LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA

Documenti analoghi
LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA (A.A. 12/13)

LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA (A.A. 12/13)

Teorema 1.1. (Teorema di Compattezza) Sia Γ un insieme di formule di un linguaggio proposizionale.

Logica proposizionale

LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA

NOTE DI ALGEBRA LINEARE v = a 1 v a n v n, w = b 1 v b n v n

Esercitazioni per il corso di Logica Matematica

I teoremi della funzione inversa e della funzione implicita

1 Giochi di Ehrenfeucht-Fraissé e Logica del Prim ordine

Luca Costabile Esercizi di Logica Matematica Dispensa Calcolo Proposizionale 1

02 - Logica delle dimostrazioni

DAI NUMERI NATURALI AI NUMERI RAZIONALI

Logica: materiale didattico

04 - Logica delle dimostrazioni

non solo otteniamo il valore cercato per la validità della (1.4), ma anche che tale valore non dipende da

LOGICA DEL PRIMO ORDINE: PROOF SYSTEM. Corso di Logica per la Programmazione A.A. 2013/14 Andrea Corradini

Teoria dei modelli. Alessandro Berarducci. 3 Marzo Dipartimento di Matematica Pisa

LOGICA MATEMATICA. Sonia L Innocente. Corso di Laurea. Informatica e Tecnologie/Informatica Industriale

Logica per la Programmazione

Matematica. Corso integrato di. per le scienze naturali ed applicate. Materiale integrativo. Paolo Baiti 1 Lorenzo Freddi 1

COMPLETAMENTO DI SPAZI METRICI

NOTE SULLE FUNZIONI CONVESSE DI UNA VARIABILE REALE

i) la somma e il prodotto godano delle proprietà associativa, commutativa e distributiva;

Il teorema di Lagrange e la formula di Taylor

Logica proposizionale classica. Studia il comportamento dei connettivi proposizionali quali ( And ) e ( Or )

Sia k un campo e sia un elemento non appartenente a k chamato, al solito, infinito. Consideriamo k := k { }. Poniamo per definizione:

Logica per la Programmazione

APPUNTI DI TEORIA DEGLI INSIEMI. L assioma della scelta e il lemma di Zorn Sia {A i } i I

11. Misure con segno.

ALGEBRE DI BOOLE. (d) x, y X x y oppure y x.

Gli insiemi N, Z e Q. I numeri naturali

CAPITOLO SECONDO APPLICAZIONI TRA INSIEMI E RELAZIONI DI EQUIVALENZA

Un po di logica. Christian Ferrari. Laboratorio di matematica

Dimostrazione. Indichiamo con α e β (finiti o infiniti) gli estremi dell intervallo I. Poniamo

INSIEMI. Se X è un insieme, indichiamo con P(X) l insieme dei sottoinsiemi di X (sono elementi di P(X) anche e X).

La definizione di Ultrafiltro e la regolarità per partizioni

CORSO DI ANALISI MATEMATICA 2 SOLUZIONI ESERCIZI PROPOSTI 18/03/2013

Ragionamento Automatico Richiami di calcolo dei predicati

13 LIMITI DI FUNZIONI

Sviluppi e derivate delle funzioni elementari

1 Funzioni reali di una variabile reale

Piccolo teorema di Fermat

Massimo limite e minimo limite di una funzione

8. Completamento di uno spazio di misura.

Elementi di Algebra e Logica Determinare la tavola della verità di ciascuna delle seguenti forme proposizionali:

ALGEBRA I: SOLUZIONI QUINTA ESERCITAZIONE 9 maggio 2011

LEZIONE 3. a + b + 2c + e = 1 b + d + g = 0 3b + f + 3g = 2. a b c d e f g

m = a k n k + + a 1 n + a 0 Tale scrittura si chiama rappresentazione del numero m in base n e si indica

ALGEBRA I: ASSIOMI DI PEANO E PROPRIETÀ DEI NUMERI NATURALI

Logica per la Programmazione

CALCOLO PROPOSIZIONALE

Precorso di Matematica

Spazi affini e combinazioni affini.

