Operator konsekwencji

Operator konsekwencji – pojęcie wprowadzone do logiki przez Alfreda Tarskiego. Motywacją dla jego wprowadzenia była formalizacja pojęcia konsekwencji określonego zbioru przesłanek.

Definicja

Niech E będzie dowolnym zbiorem. Operatorem konsekwencji w zbiorze E jest funkcja 𝐂𝐧:𝒫(E)→𝒫(E) spełniająca warunki:

X⊆𝐂𝐧(X)
(1)
X⊆Y⇒𝐂𝐧(X)⊆𝐂𝐧(Y)
(2)
𝐂𝐧(𝐂𝐧(X))⊆𝐂𝐧(X),
(3)

dla X,Y⊆E,

przy czym (1) i (3) implikują, że

𝐂𝐧(𝐂𝐧(X))=𝐂𝐧(X)
(4)

Co więcej, warunki (1) – (3), równoważne są warunkowi:

X⊆𝐂𝐧(Y)⇔𝐂𝐧(X)⊆𝐂𝐧(Y),
(5)

Zbiory sprzeczne

Zbiór X⊆E jest 𝐂𝐧-sprzeczny, jeśli

𝐂𝐧(X)=E

Zbiór, który nie jest 𝐂𝐧-sprzeczny, jest 𝐂𝐧-niesprzeczny.

Teorie, zupełność

Punkty stałe operatora konsekwencji nazywa się czasem jego teoriami.

Teoria 𝐂𝐧-zupełna, to maksymalna teoria 𝐂𝐧-niesprzeczna:

X∈𝐂𝐦𝐩𝐥(𝐂𝐧)⇔X=𝐂𝐧(X)≠E∧⋀Y⊋X𝐂𝐧(Y)=E
Uwaga.

Rodzina 𝐓𝐡𝐂𝐧 wszystkich 𝐂𝐧-teorii z działaniami

X⊓Y=X∩YiX⊔Y=𝐂𝐧(X∪Y),X,Y∈𝐓𝐡𝐂𝐧

jest kratą zupełną.

dowód.
  1. Jeśli Xj,j∈J, są teoriami, to
𝐂𝐧(⋂j∈JXj)⊆⋂j∈J𝐂𝐧(Xj)=⋂j∈JXj⊆𝐂𝐧(⋂j∈JXj).
W szczególności część wspólna dwóch teorii jest teorią, czyli w rodzinie teorii zbiór X∩Y jest kresem dolnym pary teorii XiY. Aby pokazać, że 𝐂𝐧(X∪Y) jest kresem górnym pary teorii XiY, niech Z będzie teorią ograniczającą obie te teorie z góry. Wówczas 𝐂𝐧(X∪Y)⊆𝐂𝐧(Z)=Z, co kończy dowód.
2. Zupełność. Jeśli Xj,j∈J, są teoriami, to ⋂j∈JXj=𝐢𝐧𝐟j∈JXj oraz 𝐂𝐧(⋃j∈JXj)=𝐬𝐮𝐩j∈JXj.◻

Krata 𝐓𝐡𝐂𝐧 nie musi być rozdzielna.

Zwartość

Operator konsekwencji jest zwarty, jeśli każdy zbiór 𝐂𝐧-sprzeczny zawiera skończony 𝐂𝐧-sprzeczny podzbiór.

Twierdzenia Lindenbauma

Dla zwartych operatorów konsekwencji zachodzi następujące twierdzenie:

Twierdzenie (Lindenbaum)

Załóżmy, że 𝐂𝐧 jest zwarta. Jeśli X jest niesprzeczne, to istnieje zupełna teoria zupełna X⋆ zawierająca X.

Znane także w nieco ogólniejszej wersji pod postacią:

Twierdzenie (relatywne tw. Lindenbauma)

Niech X będzie teorią i niech e∉X będzie takie, że dla jakiegokolwiek Y z tego, że e∈𝐂𝐧(Y) wynika, że e∈𝐂𝐧(Y0), dla pewnego skończonego Y0⊆Y. Wówczas istnieje teoria X⋆ zawierająca X, dla której e∈𝐂𝐧(X⋆∪{c}) o ile tylko c∉X⋆.

