Konnektiivit. On myös huomattava, että vain joillakin luonnollisen kielen konnektiiveilla on vastineensa lauselogiikassa.

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus logiikkaan 1

Ratkaisu: Käytetään induktiota propositiolauseen A rakenteen suhteen. Alkuaskel. A = p i jollain i N. Koska v(p i ) = 1 kaikilla i N, saadaan


Luonnollisen päättelyn luotettavuus

-Matematiikka on aksiomaattinen järjestelmä. -uusi tieto voidaan perustella edellisten tietojen avulla, tätä kutsutaan todistamiseksi

Ratkaisu: Yksi tapa nähdä, että kaavat A (B C) ja (A B) (A C) ovat loogisesti ekvivalentit, on tehdä totuustaulu lauseelle

Induktio kaavan pituuden suhteen

LOGIIKAN PERUSKURSSI. Veikko Rantala Ari Virtanen

Kirjoita käyttäen propositiosymboleita, konnektiiveja ja sulkeita propositiologiikan lauseiksi:

Logiikan kertausta. TIE303 Formaalit menetelmät, kevät Antti-Juhani Kaijanaho. Jyväskylän yliopisto Tietotekniikan laitos.

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Loogiset konnektiivit

LOGIIKKA johdantoa

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotukset

Pikapaketti logiikkaan

4 Matemaattinen induktio

Tehtävä 1. Päättele resoluutiolla seuraavista klausuulijoukoista. a. 1 {p 3 } oletus. 4 {p 1, p 2, p 3 } oletus. 5 { p 1 } (1, 2) 7 (4, 6)

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotukset

Todistusteoriaa. Kun kielen syntaksi on tarkasti määritelty, voidaan myös määritellä täsmällisesti, mitä pätevällä päättelyllä tarkoitetaan.

Totuusjakaumat. Totuusjakauma eli valuaatio v on kuvaus v : {p 0, p 1, p 2,...} {0, 1}. Käytämme jatkossa joukolle {0, 1} merkintää B.

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

Propositiot: Propositiot ovat väitelauseita. Totuusfunktiot antavat niille totuusarvon T tai E.

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Heidi Luukkonen. Sahlqvistin kaavat

Induktiota käyttäen voidaan todistaa luonnollisia lukuja koskevia väitteitä, jotka ovat muotoa. väite P(n) on totta kaikille n = 0,1,2,...

Lisää kvanttoreista ja päättelyä sekä predikaattilogiikan totuustaulukot 1. Negaation siirto kvanttorin ohi

Approbatur 3, demo 1, ratkaisut A sanoo: Vähintään yksi meistä on retku. Tehtävänä on päätellä, mitä tyyppiä A ja B ovat.

Nimitys Symboli Merkitys Negaatio ei Konjuktio ja Disjunktio tai Implikaatio jos..., niin... Ekvivalenssi... jos ja vain jos...

Opintomoniste logiikan ja joukko-opin perusteista

Johdatus modaalilogiikkaan. Veikko Rantala Ari Virtanen

Logiikka I. Kaarlo Reipas 17. huhtikuuta 2012 Ψ. Tämä materiaali on vielä keskeneräinen. 1 Johdanto Mitä logiikka on?... 3

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

1 Logiikkaa. 1.1 Logiikan symbolit

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 16. maaliskuuta 2011

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

Ensimmäinen induktioperiaate

Ilpo Halonen Päätelmistä ja niiden pätevyydestä. Luonnehdintoja logiikasta 1. Johdatus logiikkaan. Luonnehdintoja logiikasta 2

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 2

Ensimmäinen induktioperiaate

Äärellisen mallin ominaisuus filtraation kautta

Matematiikan tukikurssi

811120P Diskreetit rakenteet

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 8. syyskuuta 2016

Johdatus logiikkaan I Harjoitus 4 Vihjeet

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 2 (opetusmoniste, lauselogiikka )

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 1 / vko 8

Johdatus matemaattiseen päättelyyn (5 op)

Kesälukio 2000 PK2 Tauluharjoituksia I Mallivastaukset

(2n 1) = n 2

Todistamisessa on tärkeää erottaa tapaukset, kun sääntö pätee joillakin tai kun sääntö pätee kaikilla. Esim. On olemassa reaaliluku x, jolle x = 5.

