхК(х,х)—>УхУу(К(х,у)—>К(х,х)) 78. УхУу(К(х,у) | К(у,х))^Ух-|К(х,х) 79. УхУу(К(х,у) | К(ул))=УхУу(К(х,у)->-!К(у,х)) 80. УхУу(К(х.у^К(у.х))—»УхК(х,х) 81. Ух(8(х)-^Р(х))^УхУу((8(х)лК(х,у)М(Р(х)АК(х,у))) 82. (Ух(8(х)—>Р(х))аЗх(8(х)аО(х)))- >Зх(Р(х)лР(х)) 83. [УхУуУ2(К(Х,у,2)—>К(Х,2,у))лУхУуУ2(К(Х,у,2)->К(/,х,у))| > УхУуУг(К(х,у,2)^К(2,у,х)) 84. [УхУу(К(х,у)->О(у,х))АУхУу(К(у,х)^К(х,у))]-^УхУу(Р(у,х)->(^(х,у)) 85. (УхУу(К(х,у)—><2(у,х))лУхК(х,х))^Ух(2(х,х)
86. [УхУу((О(х,у)^К(х,у))А(К(у,х)—>8(х)))лХ/х\/у(К.(у,х)—>К(х,у))] —>Ух\/у(<2(х,у)—»8(х)) 87. Vx(8(x)лVу(^(x,у)))VЗx(8(x)^Зу-I^(x,у)) 88. [УхУу(К(х,у)ур(х,у))АУхУу(Е(х,у)^Н(у,х))1 ^х(-Ч>(х,Ъ)->К(Ь,х)) 89. Х/хЗуХ/х(8(хМРу|Р(а,х)))-^(Х/хРх—>(Зхр(а,х)-^Ух8(х))) 90. Ух(Р(х)^(8(х^Р(х)))-^[(Ух(8(х)-^К(хЪ))АХ/х(0(х)-^Е(х,а)))—>Х/х(Р(х) -^ЗуЕ(х,у)) II. Определить, какие из формул являются тавтологиями, а какие опровер- жимыми (для каждого случая привести доказательство): 1. УхЗуК(х,у)^ЗхХ/уК(у,х) 2. Х/х8(х)=Зх8(х) 3. | Ух(8(х^Р(х^О(х))л(8(а)^Е(Ь))А(Р(Ь)^К(с))лОс)-^К.(а))|^>ЗуК.(а) 4. Ух($(х)—>Р(х))—>(3х$(х)—>Зх(8(х)аР(х))) 5. Х/х(8(х)->(Р(2)а(3(2))->((ЗхР(х) | Зх(2(х))-У\/х-18(х)) 6. Х/хЗу(8(у)лР(а,х))^(Зх8(х)лХ/хЗуР(х.х)) 7. ЗхХ/у(8(у)—>Р(х))-»(Зх8(х)->ЗхР(х)) 8. Зх\/уЗх(Р(г)л(2(х,г))-ХХ/хР(х)лЗхЗх<2(х,г)) 9. [Х/хУу(К(х,у)—>-|(Хх,у))лЗх(2(х,х)]^Е1х-|К(х,х) 1О. Х/хЗуК(х,у) л Х/хХ/у(К(х,у)^-пК(у,х))лХ/хХ/уХ/г((К(х,у)лК(у,2))^К(х,2)) 11 .(Х/хХ/у(К(х,у)-^О(у,х))лХ/хЗуК(х,у))-^Х/уЗхР(у,х) 12^хУу(0(х,у)->(УгК(х,г,у) А 0(у,х)))^Х/хУу\/2(К(х.2,у)-^(К(у.2,х) V -|р(у,х))) 13.УхУу(К(х,у)^(2(х,у))А(Е1хХ/у-1О(х,у)->-1Х/хК(х,х)) 14.[УхУу(К(Х,у)^Р(Х,у))АУхК(Х,Х)]-»УхХ/у32(0(х,2)А(3(2,у)) 15. Ух(Р(х)-^^8(х))-^Х/хХ/у((8(у)аК(у,х))->(8(х)аВ(у,х))) III. Табличными методами проверить общезначимость следующих формул: 1. Х/х(х=х) 2. Х/хХ/у(х=у у=х) 3. Х/хХ/уУг((х=у а у=г)—>х=2) 4. Зх8(Т(х))^Зх8(х) 5. Х/хХ/у(К(х,у)^-1К(у,х))-»Х/хХ/у((К(х,у)лК(у,х))—>х=у) 6. УхХ/у(х=у->(Г(х)=Г(у)) 7. (Ух(8(Ь)лК(х,с))лЬ=а)-Ях(8(а)лК(х,с))
Литература и полезные ссылки 1. Антонова О.А. Табличные методы в логике. СПб., 2003. 2. Бочаров В.А., Маркин В.И. Основы логики. М., 2008. 3. Символическая логика: Учебник / Под ред. Я.А. Слинина, Э.Ф. Караваева, А.И. Мигунова. СПб., 2005. 4. кар://\у\ум/.игп8и.с1е/1о§1к/(гее8/ 5. 1Л1е Епс1п88, ТаЫеаих Гог РпъКогбег Ьо§1с