Oba twierdzenia łatwo się dowodzi z Lematu Kuratowskiego-Zorna. Okazuje się jednak, że są one równoważne Pewnikowi Wyboru.

Niech bowiem 𝒜 będzie parami rozłączną niepustą rodziną zbiorów niepustych, niech E=⋃𝒜 i niech 𝐂𝐧(X)={X, jeśli |A∩X|⩽1 dla A∈𝒜E, w przc. wyp.. 𝐂𝐧(X) jest zwarty i ∅ jest 𝐂𝐧-niesprzeczne. Istnieje zatem 𝐂𝐧-zupełna teoria X⋆. #(X⋆∩A)⩽2,A∈𝒜. Gdyby dla pewnego A∈𝒜 przekrój X⋆∩A był pusty, to zbiór X⋆∪{a} byłby niesprzecznym rozszerzeniem zbioru X⋆, co jest niemożliwe.

To wystarczy, bowiem pierwsze z twierdzeń Lindenbauma wynika z twierdzenia drugiego.

Finitarność

Operator konsekwencji jest finitarny, jeśli

e∈𝐂𝐧(X)⇒⋁X0⊆X(X0- skończony∧e∈𝐂𝐧(X0))
Uwaga.

Finitarny operator konsekwencji ze skończonym zbiorem sprzecznym jest zwarty.

Dowód.

Niech X⋆={e1,…,en} będzie skończonym zbiorem sprzecznym i niech dany będzie dowolny sprzeczny X. Wówczas e1,…,en∈E=𝐂𝐧(X), skąd z finitarności, istnieją X1,…,Xn⊆X, dla których e1∈𝐂𝐧(X1),…,en∈𝐂𝐧(Xn). Wówczas jednak, X0=X1∪…∪Xn⊆X jest sprzeczny.

◻

Uwaga ta jest o tyle istotna, że zazwyczaj rozpatrywane operatory konsekwencji są finitarne i mają wręcz jedno-, góra dwuelementowe zbiory sprzeczne.

W niektórych przypadkach, istnieje operacja N:E→E o tej własności, że

e∈𝐂𝐧(X)⇔𝐂𝐧(X∪{Ne})e∈E,X⊆E.

Wówczas zachodzi:

Fakt. Operator 𝐂𝐧 jest finitarny wtedy i tylko wtedy, gdy jest zwarty.

Pokazać jedynie trzeba, że jeśli operator ten jest finitarny, to jest skończony. Niech zatem e∈𝐂𝐧(X). Wówczas 𝐂𝐧(X∪{Ne}) jest sprzeczny. Istnieje zatem skończony X0⊆X, dla którego 𝐂𝐧(X0∪{Ne}) jest sprzeczny. To jednak znaczy, że e∈𝐂𝐧(X0), co kończy dowód.

Strukturalność

Jeśli E jest zbiorem formuł pewnego języka zdaniowego, to operator konsekwencji 𝐂𝐧 jest strukturalny, jeśli dla dowolnego homomorfizmu h języka zachodzi:

e∈𝐂𝐧(X)⇒h(e)∈𝐂𝐧(h``X), dla e∈E,X⊆E.

Komentarze

Z każdym systemem formalnym 𝔖 związany jest operator konsekwencji 𝐂𝐧𝔖 (zob. systemów formalnych). Z drugiej strony, mając operator konsekwencji 𝐂𝐧 w zbiorze E, można rozważać system formalny 𝔖𝐂𝐧=⟨E,{⊢𝐂𝐧},𝐂𝐧(∅)⟩, gdzie ⊢𝐂𝐧={⟨Π,e⟩:e∈𝐂𝐧(Π)}. Wówczas 𝐂𝐧(𝔖𝐂𝐧)=𝐂𝐧. Ponadto, wychodząc od systemu formalnego 𝔖 i następnie konstruując w wyżej wymieniony sposób system 𝔖⋆ dla 𝐂𝐧𝔖, okaże się, że systemy 𝔖 i 𝔖⋆ są równoważne. Można powiedzieć nawet więcej: systemy formalne są równoważne wtedy i tylko wtedy, gdy wyznaczają te same operatory konsekwencji.

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ Wojciech Dzik, The Existence of Lindenbaum’s Extensions Is Equivalent to the Axiom of Choice. 13, 1981, 29-31.

Bibliografia