СЕМАНТИКА
НА
ФОРМУЛИТЕ
Нека
S = (Σ,D,I) е дадена структура.
За всички понятия, зависещи от избора на сигнатура, ще считаме, че се отнасят
за сигнатурата Σ (в частност формулите на предикатното смятане, с които
се занимаваме, ще бъдат при тази сигнатура). За всяка формула на предикатното
смятане ще дефинираме нейна стойност в структурата S при произволна
оценка на променливите в тази структура, като въпросната стойност ще бъде
някое от числата 0 и 1. Ще разглеждаме една формула като вярна в
случаите, когато нейната стойност е 1.
За случая на атомарна формула дефиницията е следната (коректността й произтича
от еднозначния прочит на атомарните формули):
Нека v е коя да е оценка на променливите в S. Ако φ е нулместен предикатен символ, то под φS,v ще разбираме интерпретацията φS на въпросния предикатен символ, а ако φ е думата π(τ1,…,τm), където m е положително цяло число, π e m-местен предикатен символ и τ1, …, τm са термове, то полагаме
φS,v = πS(τ1S,v, …, τmS,v). Когато
една атомарна
формула има стойност 1 в структурата S при оценката v, ще казваме,
че тази формула е вярна в S при оценката v.
Пример 1. Нека структурата
S
е както в пример 3 от текста
„Сигнатури
и структури“.
Ако φ е формулата (1) от текста „Формули на предикатното
смятане“, то
за всяка оценка v в S имаме
φS,v = positiveS(xS,v) = positiveS(v(x)),
следователно (1) е вярна в S точно за онези оценки v, за които v(x) > 0.
Ако φ е формулата (2) от същия текст, то
за всяка оценка v в S имаме
φS,v = positiveS(difference(difference(x,x),x))S,v) = positiveS(−v(x)),
следователно (2) е вярна в S точно за онези оценки v, за които v(x) < 0.
Дадената по-горе дефиниция ще разпространим за произволни формули чрез индукция,
съобразена с дефиницията на понятието формула. В случаите на
генерализация
и
екзистенциализация при това разпространяване
ще
използваме
следното
понятие
за
модифициране
на
оценки:
ако
v
е
оценка
в
S
на
променливите,
ξ
е
променлива
и
d
е
елемент
на
D,
ще
наричаме
модификация
на
v
за
ξ
чрез
d
и
ще
означаваме
с
v[ξ→d]
онази
оценка
в
S,
която
съпоставя
на
ξ
елемента
d,
а
за
всички
други
променливи
съвпада
с
v.
Самата индукция, за която стана дума, ще осъществим с помощта на следните равенства:
(¬φ)S,v = 1−φS,v,
(φ&ψ)S,v = min{φS,v,ψS,v},
(φ∨ψ)S,v = max{φS,v,ψS,v},
(∀ξφ)S,v = min{φS,v[ξ→d] d∈D},
(∃ξφ)S,v = max{φS,v[ξ→d] d∈D}
(коректността
на
получената
по
този
начин
дефиниция
следва
от
еднозначния
прочит
на
формулите,
от
факта,
че
при
изваждане
от
числото 1
на
някое
от
числата 0
и 1
се
получава
другото
от
тях,
и
от
обстоятелството,
че
множествата,
които
се
срещат
в
горните
равенства,
винаги
ще
се
състоят
от
по
едно
или
две
измежду
числата 0
и 1
и
поради
това
винаги
ще
имат
най-малък
и
най-голям
елемент,
който
е
пак
измежду
тези
числа).
И за произволна
формула
φ
при наличие на равенството
φS,v
=
1
за дадена
оценка
v
в
S
ще казваме,
че
φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
Равенствата, чрез които осъществихме индукцията,
осигуряват
валидността
на
следните
твърдения
при
всеки
избор
на
оценка
v
в
S,
на
формули
φ,
ψ
и
на
променлива
ξ:
1.
Отрицанието
на
φ
е
вярно
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
φ
не
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
2.
Конюнкцията
на
φ
и
ψ
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
всяка
от
формулите
φ
и
ψ
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
3.
Дизюнкцията
на
φ
и
ψ
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
някоя
от
формулите
φ
и
ψ
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
4.
