Lindenbaum-Tarského algebry: Porovnání verzí
Řádek 2: | Řádek 2: | ||
== Konstrukce == | == Konstrukce == | ||
− | Uvažme | + | Uvažme <math>\varphi, \psi \in \mathit{Form_L}</math>, kde <math>\mathit{Form_L}</math> je množina všech prvořádových formulí predikátové logiky v jazyce L, a teorii <math>T\subseteq\mathit{Form_L}</math>. Pro každou takovouto teorii můžeme definovat ekvivalenci <math>\equiv_T</math> následovně: |
− | + | ||
− | Označme nyní | + | <math> \varphi\equiv_T\psi \Leftrightarrow T\vdash \varphi\leftrightarrow\psi</math> |
+ | |||
+ | |||
+ | Označme nyní <math>[\varphi]_{\equiv_T}</math> ekvivalenční třídu pro <math>\varphi</math> a uvažme <math>B(T)=\{[\varphi]_{\equiv_T}| \varphi \in \mathit{Form_L}\}</math> na níž definujme operace <math>\wedge</math> ('''průsek'''), <math>\vee</math> ('''sjednocení'''), <math>-</math> ('''komplement''') a prvky <math>\textbf{1}</math> ('''maximální prvek'''), <math>\textbf{0}</math> ('''minimální prvek''') takto: | ||
+ | |||
+ | <math> | ||
\begin{align*} | \begin{align*} | ||
[\varphi]_{\equiv_T} \wedge [\psi]_{\equiv_T} &= [\varphi \& \psi]_{\equiv_T}\\ | [\varphi]_{\equiv_T} \wedge [\psi]_{\equiv_T} &= [\varphi \& \psi]_{\equiv_T}\\ | ||
− | + | \varphi]_{\equiv_T} \vee [\psi]_{\equiv_T} &= [\varphi \vee \psi]_{\equiv_T}\\ | |
-[\varphi]_{\equiv_T} &= [\neg\varphi]\\ | -[\varphi]_{\equiv_T} &= [\neg\varphi]\\ | ||
\textbf{1} &= [\varphi \vee \neg\varphi]_{\equiv_T}\\ | \textbf{1} &= [\varphi \vee \neg\varphi]_{\equiv_T}\\ | ||
\textbf{0} &= [\varphi \& \neg\varphi]_{\equiv_T} | \textbf{0} &= [\varphi \& \neg\varphi]_{\equiv_T} | ||
\end{align*} | \end{align*} | ||
+ | </math> | ||
− | Potom | + | Potom <math>\mathbb{B}(T)=<B(T),\wedge,\vee,-,\textbf{0},\textbf{1}></math> je Booleova algebra.\\ |
− | Omezíme-li se nyní pouze na sentence tj. místo | + | Omezíme-li se nyní pouze na sentence tj. místo <math>B(T)</math> definujeme operace na <math>LT(T)=\{[\varphi]_{\equiv_T}| \varphi \in \mathit{Sent_L}\}</math> kde <math>\mathit{Sent_L}\subseteq\mathit{Form_L}</math> je množina sentencí, získáme '''Lindenbaum-Tarského algebru''' pro teorii <math>T</math>.<ref>Radek Honzík, Boolean Algebras, Lecture Notes, Winter 2013</ref> |
=== Spočetný průsek a sjednocení === | === Spočetný průsek a sjednocení === | ||
− | Je rozumné klást otázku na význam spočetného průseku a sjednocení v | + | Je rozumné klást otázku na význam spočetného průseku a sjednocení v <math>\mathbb{B}(T)</math>. Intuitivně bychom se mohli pokusit definovat nekonečný průsek množiny <math>M\subseteq B(T)</math> jako nekonečnou konjunkci formulí z <math>M</math>, obdobně nekonečné sjednocení množiny <math>M</math> jako nekonečnou disjunkci formulí z <math>M</math> avšak protože formule mohou mít pouze konečnou délku nebyl by výsledek prvkem <math>B(T)</math>. |
'''Pro některé množiny formulí však nekonečný průsek a sjednocení definovat můžeme''':\\ | '''Pro některé množiny formulí však nekonečný průsek a sjednocení definovat můžeme''':\\ | ||
− | Nechť | + | Nechť <math>\varphi \in\mathit{Form_L}</math> potom pro <math>M_\varphi=\{[\varphi(t,x_0,\cdots)]|t~je~term~jazyka~L\}</math> definujme |
+ | |||
+ | <math>\bigvee M_\varphi=[(\exists x)(\varphi(x,x_0,\cdots)]~a~\bigwedge M_\varphi=[(\forall x)(\varphi(x,x_0,\cdots)]</math> | ||
+ | |||
+ | |||
=== Uspořádání na B(T) === | === Uspořádání na B(T) === | ||
