1.2.3 Funkcjonalna pełność

Podobne dokumenty
RACHUNEK ZDAŃ 7. Dla każdej tautologii w formie implikacji, której poprzednik również jest tautologią, następnik także jest tautologią.

Przykładowe dowody formuł rachunku kwantyfikatorów w systemie tabel semantycznych

Jako symbole niedeklaratywne wprowadzamy: <argument>, <argumenty>, <atom>, <form>. Regułami produkcji języka są:

Logika Stosowana. Wykład 1 - Logika zdaniowa. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW. Wykład monograficzny, semestr letni 2016/2017

Andrzej Wiśniewski Logika I Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki. Wykład 10. Twierdzenie o pełności systemu aksjomatycznego KRZ

vf(c) =, vf(ft 1... t n )=vf(t 1 )... vf(t n ).

Wykład 6. Reguły inferencyjne systemu aksjomatycznego Klasycznego Rachunku Zdań

Adam Meissner.

Np. Olsztyn leży nad Łyną - zdanie prawdziwe, wartość logiczna 1 4 jest większe od 5 - zdanie fałszywe, wartość logiczna 0

Elementy logiki. Wojciech Buszkowski Wydział Matematyki i Informatyki UAM Zakład Teorii Obliczeń

Początki informatyki teoretycznej. Paweł Cieśla

Tautologia (wyrażenie uniwersalnie prawdziwe - prawo logiczne)

Rachunek zdań. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Struktury formalne, czyli elementy Teorii Modeli

Dowody założeniowe w KRZ

Algebrę L = (L, Neg, Alt, Kon, Imp) nazywamy algebrą języka logiki zdań. Jest to algebra o typie

Logika Stosowana. Wykład 2 - Logika modalna Część 2. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW. Wykład monograficzny, semestr letni 2016/2017

RACHUNEK PREDYKATÓW 7

Rachunek logiczny. 1. Język rachunku logicznego.

Definicja: alfabetem. słowem długością słowa

Logika Stosowana. Wykład 7 - Zbiory i logiki rozmyte Część 3 Prawdziwościowa logika rozmyta. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW

WYKŁAD 3: METODA AKSJOMATYCZNA

Myślenie w celu zdobycia wiedzy = poznawanie. Myślenie z udziałem rozumu = myślenie racjonalne. Myślenie racjonalne logiczne statystyczne

Egzamin z logiki i teorii mnogości, rozwiązania zadań

Matematyka ETId Elementy logiki

Definicja: zmiennych zdaniowych spójnikach zdaniowych:

Andrzej Wiśniewski Logika II. Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki. Wykład 15. Trójwartościowa logika zdań Łukasiewicza

1. Wstęp do logiki. Matematyka jest nauką dedukcyjną. Nowe pojęcia definiujemy za pomocą pojęć pierwotnych lub pojęć uprzednio wprowadzonych.

Andrzej Wiśniewski Logika I Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki. Wykład 9. Koniunkcyjne postacie normalne i rezolucja w KRZ

Paradygmaty dowodzenia

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Metoda tabel semantycznych. Dedukcja drogi Watsonie, dedukcja... Definicja logicznej konsekwencji. Logika obliczeniowa.

Podstawy Sztucznej Inteligencji (PSZT)

Wykład 11a. Składnia języka Klasycznego Rachunku Predykatów. Języki pierwszego rzędu.

Metoda Tablic Semantycznych

Podstawowe Pojęcia. Semantyczne KRZ

Wstęp do logiki. Klasyczny Rachunek Zdań II

MATEMATYKA DYSKRETNA, PODSTAWY LOGIKI I TEORII MNOGOŚCI

Kultura logiczna Klasyczny rachunek zdań 2/2

Logika formalna wprowadzenie. Ponieważ punkty 10.i 12. nie były omawiane na zajęciach, dlatego można je przeczytać fakultatywnie.