Генерализацията
на
φ
относно
ξ
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v[ξ→d]
за
всеки
елемент
d
на
множеството
D.
5.
Екзистенциализацията
на
φ
относно
ξ
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v[ξ→d]
за
някой
елемент
d
на
множеството
D.
Тези твърдения показват, че дефинираната тук семантика на неатомарните формули е в съгласие
с интуитивната им семантика, произтичаща от техния прочит и от семантиката на атомарните формули.
Пример
2.
Нека структурата
S
е както в пример 3 от текста
„Сигнатури
и структури“.
С
помощта
на
твърденията
1–5
ще изследваме кога са верни
неатомарните
формули
(3)–(11)
от споменатия текст:
- Формулата
(3)
не
е
вярна
в
S
при
никоя
оценка,
а
формулата
(5)
е
вярна
в
S
при
всяка
оценка.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Бидейки
конюнкция
на
формулите
(1)
и
(2),
формулата
(3)
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
всяка
от
формулите
(1)
и
(2)
е
вярна
в
S
при
оценката
v,
т.е.
точно
тогава,
когато
числото
v(x)
удовлетворява
невъзможното
изискване
да
е
едновременно
положително
и
отрицателно.
Значи
формулата
(3)
със
сигурност
е
невярна
в
S
при
оценката
v,
следователно
формулата
(5),
която
е
отрицанието
на
(3),
със
сигурност
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
- Формулата
(4)
е
вярна
в
S
точно
при
онези
оценки
v,
за
които
v(x)
е
различно
от 0.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Понеже
формулата
(4)
е
дизюнкция
на
формулите
(1)
и
(2),
за
да
бъде
тя
вярна
в
S
при
оценката
v,
необходимо
и
достатъчно
е
поне
една
от
формулите
(1)
и
(2)
да
е
вярна
в
S
при
оценката
v,
т.е.
числото
v(x)
да
е
положително
или
отрицателно.
Значи
(4)
е
вярна
при
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
v(x)
е
различно
от 0.
- Формулата
(6)
е
вярна
в
S
при
всяка
оценка.
- Формулата
(6)
е
отрицание
на
екзистенциализацията
на
(3)
относно
x.
Споменатата
екзистенциализация
да
бъде
вярна
в
S
при
дадена
оценка
v
би
означавало
формулата
(3)
да
бъде
вярна
в
S
при
оценката
v[x→d]
за
някое
d
от
D,
а
(3)
не
е
вярна
в
S
при
никоя
оценка.
Следователно
разглежданата
екзистенциализация
не
е
вярна
в
S
при
никоя
оценка
и
значи
(6)
е
вярна
в
S
при
всяка
оценка.
- Формулата
(7)
не
е
вярна
в
S
при
никоя
оценка.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Понеже
(7)
е
генерализация
на
(4)
относно
x,
за
да
бъде
(7)
е
вярна
в
S
при
оценката
v,
необходимо
и
достатъчно
е
(4)
да
е
вярна
в
S
при
оценката
v[x→d]
всяко
d
от
D.
При
d=0
обаче
формулата
(4)
не
е
вярна
в
S
при
оценката
v[x→d].
Следователно
формулата
(7)
не
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
- Формулата
(8)
е
вярна
в
S
точно
при
онези
оценки
v,
за
които
v(y)=v(x)+1.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Понеже
(8)
е
конюнкция
на
двете
формули
positive(difference(y,x)),
¬∃z (positive(difference(y,z))&positive(difference(z,x))),
за
верността
на
(8)
в
S
при
оценката
v
е
необходимо
и
достатъчно
всяка
от
въпросните
две
формули
да
е
вярна
в
S
при
оценката
v.
Първата
от
тях
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
v(y)>v(x),
а
втората
-
точно
тогава,
когато
в
S
при
оценката
v
не
е
вярна
формулата
∃z (positive(difference(y,z))&positive(difference(z,x))),
т.е.
точно
тогава,
когато
формулата
(positive(difference(y,z))&positive(difference(z,x)))
не
е
вярна
в
S
при
оценката
v[z→d]
за
никое
d
от
D.
