证明技巧:思路图
使用公理系统时,证明的「构思过程」与证明的「书写过程」大相径庭。思考过程往往从最后一步开始,逐步规约。来看两个例子
传递律的证明
\[A\rightarrow B, B\rightarrow C\vdash A\rightarrow C \]Thinking & Writing...
换位律的证明
\[\vdash(A\rightarrow(B\rightarrow C))\rightarrow (B\rightarrow(A\rightarrow C) ) \]Thinking & Writing...
证明技巧:待定公式法
E1
证明
\[\vdash \neg\neg P\rightarrow P \]容易想到应该用公理3,我们希望干这件事:
\[\begin{aligned} ??? &\rightarrow \neg \neg P\\ &\Downarrow\\ \neg P &\rightarrow\ ???\\ &\Downarrow\\ ??? &\rightarrow P \end{aligned} \]显然,我们需要一个公式\(???\)带着\(\neg\neg P\)来回转。那我们不妨令\(???=\neg\neg R\),从而
\[\neg\neg P\rightarrow(\neg\neg R\rightarrow \neg\neg P) \qquad \mathscr A_1 \]对\(\neg\neg R\rightarrow \neg\neg P\)用两次公理3,得到\(R\rightarrow P\),再用一次公理2,借助传递律和MP规则得
\[(\neg\neg P\rightarrow R) \rightarrow (\neg\neg P\rightarrow P) \]我们令\(\vdash \neg\neg P\rightarrow R\),显然可以取
\[\neg\neg P\rightarrow R \equiv \neg\neg P\rightarrow(Q\rightarrow \neg\neg P) \]于是可以回头构造证明
E2
证明
\[\vdash (A\rightarrow\neg A)\rightarrow \neg A \]显然我们可以用\(\vdash (\neg A\rightarrow A)\rightarrow A\)和\(\vdash (P\rightarrow Q)\rightarrow (\neg Q\rightarrow \neg P)\)快速解决这个题。
不过,如果我们从\(\neg A\)开始构造证明呢?
我们不妨设可以得到\(\neg\neg R\rightarrow \neg A\)
证明技巧:识别死胡同
我们的公理系统具有可靠性,也就是说,在语义层面
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它只能从永真的公式推演到永真的公式,不能从永真的公式推出不永真的公式
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它推出的公式中,后件可满足的情况一定比前件多,后件不可满足的情况一定比前件少,前件可满足时后件一定可满足。
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简而言之,它只能使结论/后件的永真性不断变强,不能使其变弱
所以,如果你发现以下情况,那说明你的证明思路是错的
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如果你想要证明一个(满足前提条件时)不是永真的公式,那你应该考虑给这个公式增加一些前件,或者调整它的结构,把它变成永真式
例如,如果见到\(B\rightarrow(A\rightarrow C)\),那说明你走错路了
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如果你想要通过证明\(A\rightarrow B\)来证明\(B\),或者想要通过\(R\rightarrow(A\rightarrow B)\)来证明\(R\rightarrow B\),但\(A\)并不是一个永真公式,那么除非你确定你有特殊方法做到这件事,否则你的\(A\)就太弱了,需要改成一个永真公式
例如,使用待定公式法时,设\(P\rightarrow(R\rightarrow Q)\),想得到\(P\rightarrow Q\),这时\(R\)通常必须是永真的
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简言之,如果\(A\prec B\),那么你既不能借助\(A\)推演出\(B\),也不能借助\(R\rightarrow(A\rightarrow B)\)推演出\(R\rightarrow B\)。这种情况下,你应该加强\(A\),使得\(A\succcurlyeq B\)