Elementy logiki i teorii mnogości

LOGIKA Dedukcja Naturalna

Logika. Michał Lipnicki. 15 stycznia Zakład Logiki Stosowanej UAM. Michał Lipnicki () Logika 15 stycznia / 37

Wstęp do logiki. Klasyczny Rachunek Zdań III

Andrzej Wiśniewski Logika II. Wykłady 9 i 10a. Wybrane modalne rachunki zdań. Ujęcie aksjomatyczne

METODY DOWODZENIA TWIERDZEŃ I AUTOMATYZACJA ROZUMOWAŃ

II Matematyka 2 stopnia( 3W). Logika i podstawy matematyki. Janusz Czelakowski. Wykład 8. Arytmetyka

Semantyka rachunku predykatów

0.1. Logika podstawowe pojęcia: zdania i funktory, reguły wnioskowania, zmienne zdaniowe, rachunek zdań.

Logika Matematyczna (10)

Logika I. Wykład 4. Semantyka Klasycznego Rachunku Zdań

Logika i teoria mnogości Wykład Sformalizowane teorie matematyczne

Wprowadzenie do logiki Zdania, cz. III Język Klasycznego Rachunku Predykatów

Definicja: zmiennych zdaniowych spójnikach zdaniowych:

Logika Matematyczna (2,3)

Zasady krytycznego myślenia (1)

Logiczna analiza tekstu

Monoidy wolne. alfabetem. słowem długością słowa monoidem wolnym z alfabetem Twierdzenie 1.

Rachunek zdań i predykatów

Andrzej Wiśniewski Logika I Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki. Wykłady 7 i 8. Aksjomatyczne ujęcie Klasycznego Rachunku Zdań

Rachunek zdań. Zdanie w sensie logicznym jest to wyraŝenie jednoznacznie stwierdzające, na gruncie reguł danego języka, iŝ tak a

Elementy logiki Klasyczny rachunek zdań. Wojciech Buszkowski Zakład Teorii Obliczeń Wydział Matematyki i Informatyki Uniwersytet im.

Andrzej Wiśniewski Logika II. Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki. Wykład 14. Wprowadzenie do logiki intuicjonistycznej

Uwagi wprowadzajace do reguł wnioskowania w systemie tabel analitycznych logiki pierwszego rzędu

Andrzej Wiśniewski Logika II. Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki

Lista egzaminacyjna zadań z matematycznych podstaw informatyki, wersja 3.

Teoretyczne Podstawy Języków Programowania Wykład 1. Rachunek zdań

Zagadnienia podstawowe dotyczące metod formalnych w informatyce

Twierdzenia Gödla dowody. Czy arytmetyka jest w stanie dowieść własną niesprzeczność?

Logika Matematyczna (1)

Rachunek predykatów. Formuły rachunku predykatów. Plan wykładu. Relacje i predykaty - przykłady. Relacje i predykaty

4 Klasyczny rachunek zdań

Logika Matematyczna (1)

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Andrzej Wiśniewski Logika I Materiały do wykładu dla studentów kognitywistyki. Wykłady 12 i 13. Dowód i dowodzenie w KRP. Tezy KRP

Logika pragmatyczna dla inżynierów

Elementy logiki Klasyczny rachunek zdań. Wojciech Buszkowski Zakład Teorii Obliczeń Wydział Matematyki i Informatyki Uniwersytet im.

Wykład 11b. System aksjomatyczny Klasycznego Rachunku Predykatów. Aksjomaty i reguły inferencyjne

Elementy logiki matematycznej

ĆWICZENIE 2. DEF. Mówimy, że formuła A wynika logicznie z formuł wartościowanie w, takie że w A. A,, A w KRZ, jeżeli nie istnieje

ĆWICZENIE 4 KRZ: A B A B A B A A METODA TABLIC ANALITYCZNYCH

Andrzej Wiśniewski Logika II. Wykład 6. Wprowadzenie do semantyki teoriomodelowej cz.6. Modele i pełność

Drzewa Semantyczne w KRZ

Metody dowodzenia twierdzeń i automatyzacja rozumowań Systemy aksjomatyczne I

Semantyka rachunku predykatów pierwszego rzędu. Dziedzina interpretacji. Stałe, zmienne, funkcje. Logika obliczeniowa.