811120P Diskreetit rakenteet

4.3. Matemaattinen induktio

Modaalilogiikan ja predikaattilogiikan kaavojen vastaavuus

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

FI3 Tiedon ja todellisuuden filosofia LOGIIKKA. 1.1 Logiikan ymmärtämiseksi on tärkeää osata erottaa muoto ja sisältö toisistaan:

Johdatus matematiikkaan

Johdatus matematiikkaan

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

5.1 Semanttisten puiden muodostaminen

Logiikka 1/5 Sisältö ESITIEDOT:

Lauselogiikka Tautologia

Johdatus logiikkaan 1

8. Kieliopit ja kielet

Lause 5. (s. 50). Olkoot A ja B joukkoja. Tällöin seuraavat ehdot ovat

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

Predikaattilogiikkaa

Johdatus matematiikkaan

Diskreetit rakenteet. 3. Logiikka. Oulun yliopisto Tietojenkäsittelytieteiden laitos 2015 / 2016 Periodi 1

Äärellisten automaattien ja säännöllisten kielten ekvivalenssi

Jokaisen parittoman kokonaisluvun toinen potenssi on pariton.

13. Loogiset operaatiot 13.1

SAT-ongelman rajoitetut muodot

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

T Logiikka tietotekniikassa: perusteet Kevät 2008 Laskuharjoitus 5 (lauselogiikka ) A ( B C) A B C.

1. Logiikan ja joukko-opin alkeet

Modaalilogiikan täydellisyyslauseesta

Matematiikan perusteista logiikkaa ja joukko-oppia LaMa 1U syksyllä 2010

b) Määritä myös seuraavat joukot ja anna kussakin tapauksessa lyhyt sanallinen perustelu.

2. Minkä joukon määrittelee kaava P 0 (x 0 ) P 1 (x 0 ) mallissa M = ({0, 1, 2, 3}, P M 0, P M 1 ), kun P M 0 = {0, 1} ja P M 1 = {1, 2}?

Vastaoletuksen muodostaminen

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

2 Sanoja järjestävän funktion ohjelmoiminen

Insinöörimatematiikka A

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 7 (opetusmoniste, kappaleet )

Diskreetin matematiikan perusteet Malliratkaisut 2 / vko 38

LUKUTEORIA johdantoa

Vastaus 1. Lasketaan joukkojen alkiot, ja todetaan, että niitä on 3 molemmissa.

DFA:n käyttäytyminen ja säännölliset kielet

1 Lukujen jaollisuudesta

Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }?

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuhahmotelmia viikko 1. ( ) Jeremias Berg

Johdatus diskreettiin matematiikkaan (syksy 2009) Harjoitus 3, ratkaisuja Janne Korhonen

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

Predikaattilogiikan malli-teoreettinen semantiikka

a k+1 = 2a k + 1 = 2(2 k 1) + 1 = 2 k+1 1. xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx

Transkriptio:

Johdanto Lauselogiikassa tutkitaan sekä syntaktisella että semanttisella tasolla loogisia konnektiiveja ja niiden avulla muodostettuja kaavoja sekä myös formaalia päättelyä. Tarkastelemme aluksi klassisen lauselogiikan formaalia määrittelyä ja semanttisia kysymyksiä. Kurssin loppupuolella tarkastelemme lauselogiikan todistusteoriaa. On huomattava, että on olemassa lauselogiikoita, joissa syntaktiset tai semanttiset asiat on määritelty eri tavalla kuin klassisessa logiikassa.

