你好,类型(五):Predicate logic



从形式系统的角度来看,

一阶谓词逻辑,只是比命题逻辑多添加了一些公理,

或者多添加了一些推导规则,

然而,这样的举动,却会让形式系统截然不同。


欧几里得第五公设,是一个公理,无法由前四个公设推导证明,

在原来的欧氏几何中去掉它,然后添加上不同的第五公设,就变成了不同的几何,

黎曼几何与闵可夫斯基几何。


因此,不同的公理和推导规则,构成了不同的形式系统,

哪怕是有很小的变化。


本文我们来扩充前一篇中提到的,命题逻辑形式系统

以及,命题逻辑的自然演绎系统


1. 一阶谓词逻辑形式系统

1.1 公理和推导规则

命题逻辑形式系统,只有三条公理,一条推导规则,

以下我们保持推导规则不变,为它添加四条公理,

这样得到的系统,我们记为


公理:

(1)~(3)与命题逻辑形式系统相同

(4),若中自由出现

(5),若不在中自由出现

(6)

(7)若的一个公理,则也为的一个公理


推导规则:

(1)与命题逻辑形式系统相同



1.2 辖域和自由出现

其中(5)和(6)中提到了“自由出现”的概念,

现在解释如下,


我们称公式中的,为量词的辖域。

变元符号在公式中的某处出现,如果是在量词的辖域内,

则称为约束出现,否则称为自由出现。


例如,

由于的优先级比较低,上式相当于

所以,第一个是约束出现,第二个是自由出现。


1.3 例式

上述公理(4)中,出现了,它称为公式的例式。

它表示,将中每一个自由出现的,都替换为项之后,得到的公式。


1.4 简写

我们记,

,为的简写,

,为的简写,

,为的简写,

,为的简写。


1.5 举个例子

求证:设项对变元符号中自由,则是一条定理。


证明:

因为

又根据公理(4),

所以,


又根据公理(3),


再根据推导规则(1),

即,


证毕。


2. 一阶谓词逻辑的自然演绎系统



上一篇中我们介绍了命题逻辑的自然演绎系统

而且,我们知道了是与命题逻辑形式系统是等价的。


现在我们扩充,得到一阶谓词逻辑的自然演绎系统

它与一阶谓词逻辑形式系统也是等价的。


一样,是Hilbert-style演绎系统,

它们具有更多的公理,更少的推导规则,

,是Gentzen-style自然演绎(natural dedution)系统,

它们具有更少的公理,更多的推导规则。


由于是对的扩充,

下文中,我们只列出新增的公理和推导规则。


2.1 公理和推导规则


公理:

公理集仍为空集。


推导规则:

(1)~(10)与命题逻辑的自然演绎系统相同

(11)增加前提律:

(12)消去律:中自由出现

(13)引入律:

(14)消去律:不在中自由出现

(15)引入律:中自由出现


2.2 举个例子

求证:


证明:

根据规则(1)包含律,

(1)

(2)


根据规则(12)消去律,

(3)

(4)


式(3)(4),根据规则(9)消去律,

(5)


式(4)(5),根据规则(13)引入律,

(6)

(7)


式(6)(7),根据规则(10)引入律,

(8)


证毕。


3. 总结

本文介绍了两种风格的一阶谓词逻辑演算系统,

其中是Hilbert-style演绎系统,

是Gentzen-style自然演绎系统,

可以证明它们是等价的。


结合上一篇,我们已经从形式系统的角度介绍了命题逻辑和一阶谓词逻辑,

我们有了足够的基础之后,就可以给系统加上类型,

开始介绍简单类型演算了。


参考

离散数学教程