Składnia rachunku predykatów pierwszego rzędu

Logika pragmatyczna. Logika pragmatyczna. Kontakt: Zaliczenie:

Logika formalna SYLABUS A. Informacje ogólne

LOGIKA I TEORIA ZBIORÓW

LOGIKA Klasyczny Rachunek Zdań

Logika. Michał Lipnicki. 18 listopada Zakład Logiki Stosowanej UAM. Michał Lipnicki Logika 18 listopada / 1

1. Elementy logiki matematycznej, rachunek zdań, funkcje zdaniowe, metody dowodzenia, rachunek predykatów

Przykłady zdań w matematyce. Jeśli a 2 + b 2 = c 2, to trójkąt o bokach długości a, b, c jest prostokątny (a, b, c oznaczają dane liczby dodatnie),

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Algebra Boole a

Elementy logiki. Zdania proste i złożone

Logika Stosowana. Wykład 2 - Logika modalna Część 3. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW. Wykład monograficzny, semestr letni 2017/2018

Predykat. Matematyka Dyskretna, Podstawy Logiki i Teorii Mnogości Barbara Głut

Logika Matematyczna (5-7)

Andrzej Wiśniewski Logika II. Wykłady 10b i 11. Semantyka relacyjna dla normalnych modalnych rachunków zdań

Elementy logiki Klasyczny rachunek predykatów

Transkrypt:

1.2.3 Funkcjonalna pełność Przedstawione przykłady sprawdzania tautologiczności formuł zamknietych metodą niewprost dobrze ilustrują, Ŝe załoŝenie niewrost o przypisaniu formule wartości fałszu, a następnie jej sprawdzanie zgodnie z przyjętym algorytmem, dokonywane jest dla dowolnych funkcji interpretacji w ten sam sposób, tj. dla wszystkich funkcji sprawdzenia są równokształtne. Ten stan rzeczy spowodowany jest równokształtnością zasad sprawdzania podanych w definicji funkcji interpretacji dla wszystkich funkcji interpretacji. Powstaje pytanie, czy funkcję interpretacji moŝna określić podając mniejszą liczbę zasad sprawdzania. Ponadto wiedza logiczna reprezentowana przez tabele prawdziwościowe określone dla spójników oraz kwantyfikatorów wskazuje, Ŝe wiedzę o jednych spójnikach moŝna określić uŝywając w metajęzyku tabel prawdziwościowych dla innych spójników. Podobnie jest wiedzą logiczną formuł, które stają się zamknięte przez dopisanie do nich stosownych kwantyfikatorów. Np. dla wszystkich funkcji wartościowań mamy v(a B) =v( ( A B)), v( xa) = v( x( A)). Takie określenie wartości logicznych dla koniunkcji oraz kwantyfikatora egzystencjalnego, pozwala uprościć funkcjonalnie rachunek kwantyfikatorów do rachunku dla formuł budowanych z formuł atomowych za pomocą znaków:,,. Więcej, moŝemy pokazać, Ŝe dla rachunku zdań, otrzymamy wtedy system funkcjonalnie pełny, tj. kaŝda funkcja Boolowska B:{0,1} {0,1} {0,1} = {0,1} n {0,1}, reprezentuje pewną formułę Ψ(p 1,p 2, p n ) rachunku zdań, do napisania której uŝyto jedynie symboli: p 1,p 2, p n,,, w taki sposób, Ŝe v(ψ(p 1,p 2, p n )) = B(v(p 1 ), v(p 2 ),,v(p n )). Systemami funkcjonalnie pełnymi są takŝe systemy zbudowane z formuł atomowych oraz 1) spójników:,, 2) spójników:,, 3) spójników:,,. Formuły rachunku zdań mogą być zapisane równowaŝnie w systemie trzecim, jako koniunkcje alternatyw pewnych literałów lub jako alternatywy koniunkcji pewnych literałów, a wtedy te ich równowaŝne postacie nazywamy postaciami kanonicznymi tych formuł, odpowiednio: koniunkcyjno-alternatywną, alternatywno-koniunkcyjną. Gdy formuły te pisane są równowaŝnie w systemie, którego język budowany jest z formuł atomowych oraz symbolu negacji i koniunkcji, to równowaŝną im postać nazywamy redukcyjną postaci kanoniczną.