Teoria degli Insiemi

RISOLUZIONE IN LOGICA PROPOSIZIONALE. Giovanna D Agostino Dipartimento di Matemaica e Informatica, Università di Udine

A.A CORSO DI ALGEBRA 1. PROFF. P. PIAZZA, E. SPINELLI. SOLUZIONE ESERCIZI FOGLIO 5.

Corso di Laurea in Matematica Geometria 2. Foglio di esercizi n. 1 a.a Soluzioni

1 Il Teorema della funzione implicita o del Dini

0.1 Condizione sufficiente di diagonalizzabilità

Precorsi di matematica

Introduzione ad alcuni sistemi di logica modale

401 PREDICATI RICORSIVI PRIMITIVI

Riassumiamo le proprietà dei numeri reali da noi utilizzate nel corso di Geometria.

Il Teorema di Mountain-Pass

Prerequisiti Matematici

NOZIONI DI LOGICA PROPOSIZIONI.

1 Richiami di logica matematica

Il Metodo di Newton, o delle Tangenti Federico Lastaria, Analisi e Geometria 1. Politecnico di Milano Corso di Analisi e Geometria 1

Logica per la Programmazione

Funzioni implicite - Esercizi svolti

Topologia, continuità, limiti in R n

Appunti sui Codici di Reed Muller. Giovanni Barbarino

Fondamenti di Informatica 2

x u v(p(x, fx) q(u, v)), e poi

17 LIMITI E COMPOSIZIONE

Corso di Laurea in Matematica Geometria 2. Foglio di esercizi n. 5 a.a Soluzioni

0.1 Spazi Euclidei in generale

Il Teorema di Kakutani

La decidibilità dell'aritmetica con l'addizione, ma non la moltiplicazione. 1

Logica per la Programmazione Corso di Laurea in INFORMATICA a.a. 2016/17

Esercitazioni per il corso di Logica Matematica

LEZIONE i i 3

04 - Numeri Complessi

CLASSE LIMITE DI UNA SUCCESSIONE DI NUMERI REALI C. MADERNA, G. MOLTENI, M. VIGNATI

Massimi e minimi vincolati

Università degli Studi di Roma Tor Vergata. Principio di induzione matematica

IL TEOREMA FONDAMENTALE DELL ARITMETICA: DIMOSTRAZIONE VELOCE.

Teorema delle Funzioni Implicite

Introduzione alla TEORIA DEI NUMERI

La matematica non è un opinione, lo è oppure...?

(2) se A A, allora A c A; (3) se {A n } A, allora +

Lunghezza media. Teorema Codice D-ario prefisso per v.c. X soddisfa. L H D (X). Uguaglianza vale sse D l i. = p i. . p.1/27

1 Numeri reali. Esercizi.

Linguaggi. Claudio Sacerdoti Coen 29,?/10/ : La struttura dei numeri naturali. Universitá di Bologna

Simboli di Landau. Equivalenza. Esempi (limiti notevoli).

Alcune nozioni di calcolo differenziale

Maiuscole e minuscole

FUNZIONI. }, oppure la

Geometria e Topologia I (U1-4) 2006-mag-10 61

Equivalentemente, le colonne di A sono linearmente indipendenti se e solo se

Transcript:

LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA A.A. 10/11, DISPENSA N. 2 Sommario. Assiomi dell identità, modelli normali. Forma normale negativa, forma normale prenessa, forma normale di Skolem. 1. L identità Esistono due approcci all identità in logica del I ordine. Abbiamo scelto di trattare il simbolo = come un simbolo speciale (logico) e abbiamo richiesto (nella definizione di soddisfazione) che venisse sempre interpretato come la relazione di identità nel modello. In alternativa possiamo trattare l identità come una relazione binaria. In questo caso dobbiamo cercare di assiomatizzarla. Il punto è che non è possibile formulare assiomi che forzino l interpretazione di un simbolo binario di relazione ad essere esattamente la relazione di identità. Si possono però formulare assiomi che forzino l interpretazione di un simbolo ad essere una relazione di equivalenze. Da ogni modello di questi assiomi si ottiene quozientando rispetto a questa relazione di equivalenza un modello in cui la relazione viene interpretata come l identità. Vediamo i dettagli. Per un simbolo binario di relazione I chiamiamo Assiomi dell Identità per I gli enunciati seguenti. (1) xi(x, x). (2) x y(i(x, y) (F (x, x) F (x, y))), per ogni formula F (x, x), dove F (x, y) è una formula ottenuta da F (x, x) per sostituzione di alcune (non necessariamente tutte) le occorrenze di x con y, e y è libera per x in F (x, x). Lemma 1.1 (Esercizio). Se T è una teoria che implica gli Assiomi dell Identità per un simbolo binario di relazione I, allora per ogni termine t, s, r, valgono i seguenti punti. (1) T = I(t, t). (2) T = I(t, s) I(s, t). (3) T = I(t, s) (I(s, r) I(t, r)). Corollario 1.2 (Esercizio). Sia A un modello di una teoria T che implica gli assiomi dell identità per una relazione binaria I. La relazione I A è una relazione di equivalenza su A. Proposizione 1.3. Sia T una teoria che implica gli assiomi dell identità per una relazione binaria I. Se T ha un modello allora T ha un modello in cui I è interpretata come l identità. Chiamiamo un tale modello modello normale. Dimostrazione. Sia A un modello di T. Allora I A è una relazione di equivalenza sul dominio A. Per leggibilità denotiamo questa relazione con E. Quozientiamo A rispetto a E. Poniamo B = {[a] E a A}, dove con [a] E indichiamo la classe di equivalenza dell elemento a. Definiamo l interpretazione in B delle costanti, relazioni e funzioni del linguaggio. (Costanti) Poniamo c B i uguale a [c A i ] E. Note preparate da Lorenzo Carlucci, carlucci@di.uniroma1.it. 1

2 A.A. 10/11, DISPENSA N. 2 (Relazioni) (b 1,..., b k ) R B se e solo se (a 1,..., a k ) R A, dove a i è un rappresentante della classe di equivalenza b i. Per dimostrare che la definizione è ben posta (e che non dipende dalla scelta dei rappresentanti) occorre osservare che, per ogni simbolo di relazione R, T = k I(x i, y i ) (R(x 1,..., x k ) R(y 1,..., y k ) i=1 segue dal fatto che T implica gli Assiomi dell Identità per I. (Funzioni) f B (b 1,..., b k ) è definito come [f A (a 1,..., a k )] E, dove a i è un rappresentante della classe di equivalenza b i. Per dimostrare che la definizione è ben posta (e che non dipende dalla scelta dei rappresentanti) occorre osservare che, per ogni simbolo di funzione f, T = k x i = y i I(f(x 1,..., x k ), f(y 1,..., y k )) segue dal fatto che T implica gli assiomi dell identità per I. i=1 Dimostriamo che I B è l identità su B. Vale (b 1, b 2 ) I B se e solo se b 1 è [a 1 ] I, b 2 è [a 2 ] I e (a 1, a 2 ) E. Ma allora la classe di equivalenza b 1 coincide con la classe di equivalenza b 2. Dimostriamo che B è un modello di T. Sia α = (a i ) i N un assegnamento in A. L assegnamento induce un corrispondente assegnamento su B ponendo α := ([a i ] E ) i N. Se α associa a i a v i, α associa [a i ] E. Cominciamo con il dimostrare che per ogni termine t, vale Se t è v i, allora [α(t)] E = α(t). [α(t)] E = [a i ] E = α(v i ), per definizione di α. Se t è una costante c i, qualunque sia α vale α(c i ) = c A i un assegnamento ai termini non variabili). Se t è f(t 1,..., t k ) allora Per ipotesi induttiva vale [α(t)] E = [f A (α(t 1 ),..., α(t k ))] E. [α(t i )] E = α(t i ). Per definizione di assegnamento, per definizione di f B e per quanto appena visto vale α(f(t 1,..., t k )) = f B ( α(t 1 ),..., α(t k )) = [f A (α(t 1 ),..., α(t k ))] E. Dimostriamo ora che per ogni α su A e per ogni formula F, A = F [α] se e solo se B = F [ α]. La dimostrazione è per induzione sulla struttura della formula F. Vediamo solo alcuni casi. Se F è R(t 1,..., t k ), allora A = F [α] se e solo se Ma questo vale se e solo se Ossia se e solo se B = F [ α]. Se F è vg, allora A = F [α] se e solo se che per ipotesi induttiva vale se e solo se (α(t 1 ),..., α(t k )) R A. ([α(t 1 )] E,..., [α(t k )] E ) R B. Per ogni a A Per ogni a A [ ( )] v A = G α a [ ( ) ] v B = G α a (per definizione di estensione di

LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA 3 che equivale a che equivale a B = vg [ α]. Da quanto dimostrato segue In particolare, B è un modello di T. Per ogni [a] E B [ ( )] v B = G α [a] E A = F se e solo se B = F. 2. Forme Normali 2.1. Forma Normale Prenessa. Una formula è in forma normale prenessa se inizia con un prefisso di quantificatori seguito da una formula senza quantificatori. Usiamo le seguenti equivalenze logiche per dimostrare che ogni formula è logicamente equivalente a una formula normale prenessa. x(f G) xf xg Se x non occorre in F, x(f G) xf xg F xg x(f G), F xg x(f G) F xg x(f G), F xg x(f G) x F xf x F x F x yf y xf, x yf y xf Due osservazioni utili per la prossima dimostrazione. Osservazione 2.1 (Sostituire sottoformule equivalenti). Se G è una sottoformula di G e G è equivalente a G allora F è equivalente alla formula ottenuta da F sostituendo ogni occorrenza di G con G. Osservazione 2.2 (Rinominare variabili vincolate). Se y non appare in xg, allora yg(y) è equivalente a xg, dove G(y) indica la formula ottenuta da G sostituendo tutte le occorrenze di x con y. Proposizione 2.3 (Forma Normale Prenessa). Per ogni formula F esiste una formula F in forma normale prenessa e logicamente equivalente a F. Esiste un algoritmo per ottenere F da F. Dimostrazione. Induzione sulla struttura della formula F. Per le formule atomiche è banale. Sia F di tipo G. Sia G equivalente a Q 1 x 1... Q n x n G con i Q i quantificatori e G senza quantificatori. Allora F Q 1 x 1... Q n x n G Q 1 x 1... Q n x n G, dove Q i è se Q i è e viceversa. Sia F di tipo G H. Sia G equivalente a Q 1 x 1... Q n x n G e H equivalente a Q 1 y 1... Q k y k H dove possiamo assumere (per rinominazione di variabili) che le x e le y siano due a due distinte e diverse dalle variabili libere in G e H. Allora F Q 1 x 1... Q n x n G Q 1 y 1... Q k y k H Q 1 x 1... Q n x n Q 1 y 1... Q k y k (G H ). Sia F di tipo vg. Sia G equivalente a Q 1 x 1... Q n x n G. Possiamo assumere (rinominando le variabili) che le variabili vincolate di Q 1 x 1... Q n x n G sono diverse da v. Allora F vg vq 1 x 1... Q n x n G.

