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Hey, Emacs, -*- latex -*- , get it? +\documentclass[mathserif,a4paper,aspectratio=169]{beamer} +%\documentclass[a4paper]{article} +%\usepackage[envcountsect,noxcolor]{beamerarticle} +\usepackage[shorthands=off,french]{babel} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage[T1]{fontenc} +\usepackage{lmodern} +\DeclareUnicodeCharacter{00A0}{~} +\DeclareUnicodeCharacter{2026}{...} +% Beamer theme: +\usetheme{Goettingen} +%\usecolortheme{albatross} +%\usecolortheme{lily} +%\setbeamercovered{transparent} +% A tribute to the worthy AMS: +\usepackage{amsmath} +\usepackage{amsfonts} +\usepackage{amssymb} +\usepackage{amsthm} +% +\usepackage{mathrsfs} +\usepackage{mathpartir} +\usepackage{flagderiv} +% +\usepackage{graphicx} +\usepackage{tikz} +\usetikzlibrary{arrows,automata,calc} +% +\newcommand{\itempoint}{\strut\hbox{\color{beamerstructure}\donotcoloroutermaths$\blacktriangleright$}\nobreak\hskip.5em plus.5em\relax} +\renewcommand{\thefootnote}{\textdagger} +\newcommand{\dbllangle}{\mathopen{\langle\!\langle}} +\newcommand{\dblrangle}{\mathclose{\rangle\!\rangle}} +%\newcommand{\dottedlimp}{\mathbin{\dot\Rightarrow}} +%\newcommand{\dottedland}{\mathbin{\dot\land}} +%\newcommand{\dottedlor}{\mathbin{\dot\lor}} +%\newcommand{\dottedtop}{\mathord{\dot\top}} +%\newcommand{\dottedbot}{\mathord{\dot\bot}} +%\newcommand{\dottedneg}{\mathop{\dot\neg}} +\mathchardef\emdash="07C\relax +\newcommand{\mpdotsabove}[1]{\inferrule*{\vdots}{#1}} +%\setlength{\derivskip}{4pt} +% +% +% +\title{Introduction aux quantificateurs} +\subtitle{INF110 (Logique et Fondements de l'Informatique)} +\author[David Madore]{David A. Madore\\ +{\footnotesize Télécom Paris}\\ +\texttt{david.madore@enst.fr}} +\date{2023–2024} +\mode<presentation>{% +\beamertemplatenavigationsymbolsempty +\usenavigationsymbolstemplate{\vbox{\hbox{\footnotesize\hyperlinkslideprev{$\leftarrow$}\insertframenumber/\inserttotalframenumber\hyperlinkslidenext{$\rightarrow$}}}} +} +\setbeamercolor{myhighlight}{fg=black,bg=white!90!green} +\colorlet{mydarkgreen}{green!50!black} +\begin{document} +\mode<article>{\maketitle} +% +\setlength\abovedisplayskip{2pt plus 2pt minus 2pt} +\setlength\belowdisplayskip{2pt plus 2pt minus 2pt} +% +\begin{frame} +\titlepage +{\footnotesize\center{\url{http://perso.enst.fr/madore/inf110/transp-inf110.pdf}}\par} +{\tiny +\immediate\write18{sh ./vc > vcline.tex} +\begin{center} +Git: \input{vcline.tex} +\end{center} +\immediate\write18{echo ' (stale)' >> vcline.tex} +\par} +\end{frame} +% +\section*{Plan} +\begin{frame} +\frametitle{Plan} +\tableofcontents +\end{frame} +% +\section{Les quantificateurs : discussion informelle} +\begin{frame} +\frametitle{Limitations du calcul propositionnel} + +\itempoint On a parlé pour l'instant de \textbf{calcul + propositionnel}, qui ne connaît que les affirmations logiques et les +connecteurs propositionnels $\Rightarrow,\land,\lor,\top,\bot$. + +\medskip + +\itempoint Mais il y a deux notations logiques essentielles en +mathématiques au-delà de ces connecteurs : les +\textbf{quantificateurs} $\forall,\exists$, qui : +\begin{itemize} +\item prennent une formule $P(x)$ dépendant d'une variable $x$ libre, +\item lient cette variable pour former une nouvelle formule $\forall + x. P(x)$ ou $\exists x. P(x)$. +\end{itemize} + +\medskip + +\itempoint