1.2.4 RównowaŜność logiczna formuł ZauwaŜmy takŝe, Ŝe metoda sprawdzania tautologiczności zastosowana do dowolnej formuły zamkniętej prowadzi do wyznaczenia tej samej wartości logicznej, gdy dowolne formuły zamknięte zawarte w tej formule zastąpimy formułami posiadającymi dla dowolnej funkcji interpretacji te same wartości logiczne co zastąpione formuły. WaŜna jest zatem następująca definicja: Definicja 1.2.4.1 (równowaŝność logiczna formuł) Dwie zamknięte formuły φ i ϕ rachunku kwantyfikatorów są równowaŝne logicznie wttw gdy dla wszystkich interpretacji v, v(φ)= v(ϕ). Klasę wszystkich równowaŝnych logicznie formuł zamkniętych traktujemy jako pojęcie (wiedzę) o interpretacji logicznej formuł. Metatwierdzenie 1.2.4.1 (o zasadzie ekstensjonalności dla równowaŝności) Dwie równowaŝne logicznie formuły A i B moŝemy wzajemnie zastępować we wszystkich formułach zamkniętych, w których formuły A, B występują nie zmieniając dla dowolnej funkcji interpretacji wartości tych funkcji. Przechodząc do zapisów dowodów formuł moŝemy więc wprowadzić nową regułę wnioskowania, zwaną regułą ekstensjonalności dla równowaŝności: Metatwierdzenie 1.2.4.2 (regułą ekstensjonalności dla równowaŝności EXE) Niech dla formuły Φ, zapis Φ[X] oznacza tę formułę z wyróŝnionymi w tej formule miejscami, w których występuje zamknięta formuła X. JeŜeli w tekście dowodu akceptowane są formuła Φ[X] oraz równowaŝność A B formuł zamkniętych A,B, to do dowodu moŝemy dopisać akceptację równowaŝności Φ[A/X] Φ[B/X], gdzie człony równowaŝności powstały przez zastąpienie: raz X przez A (zapis A/X), a drugi raz X przez B (zapis B/X). UŜywając notację stosowaną w zapisach reguł wnioskowania, powyŝsze sformułowanie reguły moŝemy zapisać następująco: (EXE) Φ[ X ] ( A B) Φ[ X / A] Φ[ X / B].

Wskazania słuŝące do budowy systemów dowodzenia Znajomość wiedzy o interpretacji logicznej oraz budowie formuł pozwala na: 1. podzielenie klasy formuł o tej samej interpretacji logicznej na podklasy formuł wśród których istnieje formuła będąca najprostszym schematem budowy dla pozostałych formuł w danej podklasie; dla tautologii taką formułę traktujemy w metajęzyku jako schemat prawa logicznego, 2. dołączenie do zbioru reguł wnioskowania reguły ekstensjonalności dla równowaŝności i rozpoczynanie dowodów od formuł równokształtnych z pewnymi prawami logicznymi ( formuły te nazwiemy aksjomatami systemu), 3. wybranie moŝliwie najmniej licznego zbioru aksjomatów, pozwalającego na wyprowadzenie moŝliwie wielu tez logicznych: odpowiedzieć na pytanie, czy rozwaŝany system jest aksjomatyzowalny, tj. czy moŝna wskazać zbiór (najlepiej skończony) zbiór aksjomatów, z których wyprowadzimy wszystkie tezy systemu, 4. w celu uproszczenia języka, dla niektórych schematów formuł, wprowadzenie skrótowych oznaczeń (tzw. skrótów definicyjnych), 5. ustalenie schematów tworzenia dowodu (np. wprost, niewprost, 1.2.5 Systemy załoŝeniowego, logiczne pierwszego itp.). rzędu oraz teorie Wymienione wskazania słuŝące do budowy systemów dowodzenia umoŝliwiają określenie zbioru T formuł rachunku kwantyfikatorów będących tezami wyprowadzonymi ze zbioru aksjomatów A z uŝyciem reguł wnioskowania naleŝących do zbioru reguł R. PoniewaŜ reguły wnioskowania są relacjami określonymi na zbiorze formuł, więc rozwaŝamy tu pewnego rodzaju systemy relacyjne (struktury relacyjne). Definicja 1.2.5.1 (systemu logicznego pierwszego rzędu) System <Form*,T,A,R> określony przez zbiór T formuł zamkniętych rachunku kwantyfikatorów będących tezami wyprowadzonymi ze zbioru aksjomatów A z uŝyciem reguł wnioskowania naleŝących do zbioru reguł R nazywamy systemem logicznym pierwszego rzędu lub logiką pierwszego rzędu.

