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논리학, 그 열 번째 이야기 | 명제논리에서의 건전성 정리와 완전성 정리 ( Soundness Theorem and Completeness Theorem for Propositional Logic )이번 글에서는 이론의 성질인 완전성과 건전성에 대해 이야기해보려고 한다. 완전성과 건전성은 형식 체계의 성질로, 형식 체계가 굳이 이를 만족할 필요는 없지만, 완전성과 건전성을 만족하는 보통은 완전성과 건전성을 만족하는 형식 체계를 사용한다. 완전성과 건전성은 다음과 같이 정의한다. Definition 1. 구문론적 귀결 관계인 $\vdash$와 의미론적 귀결 관계인 $\models$를 포함하는 형식 체계가 있다고 하자. 이러한 형식 체계의 임의의 wff의 집합 $G$와 wff $\mathscr{C}$에 대하여 $G \vdash \mathscr{C}$가 $G \models \mathscr{C}$를 함의한다면, 이 형식 체계가 건전 (Sound)하다고 한다. 또한, 이 역이 성립하는 형식 체계를 완전 (C..chocobear.tistory.com제가 보고 있는 완전성 논리 관련 게시물입니다. 여기서 완전성을 증명하기 전에 lemma를 하나 준비하는데,
B가 원자명제 wff이고 b1,...,bn이 B를 구성한다고 하면,
이때, b'k=bk if bk가 참
=~bk if bk가 거짓
으로 각각의 b'k들을 정의하고 B'를 B가 bk들로 구성한 것처럼 b'k들로 구성하면,
w1,...,wnㅑB'가 성립한다.
는 정리입니다. 이를 귀납법으로 증명하는데,
귀납가설을 적용하면 왜 b',...,b'nㅑφ이 되는지 잘 이해가 안됩니다.
비슷한 내용으로 최원배의 논리적 사고의 기초 책에서도
b'1,...b'n ㅏ B if B가 참일
b'1,...,b'n ㅏ ~B if B가 거짓일 때,
이 경우가 항상 성립한다고 하는데
여기서의 증명은 B가 참일 때와 B가 거짓을 때를 나눠 귀납으로 증명합니다
B가 참일 때,
b'1,...,b'nㅏB가 성립하고, 우리가 보일 것은 b'1,...,b'nㅏ~~B가 성립한다는 것이다,
라고 한다음 그냥 ~~B=B이고 이미 가정에서 B가 참이기 때문에 성립한다고 되어있는데
이러한 언급은 B가 참이기 때문에 참이라고 말하는 것과 다른 것 같지 않아 첫번째 게시물로 증명으로 완전성을 공부하려 합니다.
첫번째 게시물에서 귀납가설을 적용하면 왜 b',...,b'nㅑφ이 되나요?
보조정리 1 말씀하시는 것 맞나요?
동일 블로그의 151번 게시물 보시면 아시겠지만 이 시스템은 부정과 함축만을 결합자로 사용하는 명제 논리의 힐베르트식 시스템인데, 그래서 정리가 장황해집니다. 그러나 정의된 언어의 통사론적 성질은 바뀌지 않아요. 모든 compound formula는 자기보다 "길이가 짧은"(주목!!!) 여러 개의 formula들로 분해가 되는데, 이 분해되는 formula의 개수는 당연히 최상위 결합자의 arity와 동일하겠죠. 이걸 unique decomposition이라고 불렀습니다. 즉, 어떤 친구나 formula이기만 하면, 분해해서 얻는 proper subformula도 거저 얻는다는 거죠. 그럼 이제 다시 보조정리 1을 훑어봅시다.
언어가 unique decomposition이 되니까 당연히 B라는 문장은 ~C라는 문장이거나 C->D라는 문장이고, 여기서 C와 D는 길이가 B보다 짧고 결합자 개수는 한 개 더 적을 겁니다. 왜냐하면, B가 부정문의 경우 C보다 부정결합자가 한 개 많고, 함축문인 경우 B는 C와 D의 모든 결합자 개수를 합쳐봤자 B보다 함축결합자가 한 개 적습니다.
그런데 우리는 "결합자의 개수 n에 대한 수학적 귀납법"으로 이 보조정리를 증명한다고 그랬어요. 구조적 귀납법 내지는 완전한 귀납법이라고 불리는 이 기법은, n보다 작은 모든 k에 대해 성질이 성립한다고 가정해서, n에 대해서도 성질이 성립하면, 모든 n에 대해 성질이 성립한다는 것을 보이는 기법입니다. 그런데, 우리의 귀납가설은 당연히 보조정리 1 자체입니다. 그래서 결합자 개수가 더 작은 C와 D에 대해서는 공식이 성립하는 겁니다.
제가 물은건 약간 다른 내용이긴한데 제가 이해한 바가 맞는지 확인해주심 감사하겠습니다. φ가 귀납가설에 의해 길이가n 이하기 때문에 그 자신 구성원들에 의해 ㅑφ 형태로 나오는건 이해했습니다. 제가 물었던건 φ가 왜b'1,...,b'n 들에 의해 b'1,...,b'nㅑφ이 되는지 물었던건데
이는 φ가 -B로 정의되고 귀납가설에 의하면 φ는 n이하 길이 이기 때문에 각각의 bk들에 대응되는 b'k들로 구성되어지기 때문인가요?
여기서 bk가 문장 파이를 구성한다는 것은 파이에 출현한다는 것일 뿐이지, 파이와 귀결관계를 갖는다는 것이 아닙니다. 귀납가설은 bk'의 집합이 귀결관계를 갖는다는 것이었죠. 그 가설이 그대로 적용된 것입니다.
그러니까 논리식 B에 각가의 bk들이 출현한건 언급을 했었는데 논리식phi에 출현하는 원자명제들은 따로 phi_k 이런식으로 언급된 표기는 없었잖아요. 왜 phi가 하필 bk에 상응되는 b'k들로 인해 의미론적 참이유도되는지 이거에 대한 질문이었습니다. 그리고 그 이유가 phi=~B기 때문에 귀납가설에 의해 B에 출현하는 bk에 상응하는 b'k로 인해