Сводка теории
Общее представление об исчислении высказываний
Таблицы истинности позволяют ответить на многие важные вопросы, касающиеся логических связок: является ли данная формула тавтологией, противоречием или ни тем и ни другим; влечет ли она логически другую данную формулу или являются ли две формулы логически равносильными.
Более сложные вопросы логики уже не могут быть решены с помощью истинностных таблиц или каких-либо других подобных эффективных процедур. Поэтому используется другой метод – аксиоматический.
При формализации математической теории полностью отвлекаются от ее содержания. Теоремы воспринимаются просто как формулы, которые могут быть выведены по определенным правилам. Поэтому формальные теории иначе называют исчислениями. О знаках и формулах исчисления приходится, однако, рассуждать содержательно: так, рядом с формальной теорией возникает «метатеория», которая тоже пользуется некоторыми обозначениями. Эти обозначения метатеории следует строго отличать от знаков и формул, относящихся к собственно формальной теории.
Существует много вариантов формализации логики высказываний. Опишем подробнее один из них; назовем его «теория L». Формальная (аксиоматическая) теория L считается определенной, если выполнены следующие условия:
1) Задано некоторое счетное множество символов теории L (языка теории). Основные символы теории L суть: пропозициональные буквы , ...,
, ... ; логические связки
, Ú,
, Ø ; скобки (, ).
Конечные последовательности символов теории называются выражениями теории L.
2) Имеется подмножество выражений теории L, называемых формулами теории и определяемых индуктивно с помощью следующих двух пунктов:
i) пропозициональные буквы суть формулы L;
ii) если A и B – формулы, то формулами являются и следующие выражения: ,
,
,
.
3) Выделено некоторое множество формул, называемых аксиомами теории L, в рассматриваемом варианте теории их десять:
, (ив1)
, (ив2)
, (ив3)
, (ив4)
, (ив5)
, (ив6)
, (ив7)
, (ив8)
, (ив9)
(ив10)
Здесь – конкретные пропозициональные переменные, так что (ив1) – (ив10) есть список из десяти конкретных формул языка L.
4) Принимаются правила вывода, по которым можно из уже установленных теорем получать новые. В теории L – два таких правила вывода.
Первое правило имеет вид (MP) .
Это правило, называемое modus ponens (правило заключения), утверждает, что если формулы и
установлены как теоремы, то формула
также является теоремой.
Второе правило имеет вид: (S) .
Здесь суть формулы,
– попарно различные пропозициональные буквы. Через
обозначен результат одновременного замещения всех вхождений букв
в
на формулы
соответственно. Отметим, что это правило подстановки (S)можно применять и к пропозициональным буквам
, которые вовсе не входят в
. В этом случае соответствующее
никуда не подставляется и просто не играет никакой роли.
Выводом назовем любую конечную последовательность формул ,
,...,
, такую, что каждая формула этой последовательности есть либо аксиома, либо совпадает с какой-либо предыдущей формулой этой последовательности, либо получается из каких-то предыдущих формул этой последовательности с помощью одного из правил вывода. Скажем, что вывод
,
,...,
является выводом своей последней формулы
, и формулу
назовем выводимой, или, что то же самое, теоремой теории. Будем записывать это в виде: L
A или просто
A.
В дальнейшем будем употреблять сокращенный вывод, когда в качестве могут стоять теоремы теории L, полученные раньше, имея в виду, что мы всегда можем дополнить вывод, вставляя недостающие его отрезки.