Dla dowolnego systemu logicznego pierwszego rzędu moŝna przyjąć zgodnie z wiedzą o interpretacji formuł pewne schematy tworzenia dowodu, reprezentujące wiedzę o sprawdzaniu wartości logicznych formuł. Najprostszym schematem tworzenia dowodu jest sekwencyjne stosowanie reguł wnioskowań. Szczególnymi regułami są 1) reguły ustalające formuły jako aksjomaty, 2) reguły dopisujące do dowodu formuły będące podstawieniami praw logicznych, 3) reguła dedukcji, pozwalająca do dowodu dopisać implikację jeśli wcześniej wyprowadzony został poradnik implikacji, a następnie wyprowadzony (wywiedziony) następnik implikacji, 4) reguła dowodu niewprost pozwalająca do dowodu dopisać formułę z negacji której otrzymano sprzeczność (lub formułę false). Schematy tworzenia dowodu określają relację wyprowadzenia -. Operacja ta pozwala zdefiniować następującą operację Cn określoną na zbiorach formuł zamkniętych: Definicja 1.2.5.2 (operacja konsekwencji) Niech dla systemu <Form*,T,A,R> ustalone są schematy tworzenia dowodu. Dla dowolnego X Form* Cn(X) = {F Form*: X A - F}. Gdzie X A - F oznacza wyprowadzenie formuły F ze zbioru X A przy wykorzystaniu reguł wnioskowania w systemie <Form*,T,A,R>, zgodnie ze schematami tworzenia dowodu. Wniosek 1.2.5.1 Dla dowolnych X, Y Form* 1. Cn(A) = T, 2. X Cn(X), 3. jeśli X Y, to Cn(X) Cn(Y), 4. Cn(Cn(X)) = Cn(X). Operator przyporządkowujący dowolnym zbiorom formuł zamkniętych pewne zbiory formuł i spełniający warunki 2-4 zwany jest operatorem Kuratowskiego. Niekiedy zbiór formuł zamkniętych z operatorem Kuratowskiego utoŝsamiany jest z określeniem logiki jako systemu konsekwencji (w szczególności systemu dedukcji). Pierwsze badania takich systemów były prowadzone przez polskiego logika Alfreda Tarskiego. Do dzisiaj w tej dziedzinie badań jest wiele problemów nierozwiązanych.

Wniosek 1.2.5.2 a) System tabel semantycznych z regułą dowodu niewprost jest logiką pierwszego rzędu, b) W systemie tabel semantycznych zbiór aksjomatów jest pusty : Cn( ) = T. Przykład 1.2.5.1 (system hilbertowski ) Do najprostszych systemów logicznych pierwszego rzędu naleŝy system hilbertowski (zaprezentowany w 1928 r. w pracy D. Hilberta, W. Ackermanna). Aksjomaty Dla dowolnych formuł A,B,C Form* Aks.1 (A (B A)). Aks.2 ((A (B C)) ((A B) (A C))). Aks.3 (( B A) (A B)). Dla dowolnej stałej a Aks.4 ( xa(x) A(a)). Aks.5 ( x(a B(x)) (A xb(x))), pod warunkiem, Ŝe zmienna x nie występuje w formule A jako zmienna wolna. Reguły wnioskowania (dowodzenia) (modus ponens - MP) A A B B A( a) (reguła generalizacji) xa( x) jeśli a jest dowolnie ustaloną stałą.