Intuitivement, il faut penser à $\forall$ et $\exists$ +comme des « $\land$ et $\lor$ en famille », c'est-à-dire que : +\begin{itemize} +\item $\forall x.P(x)$, parfois noté $\bigwedge_x P(x)$ est à $P\land + Q$ ce que $\prod_i p_i$ est à $p\times q$, +\item $\exists x.P(x)$, parfois noté $\bigvee_x P(x)$ est à $P\lor Q$ + ce que $\sum_i p_i$ est à $p + q$. +\end{itemize} + +\medskip + +\itempoint Il existe de \alert{nombreux systèmes logiques} différant +notamment en \alert{ce qu'on a le droit de quantifier} (qui sont les +$x$ ici ?). + +\smallskip + +\textcolor{brown}{Commençons par une discussion informelle de + $\forall$ et $\exists$.} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{L'interprétation BHK des quantificateurs} + +On a déjà vu l'interprétation informelle des connecteurs, on introduit +maintenant les quantificateurs : + +\begin{itemize} +\item {\color{darkgray} un témoignage de $P\land Q$, est un témoignage + de $P$ et un de $Q$,} +\item {\color{darkgray} un témoignage de $P\lor Q$, est un témoignage + de $P$ ou un de $Q$, et la donnée duquel des deux on a choisi,} +\item {\color{darkgray} un témoignage de $P\Rightarrow Q$ est un moyen + de transformer un témoignage de $P$ en un témoignage de $Q$,} +\item {\color{darkgray} un témoignage de $\top$ est trivial,} \quad + \itempoint {\color{darkgray} un témoignage de $\bot$ n'existe pas,} +\item un témoignage de $\forall x.P(x)$ est un moyen + de transformer un $x$ quelconque en un témoignage de $P(x)$, +\item un témoignage de $\exists x.P(x)$ est la donnée d'un certain + $x_0$ et d'un témoignage de $P(x_0)$. +\end{itemize} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Curry-Howard pour le $\forall$} + +\itempoint On a vu que Curry-Howard fait correspondre +\alert{conjonction logique} $P\land Q$ {\footnotesize (« un témoignage + de $P$ et un de $Q$ »)} avec \alert{type produit} $\sigma\times\tau$ + {\footnotesize (« une valeur de $\sigma$ et une de $\tau$ »)}. + +\medskip + +\itempoint De façon analogue, la \alert{quantification universelle} +$\forall x. P(x)$ {\footnotesize (« une façon de transformer $x$ en un + témoignage de $P(x)$ »)}, qui est une sorte de \emph{conjonction en +famille} $\bigwedge_x P(x)$, correspondra au \alert{type produit en + famille} $\prod_x \sigma(x)$ {\footnotesize (« fonction renvoyant + une valeur de $\sigma(x)$ pour chaque $x$ »)}. + +\medskip + +\itempoint Ceci présuppose l'existence de \alert{familles de types} $x +\mapsto \sigma(x)$ (= types dépendant de quelque chose) dont on puisse +prendre le produit. + +\medskip + +\itempoint Une preuve de $\forall x.P(x)$ correspondra à un terme de +forme $\lambda(x:{?}).\,(\cdots)$, où le type de $(\cdots)$ correspond +à $P(x)$. + +\medskip + +\itempoint Remarquer que $\forall x.P$, si $P$ ne dépend pas de $x$, +« ressemble » à $I \Rightarrow P$ de la même manière que $\prod_{i\in + I} X = X^I$. {\footnotesize (Les détails dépendent de la nature de + la quantification.)} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Curry-Howard pour le $\exists$} + +\itempoint On a vu que Curry-Howard fait correspondre +\alert{conjonction logique} $P\lor Q$ {\footnotesize (« un témoignage + de $P$ ou un de $Q$, avec la donnée duquel on a choisi »)} avec +\alert{type somme} $\sigma+\tau$ {\footnotesize (« une valeur de + $\sigma$ ou une de $\tau$, avec un sélecteur entre les deux »)}. + +\medskip + +\itempoint De façon analogue, la \alert{quantification existentielle} +$\exists x. P(x)$ {\footnotesize (« la donnée d'un $x_0$ et d'un + témoignage de $P(x_0)$ »)}, qui est une sorte de \emph{disjonction +en famille} $\bigvee_x P(x)$, correspondra au \alert{type somme en + famille} $\sum_x \sigma(x)$ {\footnotesize (« donnée d'un $x_0$ et + d'une valeur de type $\sigma(x_0)$ »)}. + +\medskip + +\itempoint Une preuve de $\exists x.P(x)$ correspondra à un terme de +forme $\langle x_0, \cdots\rangle$, où le type de $(\cdots)$ +correspond à $P(x_0)$. {\footnotesize (De nouveau, il faut des + « familles de types ».)} + +\medskip + +\itempoint Remarquer que $\exists x.P$, si $P$ ne dépend pas de $x$, +« ressemble » à $I \times P$ de la même manière que $\sum_{i\in I} X = +I\times X$. {\footnotesize (Les détails dépendent de la nature de la + quantification.)} + +\medskip + +\itempoint Mais Curry-Howard atteint ses limites : il n'est pas dit +que d'une preuve de $\exists x.P(x)$ on \alert{puisse extraire} le +$x_0$ correspondant dans autre chose qu'une preuve. {\footnotesize + (Les détails dépendent du système logique précis considéré {\tiny et + si Martin-Löf est dans la salle}.)} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Le problème du $\exists$ et des types sommes} + +Doit-on croire à ceci (pour $U$ et $V$ deux types) ? +\[ +(\forall(x:U).\,\exists(y:V).\,P(x,y)) +\Rightarrow +(\exists(f:U\Rightarrow V).\,\forall(x:U).\,P(x,f(x))) +\] + +\medskip + +{\footnotesize (Cet énoncé porte le nom d'\alert{axiome du choix} : + c'est un analogue pour la théorie des types de l'axiome du choix (de + Zermelo) en théorie des ensembles.)\par} + +\medskip + +\itempoint Si on voit $\forall$ et $\exists$ comme des types produit +et \alert{somme} en famille respectivement, \alert{oui} : +$\forall(x:U).\,\exists(y:V).\,P(x,y)$ représente une fonction qui +prend un $x$ de type $U$ et renvoie un $y$ de type $V$ ainsi qu'un +$P(x,y)$ correspondant : on peut collecter tous ces $y$ en une +fonction $f : U \Rightarrow V$. + +\medskip + +\itempoint Si on voit $\exists$ comme un quantificateur +\alert{logique}, alors \alert{non} : le $y$ renvoyé par $\exists$ ne +peut servir qu'à l'intérieur d'une preuve, pas être collecté en une +fonction. + +\medskip + +\itempoint C'est ici la différence principale entre des systèmes comme +Coq (où l'énoncé ci-dessus ne sera pas prouvable pour $P : U\times V +\to \mathit{Prop}$) et les systèmes à la Martin-Löf comme Agda (où +Curry-Howard est suivi « jusqu'au bout » : il n'y a pas de $\exists$ +uniquement logique). + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Imprédicativité} + +\itempoint On appelle \textbf{imprédicativité} la possibilité de +définir une proposition ou un type en quantifiant sur toutes les +propositions ou types \alert{y compris celui qu'on définit} : c'est +une forme de circularité. + +\medskip + +\itempoint P.ex., $\forall (Z:*).\, (Z \Rightarrow A)$ représente le +type des fonctions capables de renvoyer un type $A$ à partir d'un type +$Z$ quelconque, y compris celui qu'on définit. + +\smallskip + +Cette imprédicativité est utile pour définir des constructions sur les +types. + +\medskip + +{\footnotesize + +Exemples (informellement, et en notant « $*$ » le « type des types » +imprédicatif) : +\begin{itemize} +\item $A \; \cong \; \forall (Z:*).