Konnektiivit Loogiset konnektiivit vastaavat tiettyjä luonnollisen kielen ilmaisuja, jotka ovat tärkeitä myös ei-formaalissa matemaattisessa kielessä. Lauselogiikassa konnektiiveille annetaan täsmälliset semanttiset merkitykset. On siis huomattava, että merkitykset ovat sopimusluonteisia, joskin pyritään noudattelemaan luonnollisen kielen merkityksiä. Ne kuitenkin poikkeavat osittain vastaavista luonnollisen kielen ilmaisujen merkityksistä jo senkin takia, että jälkimmäiset eivät ole täysin yksikäsitteisiä. On myös huomattava, että vain joillakin luonnollisen kielen konnektiiveilla on vastineensa lauselogiikassa.

Konnektiivit Klassisen lauselogiikan konnektiivit ovat seuraavat: vastine merkintä luonnollisessa nimitys (vaihtoehtoinen) kielessä negaatio (, ) ei (ole niin, että... ) konjunktio (&) ja disjunktio tai implikaatio (, ) jos..., niin... ekvivalenssi (, ) jos ja vain jos

Kaavat Konnektiivien avulla muodostetaan kaavoista A ja B yhdistettyjä kaavoja seuraavasti: yhd. kaava luetaan nimitys A ei A A:n negaatio A B A ja B A:n ja B:n konjunktio A B A tai B A:n ja B:n disjunktio A B jos A, niin B A:n ja B:n implikaatio A B A, jos ja vain jos B A:n ja B:n ekvivalenssi.

Totuusfunktionaalisuus Käytämme usein kaavalle samaa nimitystä kuin sen ns. pääkonnektiiville ja puhumme esimerkiksi konjunktiosta A B, disjunktiosta A B, implikaatiosta A B jne. Loogiset konnektiivit ovat totuusfunktionaalisia, joka tarkoittaa, että kunkin yhdistetyn kaavan totuusarvo määräytyy yksikäsitteisesti sen osakaavojen totuusarvoista (edellinen on siis jälkimmäisten funktio). Tarkastelemme tarkemmin totuusfunktion käsitettä, kun olemme määritelleet täsmällisesti käyttämämme lauselogiikan kielen syntaksin.

Totuustaulut Totuusarvojen 1 (tosi) ja 0 (epätosi) määräytyminen voidaan esittää totuustaulujen avulla seuraavasti: Negaatio Konjunktio Disjunktio Implikaatio Ekvivalenssi A B A B A B A B A B A B A B A B A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 Oletamme, että tämän kaltaiset totuustaulut ovat lukijalle tuttuja ja että hän osaa myös muodostaa monimutkaisempien yhdistettyjen kaavojen totuustauluja.

Formalisointi Logiikassa pyritään määrittelemään täysin yksikäsitteisesti tarvittavat syntaktiset ja semanttiset käsitteet. Tähän päästään esimerkiksi formalisoimalla tarkasteltavan logiikan syntaksi ja määrittelemällä semanttiset käsitteet käyttäen joukko-opillista ja muuta matemaattista kieltä. Tutkimme nyt, miten lauselogiikan syntaksi formalisoidaan. Tarkoituksena on antaa sellainen määritelmä kaavalle, että periaatteessa voidaan annetusta merkkijonosta mekaanisesti todeta, onko se lauselogiikan kaava vai ei. Tämä edellyttää ensiksikin, että sovitaan, mitkä ovat ne syntaktiset merkit, joita saadaan käyttää, ja toiseksi, miten näitä merkkejä voidaan yhdistellä.

Peruskonnektiivit Sekä syntaktiset että semanttiset tarkastelut yksinkertaistuvat usein, jos valitaan peruskonnektiivit, joiden avulla muut konnektiivit voidaan määritellä. Peruskonnektiiveiksi voidaan ottaa negaatio yhdessä disjunktion, konjunktion tai implikaation kanssa. On myös mahdollista ottaa käyttöön kokonaan uusia konnektiiveja ja määritellä tutut konnektiivit näiden avulla. Käytämme ensin peruskonnektiiveina kaikkia klassia konnektiiveja. Myöhemmin teoreettisten tarkasteluiden yhteydessä valitsemme peruskonnektiiveiksi vain negaation ja konjunktion.