1.2.6 Teorie formalne Ludzkość przez tysiąclecia swojej historii opanowywała środki pozyskiwania wiedzy, zróŝnicowane w czasie i dostępie do zdobyczy kulturowych i cywilizacyjnych oraz umoŝliwiające grupowanie obiektów w klasy (pojęcia) wykorzystywane w działalności praktycznej i poznawczej. Tak rodziły się wszelkie dziedziny wiedzy, którymi współcześnie się posługujemy w Ŝyciu codziennym i społecznym. Pojawienie się systemów logicznej wiedzy pozwoliło człowiekowi odnieść się do takich obiektów jak dziedziny wiedzy i ich reprezentacje (głównie językowe). Systemy logiczne pierwszego rzędu odsłoniły nam wiedzę nie tylko o budowie zdań, ale takŝe wiedzę o interpretacji formuł w systemach reprezentacji wiedzy: potrafimy określić klasy zdań równokształtnych, a takŝe klasy formuł tautologicznych - zawsze interpretowalnych (dla dowolnej funkcji interpretacji). Jakie korzyści poznawcze odnosimy dysponując wiedza logiczną? Posiadanie wiedzy logicznej prowadzi do znacznego powiększenia efektywności poznawczej człowieka: wystarczy, Ŝe dysponuje on interpretacjami schematów zdań atomowych danej dziedziny reprezentacji wiedzy, rozumianej jako struktura relacyjna, lub przyjmuje te zdania za pewniki (aksjomaty), wtedy podstawienia praw logicznych lub konsekwencje wyróŝnionych formuł atomowych, umoŝliwiają otrzymać schematy zdań reprezentujących wiedzę w danej dziedzinie wiedzy: zdań prawdziwych, zdań będących twierdzeniami danej dziedziny wiedzy. Definicja 1.2.6.1 (teoria w ujęciu semantycznym) Dowolny zbiór formuł mających pewną interpretację w danej dziedzinie wiedzy, rozumianej jako struktura relacyjna, nazywamy teorią formalną w ujęciu semantycznym tej dziedziny wiedzy. Definicja 1.2.6.2 (teoria w ujęciu syntaktycznym) Dowolny zbiór formuł będących schematami zdań przyjmowanej w pewnym systemie reprezentacji wiedzy jako pewniki reprezentujące wiedzę w danym systemie wiedzy lub konsekwencje tych schematów, nazywamy teoria formalna w ujęciu syntaktycznym tej dziedziny wiedzy. Definicja 1.2.6.3 (modelu zbioru formuł) Dowolny zbiór formuł ma model w pewnej strukturze relacyjnej, jeśli jest interpretowalny w tej strukturze (istnieje funkcja interpretacji dowolnych formuł atomowych wyznaczająca zachodzenie pomiędzy obiektami odpowiadającymi argumentom tych formuł atomowych relacji struktury przypisanych tym formułom).

Z definicji modelu zbioru formuł oraz definicji teorii formalnej w ujęciu semantycznym wynika Metatwierdzenie 1.2.6.1 KaŜda teoria w ujęciu semantycznym posiada model w pewnej strukturze relacyjnej. PoniewaŜ zbiór formuł posiadających model w strukturze relacyjnej jest zarazem zbiorem posiada formuł o wartości logicznej prawdy, więc nie zachodzi pomiędzy tymi formułami sprzeczność (nie wyprowadzi się z tych formuł, Ŝe dla pewnej formuły A jest: A i nieprawda Ŝe A), więcej, poniewaŝ zasady sprawdzania tautologiczności jak i reprezentujące te zasady reguły wnioskowania prowadzą od formuły prawdziwej do formuły prawdziwej, więc wszystkie zbiory formuł wyprowadzonych z formuł posiadających model, takŝe posiadają model. Zatem dobrze uzasadnione są następujące meta twierdzenia: Metatwierdzenie 1.2.6.2 KaŜdy zbiór formuł posiadających model jest niesprzeczny. Metatwierdzenie 1.2.6.3 KaŜda teoria formalna w ujęciu semantycznym posiada pewien model Metatwierdzenie 1.2.6.4 KaŜda teoria formalna w ujęciu syntaktycznym posiada model jeśli jej aksjomaty (schematy pewników) posiadają model. Metatwierdzenie 1.2.6.5 KaŜda teoria (tak w ujęciu semantycznym jak i syntaktycznym) posiadająca model jest niesprzeczna. To co zostało wyŝej powiedziane o teoriach moŝna, takŝe powiedzieć o systemach logicznych. W szczególności Zbiór wszystkich tez systemu hilbertowskiego logiki pierwszego rzędu jest teorią w ujęciu syntaktycznym: niesprzeczną i posiadająca model w dowolnej strukturze relacyjnej. Uwaga: ze względu na to, Ŝe kaŝda teoria w ujęciu semantycznym posiada model, najczęściej modelach teorii mówi się dla teorii w ujęciu syntaktycznym, dlatego w dalszym ciągu mówiąc w skrócie o teoriach będziemy je rozwaŝali w ujęciu syntaktycznym.