− | Jako jakoukoli jinou Booleovu algebru můžeme i | + | Jako jakoukoli jinou Booleovu algebru můžeme i <math>B(T)</math> chápat jako '''uspořádanou množinu''' pomocí relace <math>\leq</math> : |
− | Stojí za povšimnutí, že uspořádání na | + | |
+ | <math>[\varphi]\leq[\psi] \Leftrightarrow [\varphi]=[\varphi]\wedge[\psi]</math> | ||
+ | |||
+ | neboť <math>[\varphi]=[\varphi]\wedge[\psi]</math> v <math>\mathbb{B}(T)</math> vlastně znamená <math>T \vdash \varphi \leftrightarrow \varphi \wedge \psi</math> což je ekvivalentní s <math>T \vdash \varphi \rightarrow \psi</math> dostáváme: | ||
+ | |||
+ | <math>[\varphi]\leq[\psi] \Leftrightarrow T \vdash \varphi \rightarrow \psi</math>~.\\ | ||
+ | |||
+ | Stojí za povšimnutí, že uspořádání na <math>\mathbb{B}(T)</math> lze interpretovat jako ''"čím blíže je <math>[\varphi]</math> k <math>\textbf{0}</math> tím silnějším je tvrzením"'' (blízkost nule může odpovídat snadnosti falsifikace, <math>\textbf{0}</math> je falsisikovaná vždy naopak <math>\textbf{1}</math> není falsifikovatelná nikdy). Mimo jiné tato interpretace plyne i z triviálního faktu, že čím blíže je <math>[\varphi]</math> k <math>\textbf{0}</math> tím větší (co do inkluze) je množina následníků tj. čím silnější předpoklad učiníme, tím více závěrů jsme schopni udělat. S touto interpretací se můžeme setkat například ve [[Forcing|forcingu]], kde <math>p\leq q</math> interpretujeme jako ''"<math>p</math> je silnější podmínka než <math>q</math>"''. | ||
== Definice == | == Definice == | ||
− | Nechť | + | Nechť <math>T</math> je teorie prvořádové predikátové logiky a <math>L</math> její jazyk, potom <math>\mathbb{LT}(T)=<LT(T),\wedge,\vee,-,\textbf{0},\textbf{1}></math> kde <math>LT(T)=\{[\varphi]_{\equiv_T}| \varphi \in \mathit{Sent_L}\}</math> a <math>\equiv_T</math>, <math>\wedge</math>, <math>\vee</math>, <math>-</math>, <math>\textbf{0}</math> a <math>\textbf{1}</math> jsou definovány jako v ''Konstrkukce'' výše, nazveme '''Lindenbaum-Tarského algebrou pro teorii''' <math>T</math>. |
== Vlastnosti == | == Vlastnosti == | ||
− | *Je-li | + | *Je-li <math>T</math> '''sporná''', potom <math>\forall \varphi,\psi \in \mathit{Form_L} : T\vdash \varphi\leftrightarrow\psi</math> a tedy <math>|B(T)|=1</math> a tedy i <math>|L(T)|=1</math>.\\ |
− | *Je-li | + | *Je-li <math>T</math> '''bezesporná''', je <math>|B(T)|\geq2<math> neboť <math>T \vdash \neg(\varphi \vee \neg\varphi \leftrightarrow \varphi \& \neg\varphi)</math> a proto <math>[\varphi \vee \neg\varphi]_{\equiv_T}~\neq~[\varphi \& \neg\varphi]_{\equiv_T}</math>.\\ |
− | *Je-li | + | *Je-li <math>T</math> '''bezesporná''' a navíc '''úplná''' dostáváme <math>|L(T)|=2</math> neboť z úplnosti <math>T</math> plyne, že <math>\forall \sigma \in \mathit{Sent_L} : T \vdash \sigma nebo T \vdash \neg\sigma</math> a tedy <math>T \vdash \sigma \leftrightarrow \top</math> nebo <math>T \vdash \sigma \leftrightarrow \bot</math> z čehož plyne, že <math>[\sigma]_{\equiv_T} \in [\varphi \vee \neg\varphi]_{\equiv_T}</math> nebo <math>[\sigma]_{\equiv_T} \in [\varphi \& \neg\varphi]_{\equiv_T}</math> a tedy <math>L(T)=\{[\varphi \vee \neg\varphi]_{\equiv_T},[\varphi \& \neg\varphi]_{\equiv_T}\}</math>\\ |
− | *Je-li | + | *Je-li <math>T</math> '''bezesporná''' a '''neúplná''' potom <math>|L(T)|\geq 4</math> neboť existuje sentence <math>\sigma</math> t.ž. <math>T \nvdash \sigma</math> a <math>T \nvdash\neg\sigma</math> a tudíž <math>\sigma \notin [\top]_{\equiv_T}</math>, <math>\sigma \notin [\bot]_{\equiv_T}</math> a proto jsou <math>[\top]_{\equiv_T},[\bot]_{\equiv_T},[\sigma]_{\equiv_T},[\neg\sigma]_{\equiv_T}</math> čtyři navzájem různé prvky <math>L(T)</math>. |
