公理化、算术与语法

T为一个公式集合。 定义T蕴含封闭的(Closed under Logical Consequence),当且仅当对于所有公式A, 如果TA,那么 AT.

一个蕴含封闭的公式集合称为一个理论(Theory).

T中的元素称为定理(Theorems).

理论可以这样构造:选择一些公式, 作为公理(Axioms), 然后按照蕴含关系推导出其它公式。

T为一个理论。 T称为可公理化(Axiomatizable)的,当且仅当存在一个公式集合U, 使得T={A|UA}. 这个公式集合U就是T的公理。

如果U是有限的, 称T可有限公理化(Finitely Axiomatizable)的。

皮耶罗公理(Peano Axioms),又称戴德金-皮耶罗公理,定义了自然数的算术属性。

下面定义的算术语言是皮耶罗公理的增强版。

一个算术语言(Language of Arithmetic, L)包括:

算术语言的标准解释是N,个体域是自然数。

算术语言也可以有其它解释,如 Q,个体域是非负有理数。

或者解释为P,个体域是非负半整数:0, 12, 1, 112, 2, 212,

不同的解释、不同的公理化体系会使与算术相关的一阶逻辑公式具有不同的可满足性。

例如:

φ1: xy{(x<y)¬z[(x<z)(z<y)]}

φ2: x{[x<s(x)]¬z[(x<z)(z<s(x))]}

(1)FormulaNQPφ1TFTφ2TFF

接下来是关于语言语法的形式化表达。

1.变量

v0,v1,v2,

例如: xv0, yv1.

2.谓词(关系)

A01,A11,A21,

A02,A12,A22,

A03,A13,A23,

,,,

例如: {<} is {A02}

3.常数与函数

f00,f10,f20,

f01,f11,f21,

f02,f12,f22,

f03,f13,f23,

,,,​​

例如: {0,s(),+,×} is {f00,f01,f02,f12}

公式的形式化表达:

x<1:

A02(v0,f01(f00))

2x+1:

f02(f12(f01(f01(f00)),v0),f01(f00))