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《数理逻辑复习10级
可计算性概念:可枚举与不可枚举。能行可计算的:按照一组给定指令能够原则上确定从Z到Z的函数f在任意自变量n处的值f(n),则f是能行可计算的。不可计算性。对角线函数d和停机函数h都是不可计算的。递归算盘可计算图灵可计算递归图灵论题:能行可计算的函数都是图灵可计算的。丘奇论题:能行可计算的函数都是递归的。原始递归:由基本函数(零函数,后继函数,恒同函数)出发通过复合和递归能够得到的函数为原始递归函数。递归函数:由基本函数(z,s,id)出发经过Cn,Pr,Mn能得到的函数称为递归函数。递归集合/递归关系:它的特征函数是(原始)递归的,则它是(原始)递归的。(原始)递归关系的封闭性:代入,图关系,否定,合取,析取,有界全称量化,有界存在量化,有界极小化,有界极大化通用函数/通用关系/通用图灵机。存在k元递归函数的通用函数,其图是半递归的。半递归关系等价于能行半可判定关系。n元能行半可判定关系为从n+1元能行可判定关系通过(无界)存在量化得到的关系。半递归关系的封闭性:递归都是半递归的;代入;合取,析取;有界全称量化,存在量化半递归集与递归可枚举集(r.e.)是等价的。逻辑概念:(开/闭)项,(开/闭)公式,语句,自由/约束变元,解释,蕴涵/推论,有效,可满足/不可满足的,等价,逻辑等价模型,同构,等价,型构语法概念语义概念推演deduction推论consequence反驳refutation不可满足unsatisfiability证明demonstration有效性validity可推导的derivable 安全的secure=:可靠性定理=:哥德尔完备性定理推导derivation,可推演的,可反驳的,可证的,协调的,不协调的证明,定理,理论,可公理化,可有限公理化,完全的,协调的,可判定的算术的arithmetically,初等公式,存在-初等公式存在-初等公式的封闭性:初等公式=存在-初等公式;合取析取;有界量化;无界存在量化可定义,可表示。它们在TA中等价。极小算术Q。递归函数在Q中可表示;递归关系在Q中可定义。Q+归纳公理=P(Peano算术)一些逻辑的重要否定结果,包括:塔斯基定理:TA*不是算术可定义的。算术的不可判定性:TA*不是递归的。实质不可判定性:Q的协调扩张(包括Q)都不是可判定的。丘奇定理:有效语句集合不可判定。哥德尔第一不完全性定理:不存在Q的协调的,完全的,可公理化的扩张。★问题一:两集合等势。思想:1.直接证明:寻找一个双射函数,能从集合A影射到集合B。2.间接证明:寻找一个集合C,A与C等势且B与C等势。例子:作业一Ex 1.6 证明以下两集合等势(a)分母为2的幂的有理数集合;(b)正整数的所有有限子集与余有限子集的并。用间接证明法。分别证明(a)与N等势且(b)与N等势。即证(a)(b)都为无限可数集。有理数集合是可数的,(a)是有理数集合的子集,故也是可数的。正整数的有限子集和余有限子集分别都是可数的,所以它们的并也是可树的。显然(a)(b)都是无限集合,所以他们是等势的。作业一Ex 2.9 证明0,1间实数集合A等势于正整数集合的集合B。直接证明法,构造一个从B到A的双射h.可以借助无限序列的集合L(由无限个0或1组成的序列的集合)。B到L存在双射且L到A存在双射。★★问题二:对角线证明法思想:反证归谬。(一)停机问题及其变种。例子:停机问题是不可判定的。(程序在某输入时是否打印1是不可判定的)假设存在一个算法H(P,I)。当程序P在输入I时停机,则返回halt。构造程序K(P),如果H(P,P)返回halt则进入无限循环。那么考虑程序K在输入K时:K不停机当且仅当H(K,K)返回halt当且仅当K停机。矛盾。作业一 Ex 4.2 是否存在一个从带子上任意位置开始的图灵机,它最终停机,iff带子最初完全空白?假设存在这样的图灵机T。T会停机,则一定在执行n条指令之后。考虑以下初始状态:前面n个空白之后才有1个1。则T会停机。但带子不全为0,故假设错误。(二)其他例子:作业二附加题:证明:(1)不是所有的全递归函数是原始递归的(2)对全部一元递归关系来说,没有递归通用关系R(x,y)(1)假设全部全递归函数都是原始递归的,把它们列出来f1,f2…(递归函数是可数的)令d(n)=fn(n)+1,那么一方面d不等于任一个fn,另一方面d是全递归函数。故矛盾。(2)假设存在这样的通用关系。那么任一个递归一元关系都可用R表示。将所有能用R表示的一元递归关系列出来R1,R2,…(递归关系是可数的)令一元关系R’(n)=~Rn(n)则R’不为R1不为R2…R’不在R1R2…中,不可由R表示。故矛盾。★★问题三:证明递归/半递归(重点中的重点)思想:1.Kleene定理:集合A是递归的当且仅当A和A的补
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