Perussymbolit Kiinnitetään nyt käytettävät perusmerkit, joista muut ilmaisut rakennetaan. Ne ovat perussymboleja (primitiivisymboleja), ja ne muodostavat aakkoston. Sovimme, että perussymbolit ovat seuraavat: p 0, p 1, p 2,... lausemuuttujat,,,, konnektiivit (, ) sulut. Lausemuuttujia kutsutaan joskus myös atomilauseiksi. Myös nimitystä propositiosymboli käytetään. Niitä on siis numeroituvasti ääretön määrä.

Objektikieli ja metakieli Lausemuuttujiksi voidaan valita myös jokin joukon {p 0, p 1, p 2,...} aito osajoukko. Myös konnektiiveista voidaan valita vain osa käytettäväksi, esimerkiksi negaatio ja konjunktio (joskus voidaan käyttää muitakin konnektiiveja kuin edellä esitellyt). Perussymbolit kuuluvat objektikieleen eli siihen formaalikieleen, jota tarkastelemme; samoin kohta määriteltävät kaavat. Meillä on oltava myös sopiva metakieli, jossa niihin voidaan viitata. Kirjaimet p, q, r, q 0, q 1, q 2... ovat metakieleen kuuluvia metavariaabeleita, jotka viittaavat lausemuuttujiin ja kirjaimet A, B, C,... metavariaabeleita, jotka viittaavat kaavoihin. Konnektiivit ja sulut viittaavat itseensä. Lisäksi metavariaabelit q 0, q 1, q 2,... viittavat aina eri lausemuuttujiin eli q i q j, jos i j.

Kaavat Seuraavaksi määritellään, mitä tarkoitetaan kaavalla. Tämä tapahtuu ns. kaavanmuodostussääntöjen avulla. Kaavat määritellään rekursiivisesti eli sopivalla tavalla askeleittain. Kukin määritelmän askel, paitsi ensimmäinen, määrittelee kaavan yksinkertaisempien kaavojen avulla. Olkoon L = (P, K), missä P {p 0, p 1, p 2,...} ja K on käytössä olevien konnektiivien joukko. Tässä oletamme, että K = {,,,, }. Kutsumme L-kaavaksi merkkijonoa, joka on muodostettu lausemuuttujista p i P, negaatiosta ja kaksipaikkaisista konnektiiveista seuraavien sääntöjen mukaisesti:

L-kaavat Kaavanmuodostussäännöt: 1. Lausemuuttujat p i P ovat L-kaavoja. 2. Jos A on L-kaava, niin A on L-kaava. 3. Jos A ja B ovat L-kaavoja ja {,,, }, niin (A B) on L-kaava. 4. Muita L-kaavoja ei ole. Jos P = {p 0, p 1, p 2,...}, niin kutsumme L-kaavaa yksinkertaisesti vain kaavaksi. Yleisestikin voimme käyttää L-kaavalle nimitystä kaava, jos tästä ei aiheudu väärinkäsityksen vaaraa.

Esimerkkejä Kaavassa A (huomaa, ettei tässä käytetä sulkeita) negaation ala on kaava A. Negaation alaan kuuluu siis sitä välittömästi seuraava lausemuuttuja tai sulkeiden sisällä oleva kaava. Esimerkki. Merkkijono ((p 1 p 2 ) p 5 ) on kaava. Tämä nähdään osoittamalla, miten se muodostetaan vaiheittain: p 1 ja p 2 ovat lausemuuttujina kaavoja, joten (p 1 p 2 ) on kaava. Samoin p 5 on kaava. Täten p 5 on kaava. Koska siis (p 1 p 2 ) ja p 5 ovat kaavoja, niin ((p 1 p 2 ) p 5 ) on kaava. Esimerkki. Merkkijono p 1 p 3 ei selvästikään ole kaava. Tämän täsmällinen todistaminen edellyttää ns. induktiotodistusta. Tarkasti ottaen myöskään merkkijonot p 1 p 2 ja p 1 p 2 p 3 eivät ole kaavoja (miksi?).