4 A.A. 10/11, DISPENSA N. 2 2.2. Forma Normale di Skolem. Una formula è in forma normale di Skolem se è del tipo x 1... x k G, dove G è una formula senza quantificatori. Non è vero che ogni formula è logicamente equivalente a una formula in forma normale di Skolem, ma vale qualcosa di più debole: ad ogni enunciato S si può associare un enunciato S in forma normale di Skolem tale che S è scritto in un linguaggio che estende quello di S con simboli di funzione e costanti, S implica logicamente S e ogni modello di S si può espandere ad un modello di S aggiungendo interpretazioni per funzioni e costanti. L idea si spiega bene con un esempio. Consideriamo un enunciato S di forma x yr(x, y). Un enunciato di questo tipo esprime una dipendenza funzionale di y da x. In ogni modello A di questo enunciato, vale che per ogni a A esiste un a A tale che R A (a, a ). In altre parole, nel modello è definita implicitamente una funzione totale a a dove a sta nella relazione R A con a. Sia ora f un nuovo simbolo di funzione. Nel seguente enunciato S usiamo f per esplicitare la dipendenza funzionale implicita in S. xr(x, f(x)). Si vede chiaramente che da un modello che soddisfa S si può passare a un modello (per il linguaggio esteso con f) che soddisfa S : interpretiamo f proprio con la funzione a a definita implicitamente da S nel suo modello. Si vede anche chiaramente che se una struttura (per il linguaggio esteso) soddisfa S, allora soddisfa anche S. Una tale struttura contiene esplicitamente una funzione per interpretare f. Proposizione 2.4 (Forma Normale di Skolem). Per ogni enunciato S esiste enunciato S in forma normale di Skolem tale che valgono i due punti seguenti. (1) S è in un linguaggio che estende il linguaggio di E con nuovi simboli di funzione. (2) S = S. (3) Ogni modello di E si può estendere a un modello di E aggiungendo nuove funzioni. Dimostrazione. Sia E = Q 1 x 1... Q t x t G(x 1,..., x t ), con G(x 1,..., x t ) aperta. Dato che per ipotesi E è un enunciato, x 1,..., x t sono tutte e sole le variabili libere in G. Mostriamo un procedimento per eliminare i quantificatori esistenziali, uno per uno, partendo dall esterno. Sia Q k il quantificatore esistenziale più esterno in E. Allora possiamo scrivere E come segue. E = x 1... x k 1 x k Q k+1 x k+1... Q t x t E(x 1,..., x k, x k+1,..., x t ). Sia f un simbolo di funzione a k 1 posti che non appare in E (se k = 1 allora f è una costante). Eliminiamo il quantificatore esistenziale x k usando il nuovo simbolo per esplicitare una dipendenza funzionale dalle variabili f(x 1,..., x k 1 ). E := x 1... x k 1 Q k+1 x k+1... Q t x t E(x 1,..., x k 1, f(x 1,..., x k 1 ), x k+1,..., x t ). Dimostriamo che E = E. Sia A = E. Allora per ogni a 1,..., a k 1 in A, è definito f A (a 1,..., a k 1 ) e vale A = Q k+1 x k+1... Q t x t E(a 1,..., a k 1, f A (a 1,..., a k 1 )). Dunque A = x 1... x k 1 x k Q k+1 x k+1... Q t x t E(x 1,..., x k, f(x 1,..., x k 1 )), dunque A = E. Dimostriamo l ultimo punto della Proposizione. Sia A = E. Sia f un simbolo di funzione a k 1 posti e non già interpretato in A. Definiamo f A : A k 1 A in modo che la struttura ottenuta da A aggiungendo l interpretazione di f soddisfi E. Per ipotesi abbiamo che A = x 1... x k 1 x k Q k+1 x k+1... Q t x t E(x 1,..., x k, x k+1,..., x t ). Dunque per ogni a 1,..., a k 1 in A esiste un b in A tale che A = Q k+1 x k+1... Q t x t E(a 1,..., a k 1, b).

LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA 5 Scegliamo un tale b e poniamo f A (a 1,..., a k 1 ) = b. Allora per ogni a 1,..., a k 1 vale (A, f A ) = Q k+1 x k+1... Q t x t E(a 1,..., a k 1, b). Dunque (A, f A ) = x 1... x k 1 Q k+1 x k+1... Q t x t E(x 1,..., x k 1, f(x 1,..., x k 1 )). Dunque (A, f A ) = E.