2024年2月4日日曜日

「排中律」を使って「恒真式(トートロジー)」を証明する。

(01)
① P∨~P (Pであるか、または、Qである)。
② P&Q→P(PであってQであるならば、Pである)。
に於いて、すなはち、
①「排中律」。
②「連言除去」。
に於いて、
① は「恒真式(トートロジー)」であって、
② も「恒真式(トートロジー)」である。
然るに、
(02)
(ⅰ)
1 (1) ~(P∨~P)  A
 2(2)   P      A
 2(3)   P∨~P   2∨I
12(4) ~(P∨~P)&
       (P∨~P)  13&I
1 (5)  ~P      24RAA
1 (6)   P∨~P   5∨I
1 (7) ~(P∨~P)&
       (P∨~P)  16&I
  (8)~~(P∨~P)  17RAA
  (9)   P∨~P   8DN
(ⅱ)
1(1) P&Q    A
1(2) P      1&E
 (3)(P&Q)→P 12CP
(〃)
1(1) ~{(P&Q)→ P} A
1(2)~{~(P&Q)∨ P} 1含意の定義
1(3)   (P&Q)&~P  2ド・モルガンの法則
1(4)    P&Q      3&E
1(5)    P        4&E
1(6)         ~P  3&E
1(7)    P&~P     56&I
 (8)~~{(P&Q)→ P} 17RAA
 (9)   (P&Q)→ P  8DN
従って、
(02)により、
(03)
①├ P∨~P  (Pであるか、または、Qである)。
②├(P&Q)→P(PであってQであるならば、Pである)。
といふ「連式(Sequents)」は、2つとも「妥当(Valid)」である。
然るに、
(04)
③ A├ B
に於いて、
③ A は、「連式の仮定」であって、
③ B は、「連式の結論」である。
従って、
(03)(04)により、
(05)
①├ P∨~P
②├(P&Q)→P
といふ「連式」に於いては、
①   P∨~P
② (P&Q)→P
といふ「連式の結論」だけが有って、「連式の仮定」は「無い」。
従って、
(01)(05)により、
(06)
(a)「恒真式(トートロジー)」とは、
(b)「仮定の数が0個」であると所の、
(c)「連式の結論」である。
然るに、
(07)
(ⅱ)
1(1)  P&Q    A
1(2)  P      1&E
1(3)~(P&Q)∨P 2∨I
1(4) (P&Q)→P 3含意の定義
(ⅲ)
1(1)  P&~Q   A
1(2)  P      1&E
1(3)~(P&Q)∨P 2∨I
1(4) (P&Q)→P 3含意の定義
(ⅳ)
1 (1) ~P&Q    A
 2(2)  P&Q    A
1 (3) ~P      1&E
 2(4)  P      2&E
12(5) ~P&P    34&I
1 (6)~(P&Q)   25RAA
1 (7)~(P&Q)∨P 6∨I
1 (8) (P&Q)→P 7含意の定義
(ⅴ)
1 (1) ~P&~Q   A
 2(2)  P& Q   A
1 (3)     Q   1&E
 2(4)    ~Q   2&E
12(5)  ~Q&Q   34&I
1 (6)~(P&Q)   25RAA
1 (7)~(P&Q)∨P 6∨I
1 (8) (P&Q)→P 7含意の定義
従って、
(07)により、
(08)
③  P& Q├(P&Q)→P
④  P&~Q├(P&Q)→P
⑤ ~P& Q├(P&Q)→P
⑥ ~P&~Q├(P&Q)→P
といふ「4つの連式」は、すべて「妥当」であって、
尚且つ「4つの連式」の「仮定の個数」は、すべて「2個」である。
従って、
(05)(06)(08)により、
(09)
(a)「恒真式(トートロジー)」とは、
(b)「仮定の数が0個」である所の、
(c)「連式の結論」である。
とするならば、その場合は、
②      ├(P&Q)→P
③  P& Q├(P&Q)→P
④  P&~Q├(P&Q)→P
⑤ ~P& Q├(P&Q)→P
⑥ ~P&~Q├(P&Q)→P
に於ける、
②(P&Q)→P
は、「恒真式(トートロジー)」であるが、
③(P&Q)→P
④(P&Q)→P
⑤(P&Q)→P
⑥(P&Q)→P
は、「恒真式(トートロジー)」ではない
といふことになって、『』する。
然るに、
(10)
        (1)P∨~P     TI(排中律
        (2)Q∨~Q     TI(排中律
3       (3)P        A
 4      (4)Q        A
34      (5)P&Q      34&I
34      (6)P        5&E
34      (7)~(P&Q)∨P 5∨I
34      (8) (P&Q)→P 7含意の定義
  9     (9)  ~Q     A
3 9     (ア)P&~Q     39&I