Pääkonnektiivi Rakennettaessa vaiheittain kaavaa lausemuuttujista lähtien jokaisessa vaiheessa käytetään yhtä konnektiivia. Viimeiseksi käytettyä konnektiivia kutsutaan kaavan pääkonnektiiviksi. Usein kaavoja käsiteltäessä on ensin löydettävä pääkonnektiivi. Esimerkki. Kaavan ((p 1 p 2 ) p 5 ) pääkonnektiivi on ekvivalenssi, kaavan (p 1 p 2 ) implikaatio ja kaavan p 5 pääkonnektiivi on negaatio.

Sulkujen poistaminen Kaavojen uloimmat sulut voidaan jättää pois. Sulkeiden määrää vähennetään myös sopimalla, mikä on kunkin konnektiivin (vaikutus)ala. Tämä on analogista aritmetiikassa määriteltävän oikean laskujärjestyksen kanssa. Sovitaan, että 1. negaatiolla on pienin (vaikutus)ala; 2. konjunktiolla ja disjunktiolla on pienempi ala kuin implikaatiolla ja ekvivalenssilla. Uloimpien sulkujen lisäksi jätetään pois sellaiset sulut, jotka eivät vaikuta konnektiivien alaan, kun eri konnektiivien aloilla on se keskinäinen järjestys joka on edellä esitetty.

Esimerkkejä Esimerkki. (( A B) C) lyhentyy muotoon A B C, koska disjunktion ala on suppeampi kuin implikaation. Esimerkki. ( A (B C)) lyhentyy muotoon A (B C). Jäljellä olevaa sulkuparia ei voi poistaa. Esimerkki. ((A B) C) lyhentyy muotoon (A B) C. Jäljellä olevaa sulkuparia ei voi poistaa, koska disjunktio ja konjunktio ovat samanarvoisia. Esimerkki. Kaavassa (A B C) olevaa sulkuparia ei voi poistaa, koska negaation ala on sitä välittömästi seuraava kaava.

Huomautus Kun on sovittu metavariaabelien käytöstä ja tarpeettomien sulkujen poistamisesta, niin voimme sanoa ilman sekaannusta, että kaikki näin saatavat ilmaisut ovat kaavoja, vaikka ne tarkasti ottaen vain viittaavat kaavoihin (siis tiettyihin objektikielen merkkijonoihin). Ne eivät itse asiassa ole kaavoja, koska ne eivät kuulu objektikieleen. Esim. metakielen ilmaisu p q r viittaa objektikielen kaavoihin, jotka ovat muotoa ((p q) r), ts. jotka saadaan tästä sijoittamalla p:n, q:n ja r:n paikalle mielivaltaisia lausemuuttujia. Analoginen sopimus vallitsee esimerkiksi matematiikassa, kun käytetään kirjaimia viittaamaan lukuihin, mutta kuitenkin sanotaan näistä kirjaimista, että ne ovat lukuja.

Induktio kaavan rakenteen suhteen Lauselogiikan kielen rekursiivinen määritelmä mahdollistaa kaavoja koskevien väitteiden todistamisen induktiolla kaavan rakenteen suhteen. Jos tehtävänä on todistaa, että jokaisella kaavalla A on ominaisuus O eli niin menetellään seuraavasti: O(A) aina, kun A on kaava, 1. Osoitetaan ensin, että O(p i ), kun i = 0, 1, 2,... 2. Tehdään induktio-oletus (lyhenne IO), että O(B) ja O(C) ja todistetaan induktioaskeleessa, että O( B), O(B C), O(B C), O(B C) ja O(B C).