1.2.7 Teorie zupełne i rozstrzygalne Definicja 1.2.7.1 (teoria zupełna) Niech T(U) będzie teorią, a zbiór U T(U) będzie zbiorem jej aksjomatów. Teorię T(U) nazywamy zupełną wttw, gdy U - A lub U - A, dla dowolnej zamkniętej formuły A. Intuicyjnie wydawałoby się, Ŝe najbardziej podstawowe teorie matematyczne są zupełne. Okazuje się, ze nie. Jedno z najwaŝniejszych twierdzeń metalogicznych XX w. udowodnionych przez Kurta Gödla w 1930 r. pokazało, Ŝe teoria liczb naturalnych sformułowana aksjomatycznie przez Peano moŝe nie być teorią zupełną. Metatwierdzenie 1.2.7.1 (Gödla o niezupełności) Niech NT będzie zbiorem aksjomatów teorii liczb naturalnych. Jeśli teoria T(NP) jest niesprzeczna, to nie jest zupełna. JeŜeli teorię T(NT) uznamy za niesprzeczną, to Metatwierdzenie 1.2.7.2 KaŜdą teorię, w której moŝemy zinterpretować teorię liczb naturalnych naleŝy zaliczyć do teorii, które nie są zupełne. Czy sprawdzenie zupełności teorii jest algorytmicznie zawsze moŝliwe? JeŜeli przyjmiemy hipotezę Churcha, Ŝe algorytmiczne jest wszelkie działanie dające się opisać arytmetycznie i tym samym dające się zrealizować na abstrakcyjnej maszynie obliczeniowej Turinga, to okaŝe się potrzebne nowe pojęcie Definicja 1.2.7.2 (rozstrzygalności teorii) Niech T będzie teorią. Teoria T jest rozstrzygalna wttw, gdy istnieje algorytm, który dla dowolnej formuły zamkniętej A pozwala stwierdzić, czy A T, czy teŝ A T. Stąd natychmiast wynika, Ŝe Metatwierdzenie 1.2.7.3 Teoria liczb naturalnych jest nierozstrzygalna. Przyjecie hipotezy Churcha prowadzi do wielu zaskakujących (paradoksalnych) zestawień twierdzeń:

Metatwierdzenie 1.2.7.4 (lemat Lindenbauma) Niech T będzie teoria niesprzeczną. Wówczas istnieje niesprzeczna i zupełna teoria T T. Metatwierdzenie 1.2.7.5 Niech T będzie teorią niesprzeczną i rozstrzygalną. Wówczas istnieje niesprzeczna, zupełna i rozstrzygalna teoria T T. Przyjmijmy dodatkowo definicję Definicja 1.2.7.3 Teoria T jest aksjomatyzowalna,jeśli istnieje zbiór aksjomatów U tej teorii oraz algorytm, który dla podanej formuły A pozwala stwierdzić, czy A U, czy teŝ nie. Metatwierdzenie 1.2.7.6 Niech T będzie teorią. Jeśli T jest teorią zupełna i nierozstrzygalną, to nie jest teorią aksjomatyzowalną. Metatwierdzenie 1.2.7.7 Niech T będzie teorią. Jeśli T jest teorią aksjomatyzowalną i nierozstrzygalną, to nie jest teorią zupełną. Na podstawie powyŝszych twierdzeń i definicji, Alonzo Church w latach trzydziestych XX w. pokazał, wskazując interpretację teorii liczb naturalnych w logice pierwszego rzędu, Ŝe Metatwerdzenie 1.2.7.8 Logika pierwszego rzędu jako całość nie jest rozstrzygalna. W tym, jak wykazał to Interesujące jest to, Ŝe niektóre podsystemy logiki pierwszego rzędu są teoriami rozstrzygalnymi. Np. w pewnej monografii W. Ackermanna wymienione są następujące teorie: (a) rachunek zdań (b) formuły zawierające jedynie predykaty jednoargumentowe, (c) formuły poprzedzone jedynie kwantyfikatorami generalnymi (ogólnymi), (d) formuły poprzedzone jedynie kwantyfikatorami egzystencjalnymi), (e) formuły, w których wszystkie kwantyfikatory generalne stoją przed egzystencjalnymi.