Последното
е
равносилно
с
несъществуването
на
число
d
от
D,
удовлетворяващо
неравенствата
v(y)>d>v(x).
Да
не
съществува
такова
d
и
да
бъде
изпълнено
неравенството
v(y)>v(x)
е
равносилно
с
равенството
v(y)=v(x)+1.
- Формулата
(9)
е
вярна
в
S
при
всяка
оценка.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Като
използваме
последователно
твърденията
4
и
5,
виждаме,
че
за
да
бъде
вярна
(9)
в
S
при
оценката
v,
необходимо
и
достатъчно
е
за
всяко
d
от
D
да
съществува
такова
e
от
D,
че
формулата
(8)
да
е
вярна
в
S
при
оценката
v[x→d][y→e].
Тъй
като
верността
на
(8)
при
споменатата
оценка
е
равносилна
с
равенството
e=d+1,
ясно
е,
че
за
всяко
d
от
D
можем
да
осигурим
вярност
на
формулата
(8)
в
S
при
оценката
v[x→d][y→e],
вземайки
в
качеството
на
e
числото
d+1.
- Формулата
(10)
е
вярна
в
S
точно
при
онези
оценки
v,
за
които
v(x)
е
положително.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Понеже
(10)
е
генерализация
на
(1)
относно
y,
за
да
бъде
вярна
(10)
в
S
при
оценката
v,
необходимо
и
достатъчно
(1)
да
е
вярна
в
S
при
оценката
v[y→d]
за
всяко
d
от
D,
а
това
е
равносилно
с
условието
v(x)
да
е
положително.
- Формулата
(11)
е
вярна
в
S
точно
при
онези
оценки
v,
за
които
v(x)>2.
- Нека
v
е
произволна
оценка
в
S.
Понеже
(11)
е
екзистенциализация
относно
y
на
формулата
(positive(difference(x,y))&∃x (positive(difference(y,x))&positive(x))),
за
да
бъде
вярна
(11)
в
S
при
оценката
v,
необходимо
и
достатъчно
е
да
съществува
такова
d
от
D,
че
в
S
при
оценката
v[y→d]
да
бъде
вярна
всяка
от
двете
формули
positive(difference(x,y)),
∃x (positive(difference(y,x))&positive(x)).
Нека
d
е
произволно
число
от
D.
Верността
на
първата
от
тези
две
формули
в
S
при
оценката
v[y→d]
е
равносилна
с
условието
v(x)>d.
Верността
на
втората
в
S
при
оценката
v[y→d]
пък
е
равносилна
с
условието
да
съществува
такова
e
от
D,
че
всяка
от
двете
формули
positive(difference(y,x)),
positive(x)
да
е
вярна
в
S
при
оценката
v[y→d][x→e],
т.е.
със
съществуването
в
D
на
положително
число
e,
което
е
по-малко
от
d.
В
крайна
сметка
верността
на
формулата
(11)
в
S
при
оценката
v
се
оказва
равносилна
със
съществуването
на
числа
d
и
e
от
D,
удовлетворяващи
неравенствата
v(x)>d>e>0,
а
съществуването
на
такива
d
и
e
е
равносилно
с
неравенството
v(x)>2.
Забележка.
Твърденията
4
и
5
могат
да
бъдат
обобщени
по
следния
начин:
ако
v
е
оценка
в
S,
φ
е
формула
и
ξ1,
…,
ξk ,
където
k≥1,
са
променливи,
то
формулата
∀ξ1…∀ξk φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
при
всеки
избор
на
елементи
d1,
…,
dk
на
D
формулата
φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v[ξ1→d1]…[ξk→dk],
а
формулата
∃ξ1…∃ξk φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v
точно
тогава,
когато
при
някой
избор
на
елементи
d1,
…,
dk
на
D
формулата
φ
е
вярна
в
S
при
оценката
v[ξ1→d1]…[ξk→dk],
Доказателството
може
да
се
извърши
чрез
индукция
относно
k,
като
например
при
индуктивната
стъпка
се
използва
индуктивното
предположение
с
∀ξk+1φ
и
с
∃ξk+1φ
в
ролята
на φ.
Последно
изменение:
13.11.2008
г.