\, (Z \Rightarrow A)$ : donné une + valeur $x$ de type $A$ on peut en fabriquer une de type + $Z\Rightarrow A$ comme $\lambda(z:Z).\, x$ pour tout type $Z$, mais + réciproquement, donné une valeur de type $\forall (Z:*).\, (Z + \Rightarrow A)$ on peut l'appliquer à $Z = \top$ pour obtenir une + valeur de type $A$. +\item $A \; \cong \; \forall (Z:*).\, ((A \Rightarrow Z) \Rightarrow + Z)$ : dans un sens on fabrique $\lambda(k:A \Rightarrow Z).\, kx$ + comme pour le CPS, dans l'autre sens, appliquer à $Z = A$ et + l'identité. +\item $\bot \; \cong \; \forall (Z:*).\, Z$ +\quad\itempoint $A\land B \; \cong \; \forall (Z:*).\, ((A \Rightarrow B + \Rightarrow Z) \Rightarrow Z)$ +\item $A\lor B \; \cong \; \forall (Z:*).\, ((A \Rightarrow Z) + \Rightarrow (B\Rightarrow Z) \Rightarrow Z)$ +\end{itemize} + +\par} + +\medskip + +\itempoint Cela \alert{peut} donner des incohérences logiques +(paradoxe de Girard). + +\end{frame} +% +\section{Logique du premier ordre} +\begin{frame} +\frametitle{Logique du premier ordre : principe} + +\itempoint La \textbf{logique du premier ordre} ou \textbf{calcul des + prédicats} est la plus simple qui ajoute les quantificateurs. Les +« choses » sur lesquelles on a le droit de quantifier s'appellent des +\textbf{individus}. + +\medskip + +\itempoint Côté typage, elle n'est pas très heureuse : les +« individus » apparaissent comme un type unique, \textit{ad hoc}, +qu'on ne peut presque pas manipuler (la logique ne permet pas de faire +des couples, fonctions, etc., des individus). + +\medskip + +\itempoint Néanmoins, elle a une \alert{grande importance + mathématique} car le dogme « orthodoxe » est que : +\begin{center} +Les mathématiques se font dans la « théorie des ensembles\\de +Zermelo-Fraenkel en logique du premier ordre » ($\mathsf{ZFC}$). +\end{center} + +Le manque d'expressivité de la logique (pas de couples, fonctions, +etc.) est \alert{compensé par la théorie elle-même} (constructions +ensemblistes des couples, fonctions, etc.). + +\medskip + +{\footnotesize\itempoint La \alert{sémantique} (Tarskienne) de la + logique du premier ordre a aussi des propriétés agréables (théorème + de complétude de Gödel).\par} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Logique du premier ordre : sortes de variables et syntaxe} + +\itempoint En (pure) logique du premier ordre, on a diverses sortes de +variables : +\begin{itemize} +\item les \textbf{variables d'individus} ($x$, $y$, $z$...) en nombre + illimité, +\item les \textbf{variables de prédicats} $n$-aires, ou de + \textbf{relations} $n$-aires [entre individus] ($A^{(n)}$, + $B^{(n)}$, $C^{(n)}$...), pour chaque entier naturel $n$. +\end{itemize} + +\medskip + +\itempoint L'indication d'arité des variables de prédicats est +généralement omise (elle peut se lire sur la formule). + +\medskip + +\itempoint Une \textbf{formule} (logique) est (inductivement) : +\begin{itemize} +\item l'application $A^{(n)}(x_1,\ldots,x_n)$ d'une variable + propositionnelle à $n$ variables d'individus, +\item l'application d'un connecteur : $(P\Rightarrow Q)$, $(P\land + Q)$, $(P\lor Q)$ où $P,Q$ sont deux formules, ou encore $\top$, + $\bot$, +\item une quantification : $\forall x.P$ ou $\exists x.P$, qui + \alert{lie} la variable d'individu $x$ dans $P$. +\end{itemize} + +\medskip + +\itempoint\alert{On ne peut quantifier que sur les individus + (« premier ordre »).} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Exemples de formules du premier ordre} + +\itempoint Les \textbf{formules propositionnelles} sont encore des +formules du premier ordre, en interprétant chaque variable +propositionnelle comme une variable de prédicat $0$-aire +(« nullaire ») : $A\land B \Rightarrow B\land A$ par exemple. + +\bigskip + +Autres exemples (qui seront par ailleurs tous démontrables) : +\begin{itemize} +\item $(\forall x.A(x)) \land (\exists x.\top) \Rightarrow (\exists + x.A(x))$ (ici, $A$ est un prédicat unaire) +\item $(\forall x.\neg A(x)) \Leftrightarrow (\neg\exists x.A(x))$ (idem) +\item $(\exists x.\neg A(x)) \Rightarrow (\neg\forall x.A(x))$ (idem) +\item $(\exists x.A) \Leftrightarrow (\exists x.\top) \land A$ (ici, + $A$ est un prédicat \alert{nullaire}) +\item $(\forall x.A) \Leftrightarrow ((\exists x.\top) \Rightarrow A)$ + (idem) +\item $(\exists x.\forall y.B(x,y))\Rightarrow (\forall y.\exists + x.B(x,y))$ (ici, $B$ est un prédicat binaire) +\end{itemize} + +\bigskip + +\textbf{N.B.} On a suivi la convention que $\forall,\exists$ ont une +priorité plus faible que les connecteurs +$\Rightarrow,\lor,\land,\neg$. Tout le monde n'est pas d'accord avec +cette convention ! + +\smallskip + +\textbf{N.B.2 :} Il serait peut-être préférable de noter $Bxy$ que +$B(x,y)$. + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Logique du premier ordre : aperçu des règles} + +\begin{tabular}{c|c|c} +&Intro&Élim\\\hline +$\Rightarrow$ +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma,{\color{mydarkgreen}P}\vdash Q}{\Gamma\vdash P\Rightarrow Q}$} +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash P\Rightarrow Q\\\Gamma\vdash P}{\Gamma\vdash Q}$} +\\\hline +$\land$ +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash Q_1\\\Gamma\vdash Q_2}{\Gamma\vdash Q_1\land Q_2}$} +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash Q_1\land Q_2}{\Gamma\vdash Q_1}$} +\quad\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash Q_1\land Q_2}{\Gamma\vdash Q_2}$} +\\\hline +$\lor$ +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash Q_1}{\Gamma\vdash Q_1\lor Q_2}$} +\quad\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash Q_2}{\Gamma\vdash Q_1\lor Q_2}$} +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash P_1\lor P_2\\\Gamma,{\color{mydarkgreen}P_1}\vdash Q\\\Gamma,{\color{mydarkgreen}P_2}\vdash Q}{\Gamma\vdash Q}$} +\\\hline +$\top$ +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\strut}{\Gamma\vdash \top}$} +&\scalebox{0.65}{(néant)} +\\\hline +$\bot$ +&\scalebox{0.65}{(néant)} +&\scalebox{0.65}{$\inferrule{\Gamma\vdash \bot}{\Gamma\vdash Q}$ +(ou pour la logique classique : $\inferrule{\Gamma,\neg Q\vdash \bot}{\Gamma\vdash Q}$)} +\\\hline +$\forall$ +&$\inferrule{\Gamma, {\color{mydarkgreen}x}\vdash Q}{\Gamma\vdash \forall x. Q}$ ($x$ \alert{frais}) +&$\inferrule{\Gamma\vdash \forall x. Q}{\Gamma\vdash Q[x\backslash t]}$ +(v.l. de $t$ sont ds $\Gamma$) +\\\hline +$\exists$ +&$\inferrule{\Gamma\vdash Q[x\backslash t]}{\Gamma\vdash \exists x. Q}$ +(v.l. de $t$ sont ds $\Gamma$) +&$\inferrule{\Gamma\vdash \exists x. P\\\Gamma, {\color{mydarkgreen}x}, {\color{mydarkgreen}P}\vdash Q}{\Gamma\vdash Q}$ +($x$ \alert{frais}) +\\ +\end{tabular} + +\smallskip + +\itempoint « $x$ frais » = « $x$ n'apparaît nulle part ailleurs », +cf. transp. suivants. + +\smallskip + +\itempoint $\Gamma$ peut contenir des formules et des variables +d'individus « introduites libres ». + +\smallskip + +\itempoint « v.l. de $t$ sont ds $\Gamma$ » = les variables libres de +$t$ doivent être dans $\Gamma$, +cf. transp. \ref{caveat-inhabited-domain}. + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Règles d'introduction et d'élimination de $\forall$} + +\itempoint \underline{Introduction du $\forall$ :} pour montrer +$\forall x. Q$, on s'arrange (quitte à renommer la variable liée) pour +que $x$ soit « frais », c'est-à-dire qu'il n'apparaisse (libre) dans +\alert{aucune hypothèse} en cours ($\Gamma$) : si on montre $Q$ sur ce +$x$ « arbitraire », on peut conclure $\forall x. Q$. + +\smallskip + +{\footnotesize (Rédaction : « soit $x$ arbitraire (…) on a $Q(x)$ ; + donc $\forall x. Q(x)$ ».)\par} + +\bigskip + +\itempoint \underline{Élimination du $\forall$ :} pour utiliser +$\forall x. Q$, on peut l'appliquer à un $t$ quelconque (en général un +\alert{terme}, mais ici nos seuls termes d'individus sont des +variables), dont les variables libres \alert{doivent} apparaître dans +$\Gamma$. + +\smallskip + +{\footnotesize (Rédaction : « on a $\forall x. Q(x)$ ; en particulier, + on a $Q(t)$ ».)\par} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Règles d'introduction et d'élimination de $\exists$} + +\itempoint \underline{Introduction du $\exists$ :} pour montrer +$\exists x. Q$, on peut le montrer sur un $t$ quelconque (en général +un terme), dont les variables libres \alert{doivent} apparaître dans +$\Gamma$. + +\smallskip + +{\footnotesize (Rédaction : « on a $Q(t)$ ; en particulier, on a + $\exists x. Q(x)$ ».)\par} + +\bigskip + +\itempoint \underline{Élimination du $\exists$ :} pour utiliser +$\exists x. P$ pour montrer une conclusion $Q$, on s'arrange (quitte à +renommer la variable liée) pour que $x$ soit « frais », c'est-à-dire +qu'il n'apparaisse (libre) dans \alert{aucune hypothèse} en cours +($\Gamma$) \alert{ni dans la conclusion} $Q$ : si on montre $Q$ à +partir de $P$ sur ce $x$ « arbitraire », on peut conclure $Q$ à partir +de $\exists x. P$. + +\smallskip + +{\footnotesize (Rédaction : « on a $\exists x. P(x)$ : soit $x$ + arbitraire tel que $P(x)$ (…) on a $Q$ ; donc $Q$ ».)\par} + +\medskip + +Cette règle est désagréable comme celle d'élimination du $\lor$ (il +faut démontrer la même conclusion $Q$ indépendamment du cas). Elle +est moins désagréable en calcul des séquents : +\[ +\inferrule{\Gamma, x, P\vdash Q}{\Gamma, \exists x. P\vdash Q} +\text{\quad($x$ \alert{frais})} +\] + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Exemple de preuve en logique du premier ordre} + +{\footnotesize + +\[ +\inferrule*[left={$\Rightarrow$Int}]{ +\inferrule*[Left={$\forall$Int}]{ +\inferrule*[Left={$\exists$Élim}]{ +\inferrule*[Left={Ax}]{ }{\exists x.\forall y.B(x,y) \vdash \exists x.\forall y.B(x,y)} +\\ +\inferrule*[Right={$\exists$Int}]{ +\inferrule*[Right={$\forall$Élim}]{ +\inferrule*[Right=Ax]{ }{x,\;\forall y.B(x,y),\;y' \vdash \forall y.B(x,y)} +}{x,\;\forall y.B(x,y),\;y' \vdash B(x,y')} +}{x,\;\forall y.B(x,y),\;y' \vdash \exists x'.B(x',y')} +}{\exists x.\forall y.B(x,y),\;y' \vdash \exists x'.B(x',y')} +}{\exists x.\forall y.B(x,y) \vdash \forall y'.\exists x'.B(x',y')} +}{\vdash (\exists x.\forall y.B(x,y))\Rightarrow (\forall y'.