Esimerkki Todistamme induktiolla, että jokaisessa lauselogiikan kaavassa A esiintyy yhtä monta sulkuparia (...) kuin kaksipaikkaista konnektiivia,,, tai. Kun A on lausemuuttuja p i, siinä ei esiinny yhtään konnektiivia eikä sulkua, joten väite on tällöin voimassa. Teemme seuraavaksi induktio-oletuksen, että lauselogiikan kaavoissa B ja C esiintyy yhtä monta sulkuparia kuin kaksipaikkaista konnektiivia. Olkoon A = B. Tällöin kaavassa A on yhtä monta sulkuparia kuin kaavassa B. Samoin kaavassa A on yhtä monta kaksipaikkaista konnektiivia kuin kaavassa B. Induktio-oletuksen mukaan kaavassa B sulkuparien ja kaksipaikkaisten konnektiivien lukumäärät ovat samat, joten myös kaavassa A esiintyy yhtä monta sulkuparia kuin kaksipaikkaista konnektiivia.

Esimerkki; jatkoa Olkoon A = (B C). Olkoon kaavassa B m ja kaavassa C n sulkuparia. Induktio-oletuksen mukaan tällöin kaavassa B esiintyy m ja kaavassa n kaksipaikkaista konnektiivia. Kaavassa (B C) esiintyy nyt yksi sulkupari enemmän kuin mitä kaavoissa B ja C on yhteensä eli m + n + 1 sulkuparia. Kaavojen B ja C kaksipaikkaisten konnektiivien lisäksi kaavassa (B C) esiintyy vielä konjunktio, joten yhteensä kaksipaikkaisia konnektiiveja on m + n + 1. Täten kaavassa A = (B C) esiintyy yhtä monta sulkuparia kuin kaksipaikkaista konnektiivia. Tapaukset A = (B C), A = (B C) ja A = (B C) käsitellään vastaavasti.

Edellä olevan esimerkin tuloksen perusteella näemme, että merkkijonot p 1 p 3, (p 1 p 3 ) ja ((p 1 p 2 )) eivät ole kaavoja. Selvästikään myöskään merkkijono ((p 1 p 3 )) ei ole lauselogiikan kaava. Yksi tapa todistaa tämä on osoittaa induktiolla, että missään kaavassa ei esiinny kahta peräkkäistä kaksipaikkaista konnektiivia. Induktioaskeleessa tulee kuitenkin ongelma: tapauksessa A = (B C) pitää tietää, että kaava B ei voi päättyä konnektiiviin eikä kaava C alkaa konnektiivilla (paitsi mahdollisesti negaatiolla). Induktioväitteeksi kannattaakin valita väite mikään kaava ei pääty eikä ala kaksipaikkaisella konnektiivilla eikä sisällä kahta peräkkäistä kaksipaikkaista konnektiivia, joka on helppo todistaa induktiolla oikeaksi.

Edellä olevan esimerkin induktiotodistus on hieman epätäsmällinen johtuen siitä, että käsiteparia sulkuparien lukumäärä ja kaksipaikkaisten konnektiivien lukumäärä ei määritelty täsmällisesti. Sen lisäksi, että kielen rekursiivinen määrittely oikeuttaa induktiolla tapahtuvat todistukset, se myös mahdollistaa monien kaavoja koskevien käsitteiden rekursiivisen (eli induktiivisen) määrittelemisen. Perehdymme seuraavaksi tällaisiin määritelmiin ja annamme lisää esimerkkejä induktiotodistuksista.

Rekursiivisia määritelmiä Käytämme tässä symbolia edustamaan mitä tahansa konnektiivia,,, tai. Määrittelemme lauselogiikan kaavan vasemmanpuoleisten (lp) ja oikeanpuoleisten (rp) sulkujen ja konnektiivien (ml. negaatio) k lukumäärät rekursiolla seuraavasti: lp(p i ) = rp(p i ) = k(p i ) = 0, lp( B) = lp(b), rp( B) = rp(b), k( B) = k(b) + 1, lp(b C) = lp(b) + lp(c) + 1, rp(b C) = rp(b) + rp(c) + 1, k(b C) = k(b) + k(c) + 1,

Esimerkki Koska vasemman- ja oikeanpuoleisten sulkujen lukumäärä on määritelty samalla tavalla, niin selvästi lp(a) = rp(a). Todistamme nyt induktiolla, että aina kun A on kaava, niin lp(a) k(a). ( ) Kun A = p i, niin lp(a) = k(a) = 0, ja väite on voimassa. Teemme induktio-oletuksen, että lp(b) k(b) ja lp(c) k(c). Tarkastelemme tapausta A = B. Tällöin lp( B) = lp(b) IO k(b) < k(b) + 1 = k( B). Tapauksessa A = (B C) nähdään, että lp(b C) = lp(b) + lp(c) + 1 IO k(b) + k(c) + 1 = k(b C). Induktioperiaatteen perusteella väite ( ) on voimassa.

