Реферат: Числення висловлень і алгебра висловлень Основні проблеми числення висловлень
Название: Числення висловлень і алгебра висловлень Основні проблеми числення висловлень Раздел: Рефераты по астрономии Тип: реферат |
Реферат на тему: Числення висловлень і алгебра висловлень. Основні проблеми числення висловлень. Довільну формулу F числення висловлень можна змістовно інтерпретувати як складене висловлення, істинність або хибність якого залежить від істинності елементарних висловлень, що до нього входять. Таким чином, кожній формулі F числення висловлень можна аналогічно тому, як це було зроблено в алгебрі висловлень, поставити у відповідність функцію істинності f . Виникає питання, як пов’язано таке змістовне «істинносне» тлумачення (інтерпретація) формул числення висловлень з їхньою формальною вивідністю. Теорема 5.5. Будь-яка теорема числення висловлень ЧВ є тотожно істинним висловленням (тавтологією). Доведення . Тотожна істинність усіх аксіом легко перевіряється безпосередньо побудовою відповідних таблиць істинності для кожної з них (рекомендуємо це зробити самостійно). Відтак, доведемо, що обидва правила виведення числення висловлень перетворюють тотожно істинні формули у тотожно істинні. Якщо A (p 1 ,p 2 ,...,pn ) - тотожно істинна формула, то для довільного набору значень a 1 ,a 2 ,...,an її пропозиційних змінних A (a 1 ,a 2 ,...,an ) є істинною. Отже, тотожно істинною буде і будь-яка формула A , що отримується з формули A шляхом підстановки замість пропозиційних змінних p 1 ,p 2 ,...,pn довільних формул B 1 ,B 2 ,.....,Bn , оскільки останні можуть набувати лише значень 0 або 1. Доведемо, що коли формули A і A ®B є тотожно істинними, тоді формула B , яку ми дістаємо з них за правилом висновку, також є тотожно істинною. Припустімо супротивне: нехай B не є тотожно істинною формулою, тобто існує набір значень її змінних, на якому вона набуває значення 0. Тоді підставимо цей набір у формулу A ®B , оскільки A є тавтологією, то дістанемо вираз 1®0, значенням якого є 0. Останнє суперечить припущенню про тотожну істинність формули A ®B . Таким чином, ми переконалися в тому, що всі аксіоми числення висловлень ЧВ є тотожно істинними формулами алгебри висловлень, а застосування обох правил виведення (підстановки і висновку) до тотожно істинних формул знову приводить до тотожно істинних формул. Отже, всі вивідні формули (теореми) числення висловлень є тотожно істинними формулами алгебри висловлень. Справедливою є й обернена теорема, яку подамо без доведення. Теорема 5.6. Будь-яка тотожно істинна формула алгебри висловлень є теоремою числення висловлень ЧВ. Дві останні теореми дозволяють вирішити три важливі проблеми числення висловлень: проблему несуперечності, проблему повноти і проблему розв’язності. Розглянемо їх послідовно. 1. Проблема несуперечності . Для кожної формальної теорії кардинальним є питання несуперечності. Справді, така теорія будується послідовним приєднанням нових теорем, які формально виводять з аксіом за допомогою правил виведення. Отже, немає жодної гарантії, що в цьому процесі ми не дійдемо до суперечності. Iнакше кажучи, виникає питання, чи при поступовому нагромадженні теорем формальної теорії (числення) не трапиться так, що одна з теорем суперечитиме іншим. Саме так виникає проблема несуперечності числення. Числення є несуперечним , якщо неможливо одночасно вивести з аксіом числення як формулу A , так і її заперечення ØA . Наслідок 5.1. Числення висловлень ЧВ є несуперечною формальною теорією. Справді, якщо формула A вивідна у численні висловлень, то формула ØA не може бути вивідною, бо за теоремою 5.5 формула A є тотожно істинною в алгебрі висловлень, а формула ØA - тотожно хибною. Отже, ØA не може бути теоремою числення висловлень ЧВ. 2. Проблема повноти . Iнша проблема, що виникає при дослідженні різних числень висловлень: чи будь-яка тотожно істинна формула алгебри висловлень буде вивідною в заданому численні? Це питання й являє собою проблему повноти для числення висловлень. Смисл такої постановки питання полягає в тому, що при побудові числення потрібно знати, чи достатньо аксіом і правил виведення даного числення для того, щоб можна було вивести будь-яку формулу, яка в змістовному розумінні є тотожно істинною. Наслідок 5.2. Числення висловлень ЧВ є повним. Справедливість цього твердження безпосередньо випливає з теореми 5.6. У математичній логіці існує й інше поняття повноти системи аксіом (або числення), що грунтується на неможливості доповнення системи аксіом будь-якою формулою, яку не можна вивести з даних аксіом. 3. Проблема розв’язності. Розв’язувальним методом для формальної теорії T називають метод, за допомогою якого для довільної формули A з T можна за скінченне число кроків визначити, чи буде A теоремою, чи ні. Числення T називають розв’язним , якщо для T існує розв’язувальний метод, у противному разі - формальна теорія T є нерозв’яною. Наслідок 5.3. Числення висловлень ЧВ є розв’язною теорією. Доведення. Нехай A - довільна формула числення ЧВ. Побудуємо для неї таблицю істинності і розглянемо її останній стовпчик. Якщо він містить лише одиниці, то A - тотожно істинна формула і за теоремою 5.6 є теоремою ЧВ. У противному разі (останній стовпчик таблиці істинності містить хоча б один нуль), A - не тавтологія і значить, A не є теоремою. Зрозуміло, що всі ці дії можна зробити за скінченне число кроків. Нарешті, розглянемо ще одну важливу проблему для формальних теорій. Система аксіом числення називається незалежною , якщо жодна з аксіом цієї системи не може бути виведена з інших аксіом системи. Зрозуміло, що аксіому, яку можна вивести з інших, можна виключити зі системи аксіом, і при цьому множина теорем теорії залишиться тією ж самою (тобто отримаємо рівносильне числення). Отже, залежна система аксіом у певному розумінні менш досконала, ніж незалежна система, бо вона містить зайві аксіоми. Можна довести, що системи аксіом числень висловлень ЧВ і ЧВ1 є незалежними. Iснують й інші формальні теорії, що означаються і досліджуються у математичній логіці: числення предикатів , різноманітні числення (теорії ) першого порядку , числення з рівностями , формальна арифметика тощо. У наступних розділах розглянемо основні ідеї і принципи побудови однієї з таких теорій - числення предикатів. |