\exists x'.B(x',y'))} +\] + +} + +Présentation avec les seules conclusions : + +{\footnotesize + +\[ +\inferrule*[left={$\Rightarrow$Int(\textcolor{mydarkgreen}{$u$})}]{ +\inferrule*[Left={$\forall$Int(\textcolor{mydarkgreen}{$y'$})}]{ +\inferrule*[Left={$\exists$Élim(\textcolor{mydarkgreen}{$x$},\textcolor{mydarkgreen}{$v$})}]{ +\inferrule*[Left={\textcolor{mydarkgreen}{$u$}}]{ }{\exists x.\forall y.B(x,y)} +\\ +\inferrule*[Right={$\exists$Int}]{ +\inferrule*[Right={$\forall$Élim}]{ +\inferrule*[Right={\textcolor{mydarkgreen}{$v$}}]{ }{\forall y.B(x,y)} +}{B(x,y')} +}{\exists x'.B(x',y')} +}{\exists x'.B(x',y')} +}{\forall y'.\exists x'.B(x',y')} +}{(\exists x.\forall y.B(x,y))\Rightarrow (\forall y'.\exists x'.B(x',y'))} +\] + +} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\frametitle{Exemple de preuve : présentation drapeau} + +{\footnotesize +\begin{flagderiv}[example-1st-order-proof] +\assume{mainhyp}{\exists x.\forall y.B(x,y)}{} +\assume{vary}{y'}{} +\assume{exhyp}{x,\;\forall y.B(x,y)}{} +\step{bare}{B(x,y')}{$\forall$Élim sur \ref{exhyp} et $y$} +\step{exbare}{\exists x'.B(x',y')}{$\exists$Int sur $x$ et \ref{bare}} +\conclude{extrude}{\exists x'.B(x',y')}{$\exists$Elim sur \ref{mainhyp} de \ref{exhyp} dans \ref{exbare}} +\conclude{mainconc}{\forall y'.\exists x'.B(x',y')}{$\forall$Intro de \ref{vary} dans \ref{extrude}} +\conclude{}{(\exists x.\forall y.B(x,y))\Rightarrow(\forall y'.\exists x'.B(x',y'))}{$\Rightarrow$Intro de \ref{mainhyp} dans \ref{mainconc}} +\end{flagderiv} +\par} + +\smallskip + +{\footnotesize « Supposons $\exists x.\forall y.B(x,y)$. Considérons + un $y'$ arbitraire. Considérons un $x$ tel que $\forall y.B(x,y)$. + En particulier, on a $B(x,y')$. En particulier, $\exists + x'.B(x',y')$. Or on pouvait trouver un tel $x$ car $\exists + x.\forall y.B(x,y)$, donc on a bien la conclusion $\exists + x'.B(x',y')$. Le choix de $y'$ étant arbitraire, $\forall + y'. \exists x'. B(x',y')$. Finalement, on a prouvé $(\exists + x.\forall y.B(x,y))\Rightarrow(\forall y'.\exists + x'.B(x',y'))$. »\par\strut\par} + +\end{frame} +% +\begin{frame} +\label{caveat-inhabited-domain} +\frametitle{Pourquoi des variables d'individus avec les hypothèses ?} + +\itempoint L'introduction d'une variable d'individu libre porte en +elle l'hypothèse que \alert{l'univers des individus est habité} +($\exists x. \top$). Ce fait \alert{n'est pas prouvable} sans cette +hypothèse. On a $z \vdash \exists x.\top$ (ici $z$ variable qcque) +mais \alert{on n'a pas} $\vdash \exists x.\top$. + +\medskip + +\itempoint Exiger que les variables d'individus libres dans le terme +$t$ soient déjà dans $\Gamma$ permet d'écarter la démonstration +\alert{incorrecte} suivante : +\[ +\inferrule*[left={$\exists$Int}]{ +\inferrule*[Left={$\top$Int}]{ }{\vdash\top} +}{\vdash\exists x.\top} +\] + +\medskip + +\itempoint En revanche, celle-ci \alert{est correcte} (en utilisant le +terme $z$ pour $t$ dans $\exists$Int) : +\[ +\inferrule*[left={$\forall$Int}]{ +\inferrule*[Left={$\exists$Int}]{ +\inferrule*[Left={$\top$Int}]{ }{z\vdash\top} +}{z\vdash\exists x.\top} +}{\vdash\forall z.\exists x.\top} +\] + +\medskip + +\textbf{N.B.} Ces problèmes n'ont rien à voir avec la logique +intuitionniste, ils sont identiques en logique classique. On +\alert{n'a pas} non plus $\forall x.A(x) \Rightarrow \exists x.A(x)$. + +\end{frame} +% +\end{document} |