− | *Každá Booleova algebra je izomorfní Lindenbaum-Tarského algebře | + | *Každá Booleova algebra je izomorfní Lindenbaum-Tarského algebře <math>LT(T)</math> pro vhodné <math>T</math>.<ref>Handbook of Boolean Algebras: Volume 1, North-Holland 1989, Theorem 9.10</ref> |
− | === | + | === <math>\mathcal{L}_n(P,\mathfrak{A})</math> === |
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
|- | |- | ||
− | | '''Definice:''' Nechť | + | | '''Definice:''' Nechť <math>\mathfrak{A}</math> je struktura s nosičem <math>A</math> a <math>P\subseteq A</math>, potom <math>\mathcal{L}(P)</math> je jazyk obsahující pouze parametry z <math>P</math> a <math>\mathit{Form^n_{\mathcal{L}(P)}}</math> množina formulí <math>\varphi</math> v jazyce <math>\mathcal{L}(P)</math> kde <math>\varphi</math> má právě <math>n</math> proměnných. |
|} | |} | ||
− | Na množině | + | Na množině <math>\mathit{Form^n_{\mathcal{L}(P)}}</math> můžeme opět zavést ekvivalenci <math>\equiv_T</math> jako výše v ''Konstrukci''. Zadefinujeme-li také <math>\equiv_T</math>, <math>\wedge</math>, <math>\vee</math>, <math>-</math>,<math>\textbf{0}</math> a <math>\textbf{1}</math> jako v ''Konstrukci'' výše a zvolíme <math>T=Th(\mathfrak{A})</math> získáme Booleovu algebru, jež značíme <math>\mathcal{L}_n(P,\mathfrak{A})</math>. |
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
|- | |- | ||
− | | '''Definice:''' Nechť | + | | '''Definice:''' Nechť <math>\mathfrak{A}</math> je struktura s nosičem <math>A</math> a <math>P\subseteq A</math>, řekneme, že množina <math>X \subseteq A^n</math> je <math>P</math>-definovatelná pokud existuje <math>\varphi \in \mathit{Form^n_{\mathcal{L}(P)}}</math> taková, že <math>\varphi</math> definuje <math>X</math>. Soubor všech <math>P</math>-definovatelných množin na <math>A</math> označíme <math>B_n(P,\mathfrak{A})</math> |
|} | |} | ||
− | '''Význam:''' Vzhledem k tomu, že každá | + | '''Význam:''' Vzhledem k tomu, že každá <math>[\varphi]_{\equiv_T}</math> z <math>\mathcal{L}_n(P,\mathfrak{A})</math> definuje právě jednu <math>P$</math>definovatelnou množinu v <math>A^n</math> nepřekvapí nás, že platí: |
+ | |||
+ | |||
+ | <math>\mathcal{L}_n(P,\mathfrak{A})\cong\mathbb{B}_n(P,\mathfrak{A})</math> | ||
+ | |||
+ | |||
+ | kde <math>\mathbb{B}_n(P,\mathfrak{A}</math> je algebra množin s nosičem <math>B_n(P,\mathfrak{A})</math>.<ref>A Shorten Model Theory, Wilfred Hodges, Cambridge UP, April 1997</ref> | ||
− | Algebra | + | Algebra <math>\mathbb{B}_n(P,\mathfrak{A})</math> slouží k definici <math>n</math>-typu v [[Teorie modelů|Teorii modelů]] a důkazu [[Morleyva věta|Morleyho věty]]. |
== Odkazy == | == Odkazy == | ||
=== Reference === | === Reference === |
Verze z 15. 11. 2014, 03:34
Lindenbaum - Tarského algebra je speciální Booleova algebra na množině formulí klasické predikátové logiky
Obsah
Konstrukce
Uvažme , kde je množina všech prvořádových formulí predikátové logiky v jazyce L, a teorii . Pro každou takovouto teorii můžeme definovat ekvivalenci následovně:
Označme nyní ekvivalenční třídu pro a uvažme na níž definujme operace (průsek), (sjednocení), (komplement) a prvky (maximální prvek), (minimální prvek) takto:
Nelze pochopit (MathML, alternativně SVG nebo PNG (doporučeno pro moderní prohlížeče a kompenzační pomůcky): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \begin{align*} [\varphi]_{\equiv_T} \wedge [\psi]_{\equiv_T} &= [\varphi \& \psi]_{\equiv_T}\\ \varphi]_{\equiv_T} \vee [\psi]_{\equiv_T} &= [\varphi \vee \psi]_{\equiv_T}\\ -[\varphi]_{\equiv_T} &= [\neg\varphi]\\ \textbf{1} &= [\varphi \vee \neg\varphi]_{\equiv_T}\\ \textbf{0} &= [\varphi \& \neg\varphi]_{\equiv_T} \end{align*} }
Potom je Booleova algebra.\\
Omezíme-li se nyní pouze na sentence tj. místo definujeme operace na kde je množina sentencí, získáme Lindenbaum-Tarského algebru pro teorii .[1]
Spočetný průsek a sjednocení
Je rozumné klást otázku na význam spočetného průseku a sjednocení v . Intuitivně bychom se mohli pokusit definovat nekonečný průsek množiny jako nekonečnou konjunkci formulí z , obdobně nekonečné sjednocení množiny jako nekonečnou disjunkci formulí z avšak protože formule mohou mít pouze konečnou délku nebyl by výsledek prvkem . Pro některé množiny formulí však nekonečný průsek a sjednocení definovat můžeme:\\ Nechť potom pro definujme
Uspořádání na B(T)
Jako jakoukoli jinou Booleovu algebru můžeme i chápat jako uspořádanou množinu pomocí relace :
neboť v vlastně znamená což je ekvivalentní s dostáváme:
~.\\
Stojí za povšimnutí, že uspořádání na lze interpretovat jako "čím blíže je k tím silnějším je tvrzením" (blízkost nule může odpovídat snadnosti falsifikace, je falsisikovaná vždy naopak není falsifikovatelná nikdy). Mimo jiné tato interpretace plyne i z triviálního faktu, že čím blíže je k tím větší (co do inkluze) je množina následníků tj. čím silnější předpoklad učiníme, tím více závěrů jsme schopni udělat. S touto interpretací se můžeme setkat například ve forcingu, kde interpretujeme jako " je silnější podmínka než ".
Definice
Nechť je teorie prvořádové predikátové logiky a její jazyk, potom kde a , , , , a jsou definovány jako v Konstrkukce výše, nazveme Lindenbaum-Tarského algebrou pro teorii .
Vlastnosti
- Je-li sporná, potom a tedy a tedy i .\\
- Je-li bezesporná, je Nelze pochopit (syntaktická chyba): {\displaystyle |B(T)|\geq2<math> neboť <math>T \vdash \neg(\varphi \vee \neg\varphi \leftrightarrow \varphi \& \neg\varphi)} a proto .\\
- Je-li bezesporná a navíc úplná dostáváme neboť z úplnosti plyne, že a tedy nebo z čehož plyne, že nebo a tedy \\
- Je-li bezesporná a neúplná potom neboť existuje sentence t.ž. a a tudíž , a proto jsou čtyři navzájem různé prvky .
- Každá Booleova algebra je izomorfní Lindenbaum-Tarského algebře pro vhodné .[2]
Definice: Nechť je struktura s nosičem a , potom je jazyk obsahující pouze parametry z a množina formulí v jazyce kde má právě proměnných. |
Na množině můžeme opět zavést ekvivalenci jako výše v Konstrukci. Zadefinujeme-li také , , , , a jako v Konstrukci výše a zvolíme získáme Booleovu algebru, jež značíme .
Definice: Nechť je struktura s nosičem a , řekneme, že množina je -definovatelná pokud existuje taková, že definuje . Soubor všech -definovatelných množin na označíme |
Význam: Vzhledem k tomu, že každá z definuje právě jednu definovatelnou množinu v nepřekvapí nás, že platí:
kde je algebra množin s nosičem .[3]
Algebra slouží k definici -typu v Teorii modelů a důkazu Morleyho věty.
Odkazy
Reference
Použitá literatura
- Radek Honzík, Boolean Algebras, Lecture Notes, Winter 2013
- Radek honzík, Introduction to Model Theory, Lecture Notes, Winter 2012
- A Shorten Model Theory, Wilfred Hodges, Cambridge UP, April 1997
- Thomas Jech, Set Theory - The 3rd Millenium Edition revised and expanded, Springer, 2006