Rakennepuu ja alikaavat Kaavan A rakennepuu T (A) määritellään seuraavasti: T (p i ) = p i, T ( B) = B T (B), T (B C) = (B C). T (B) T (C) Esimerkki. (( A B) C) ( A ( B C) ) /\ /\ ( A B) C A (B C) /\ /\ A B A B C A

Esimerkkejä Esimerkki. (( A B ) C) ( A B ) /\ (A B) C (A B) /\ /\ A B A B Esimerkki. Kaavan ((p 1 p 2 ) p 5 ) rakennepuu on: (( p 1 p 2 ) p 5 ) /\ (p 1 p 2 ) p 5 /\ p 1 p 2 p 5 p 5

Alikaavat Kaavan A rakennepuussa esiintyviä kaavoja kutsutaan kaavan A alikaavoiksi. Kaavan A alikaavojen joukko sub(a) voidaan rekursiivisesti määritellä seuraavasti: sub(p i ) = {p i }, sub( A) = { A} sub(a), sub(a B) = {(A B)} sub(a) sub(b). Tehtäessä rakennepuita ja lueteltaessa alikaavoja sulkuja voidaan jättää pois tekemämme sopimuksen mukaisesti.

Esimerkki Esimerkki. Kaavan (p (q r)) rakennepuu on p q r p q r q r r Sen alikaavojen joukko on {p q r, p, q r, q, r, r}.

Sijoitus Sijoituksella A[B/p] tarkoitetaan kaavaa, joka saadaan kaavasta A korvaamalla siinä jokainen lausemuuttujan p esiintymä kaavalla B. Jos p ei esiinny kaavassa A, saadaan kaava A itse. Esimerkki. Olkoon A = p (q p). Tällöin A[r/p] = r (q r), A[p/r] = A (koska r ei esiinny kaavassa A), A[(q q)/p] = (q q) (q (q q)). Yleisesti sijoituksella A[B 1 /q 1 /, B 2 /q 2,..., B k /q k ] tarkoitetaan kaavaa, joka saadaan kaavasta A korvaamalla kaavalla B i lausemuuttujan q i esiintymä (i = 1, 2,..., k). Nämä korvaamiset on tehtävä samanaikaisesti.

Sijoitus Sijoitus A[B 1 /q 1 /, B 2 /q 2,..., B k /q k ] voidaan määritellä rekursiivisesti toteamalla, että yhdistetyille kaavoille pätevät säännöt ( B)[B 1 /q 1,..., B k /q k ] = B[B 1 /q 1,..., B k /q k ], (B C)[B 1 /q 1,..., B k /q k ] = B[B 1 /q 1,..., B k /q k ] C[B 1 /q 1 /,..., B k /q k ], jossa siis {,,, }, ja määrittelemällä lausemuuttujille { B i, jos i {1, 2,..., k}: q = q i, q[b 1 /q 1, B 2 /q 2,..., B k /q k ] = q muulloin.

Sijoitus Esimerkki. Olkoon A = p (q p), missä p q. Tällöin A[B/p, C/q] = B (C B), A[B/p, B/q] = B (B B). Voidaan myös määritellä sijoitus, jossa lausemuuttuujien sijasta korvataan yhdistettyjä kaavoja toisilla kaavoilla. Tällöin määritelmän alkuaskel olisi { Bi jos D = C D[B 1 /C 1,..., B k /C k ] = i, D jos C 1, C 2,..., C k eivät esiinny kaavassa D.