3 9     (イ)P        ア&E
3 9     (ウ)~(P&Q)∨P イ∨I
3 9     (エ) (P&Q)→P ウ含意の定義
3       (オ) (P&Q)→P 2489エ∨E
   カ    (カ)   ~P    A
    キ   (キ)Q        A
   カキ   (ク) ~P&Q    カキ&I
     ケ  (ケ)  P&Q    A
   カキ   (コ) ~P      ク&E
     ケ  (ケ)  P      ケ&E
   カキケ  (サ) ~P&P    コサ&I
   カキ   (シ)~(P&Q)   ケサRAA
   カキ   (ス)~(P&Q)∨P シ∨I
   カキ   (セ) (P&Q)→P ス含意の定義
      ソ (ソ)   ~Q    A
   カ  ソ (タ)~P&~Q    カソ&I
       チ(チ) P& Q    A
   カ  ソ (ツ)   ~Q    タ&E
        チ(テ)    Q    チ&E
    カ  ソチ(ト) ~Q&Q    ツテ&I
   カ  ソ (ナ)~(P&Q)   チトRAA
   カ  ソ (ニ)~(P&Q)∨P ナ∨I
   カ  ソ (ヌ) (P&Q)→P ニ含意の定義
   カ    (ネ) (P&Q)→P 2キセソヌ∨E
        (ノ) (P&Q)→P 13オカネ∨E
従って、
(09)(10)により、
(11)
①├ P∨~P(排中律
②├ Q∨~Q(排中律
といふ「恒真式(トートロジー)」によって、
③  P& Q├(P&Q)→P
④  P&~Q├(P&Q)→P
⑤ ~P& Q├(P&Q)→P
⑥ ~P&~Q├(P&Q)→P
といふ「4つの連式」は、「4つとも」、
③├(P&Q)→P
④├(P&Q)→P
⑤├(P&Q)→P
⑥├(P&Q)→P
といふ「恒真式(トートロジー)」に「置き換へ」ることが出来る。
然るに、
(12)
③  P& Q├(P&Q)→P
④  P&~Q├(P&Q)→P
⑤ ~P& Q├(P&Q)→P
⑥ ~P&~Q├(P&Q)→P
といふ「4つの連式」が、「4つとも妥当」であるといふことは、「(P&Q)→P」といふ「論理式」は、「真理値表」で「真理値」を「確認」した際に、
(ⅰ)P(真)& Q(真)
(ⅱ)P(真)& Q(偽)
(ⅲ)P(偽)& Q(真)
(ⅳ)P(偽)& Q(偽)
といふ「4つのパターン」で「すべて真」になるといふことであり、
(ⅰ)P(真)& Q(真)
(ⅱ)P(真)& Q(偽)
(ⅲ)P(偽)& Q(真)
(ⅳ)P(偽)& Q(偽)
といふ「4つのパターン」で「すべて真」になるのであれば、「恒真(トートロジー)」である。
cf.
真理値表(しんりちひょう、Truth table)は、論理関数(真理関数)の、入力の全てのパターンとそれに対する結果の値を、表にしたものである(ウィキペディア)。
従って、
(10)(11)(12)により、
(13)
「番号」を付け替へるとして、
①  P& Q├(P&Q)→P
②  P&~Q├(P&Q)→P
③ ~P& Q├(P&Q)→P
④ ~P&~Q├(P&Q)→P
ではなくて、
①  P& Q├(任意の式A)
②  P&~Q├(任意の式A)
③ ~P& Q├(任意の式A)
④ ~P&~Q├(任意の式A)
であったとしても、
①  P& Q├(任意の式A)
②  P&~Q├(任意の式A)
③ ~P& Q├(任意の式A)
④ ~P&~Q├(任意の式A)
といふ「連式」が「妥当」であるならば、すなはち、「任意の式A」が、「恒真(トートロジー)」であるならば、そのとき限って、
    (1)P∨~P    TI(排中律)
    (2)Q∨~Q    TI(排中律)
3   (3)P       A
 4  (4)  ~P    A
  5 (5)Q       A
   6(6)  ~Q    A
3 5 (7)(任意の式A) 35SI(ⅰ)
3  6(8)(任意の式A) 36SI(ⅱ)
 45 (9)(任意の式A) 37SI(ⅲ)
 4 6(ア)(任意の式A) 38SI(ⅳ)
5   (イ)(任意の式A) 13749∨E
   6(ウ)(任意の式A) 1384ア∨E
    (エ)(任意の式A) 25イ6ウ∨E
といふ「(排中律を用いた)計算」によって、
①├(任意の式A)
②├(任意の式A)
③├(任意の式A)
④├(任意の式A)
といふ「恒真式(トートロジー)」を、すなはち、
①├(任意の式A)
は、「証明」出来る。
従って、
(01)~(13)により、
(14)
以上の「説明」は、「十分」ではないが、概ね、「以上のような考え方」で、
すべてのトートロジー的連式は導出可能(deribable)である。
といふことが「証明(納得)」出来る。
令和6年2月4日、毛利太。

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