25 Consecuencia logica

Definition 25.1.

Sean ϕ={φ1,φ2,,φn}\phi=\left\{\varphi_{1},\varphi_{2},\ldots,\varphi_{n}\right\} un conjunto de formulas y ψ\psi otra formula. Decimos que ψ\psi es consecuencia logica de ϕ\phi si para toda interpretacion (D,I)(D,I) y para toda asignacion AA se cumple:

(i{1,,n}φiI,A=1)ψI,A=1(\forall i\exists\left\{1,\ldots,n\right\}\varphi^{I,A}_{i}=1)\Rightarrow\psi^% {I,A}=1

Tambien decimos que ϕ\phi implica logicamente a ψ\psi.

Notacion: ϕψ\phi\vDash\psi

Definition 25.2.

Recordemos que un razonamiento es una formula de tipo

φ1φ2φnψ.\varphi_{1}\wedge\varphi_{2}\wedge\ldots\wedge\varphi_{n}\rightarrow\psi.

Decimos que el razonamiento anterior es correcto si es una tautologia o formula valida.

Proposition 25.3.

Sean ϕ={φ1,,φn}\phi=\left\{\varphi_{1},\ldots,\varphi_{n}\right\}

Example 25.4.

Estudia si el razonamiento:

“Socrates es humano. Todo humano es mortal. Por tanto, Socrates es mortal.”

formalizado mediante

φ1=H(s)φ2=x(H(x)M(x))ψ=M(s)\begin{array}[]{l}\varphi_{1}=H(s)\\ \varphi_{2}=\forall x(H(x)\rightarrow M(x))\\ \hline\cr\psi=M(s)\end{array}

es correcto.

Como son formulas cerradas, basta con considerar interpretaciones, no hace falta considerar asignaciones.

Queremos ver que {φ1,φ2}ψ\left\{\varphi_{1},\varphi_{2}\right\}\vDash\psi o lo que es lo mismo, φ1φ2ψ\varphi_{1}\wedge\varphi_{2}\rightarrow\psi es una tautologia.

Sea (D,I)(D,I) una interpretacion tal que φ1=1\varphi_{1}=1 y φ2=1\varphi_{2}=1.

La condicion de que φ1I=1\varphi^{I}_{1}=1 es que (H(s))I=1(H(s))^{I}=1.

sIHIDs^{I}\in H^{I}\subseteq D si la formula es verdadera. Entonces tengo que sIHIs^{I}\in H^{I}.

La condicion de φ2I=1\varphi^{I}_{2}=1 es x(H(x)M(x))I=1\forall x(H(x)\rightarrow M(x))^{I}=1. Esto es lo mismo que decir que HIMIH^{I}\subseteq M^{I}.

Uniendo sIHIs^{I}\in H^{I} y que HIMIH^{I}\subseteq M^{I} tengo sIMI(M(s))I=1s^{I}\in M^{I}\Rightarrow(M(s))^{I}=1.

Example 25.5.

Estudia si el razonamiento:

φ1=M(s)φ2=x(H(x)M(x))ψ=H(s)\begin{array}[]{l}\varphi_{1}=M(s)\\ \varphi_{2}=\forall x(H(x)\rightarrow M(x))\\ \hline\cr\psi=H(s)\end{array}

es correcto.

Es incorrecto. Tengo que demostrarlo con un contraejemplo.

Por ejemplo, D=D=\mathbb{N}.

H(x)=xH(x)=x es multiplo de 4

M(x)=xM(x)=x es par

Mas formal: HI={xx es multiplo de 4}H^{I}=\left\{x\mid x\text{ es multiplo de 4}\right\} y MI={xx es multiplo de 2}M^{I}=\left\{x\mid x\text{ es multiplo de }2\right\}.

φ2I=1\varphi^{I}_{2}=1 porque si se cumple que un elemento es multiplo de 4 entonces tambien es multiplo de 22.

SI=6S^{I}=6. Con esta interpretacion M(s)I=1M(s)^{I}=1 porque 2|62|6 pero H(s)I=0H(s)^{I}=0 porque 464\nmid 6.

Otra alternativa es elegir conjuntos finitos sencillos.

D={a,b}HI={a}MI={a,b}sI=b}\begin{rcases}D=\left\{a,b\right\}\\ H^{I}=\left\{a\right\}\\ M^{I}=\left\{a,b\right\}\\ s^{I}=b\end{rcases}

Esta interpretacion tambien es un contraejemplo al razonamiento.

φ1I=1\varphi^{I}_{1}=1 porque sIMIs^{I}\in M^{I}

φ2I=1\varphi^{I}_{2}=1 porque HIMIH^{I}\subseteq M^{I} ψI=0\psi^{I}=0 porque SIHIS^{I}\not\in H^{I}

Definition 25.6.

Sean φ\varphi y ψ\psi dos formulas. Decimos que son equivalentes si se cumple simultaneamente

Proposition 25.7.

Sean φ\varphi y ψ\psi dos formulas. Las siguientes dos afirmaciones son equivalentes:

  • φψ\varphi\equiv\psi

Example 25.8.

Sean φ\varphi y ψ\psi formulas cualesquiera y α\alpha una formula donde no aparece libre la variable xx.

  1. 1.

    ¬xφx¬φ\neg\forall x\varphi\equiv\exists x\neg\varphi

    Vamos a ver que φ1φ2\varphi_{1}\vDash\varphi_{2}.

    Sean (D,I)(D,I) interpretacion y AA asignacion tales que (¬xφ)I,A=1(xφ)I,A=0φI,A[x/d]=0(\neg\forall x\varphi)^{I,A}=1\Rightarrow(\forall x\varphi)^{I,A}=0\Rightarrow% \varphi^{I,A[x/d]}=0 para algun dD(¬φ)I,A[x/d]=1d\in D\Rightarrow(\neg\varphi)^{I,A[x/d]}=1 para algun dD(x¬φ)I,A=1d\in D\Rightarrow(\exists x\neg\varphi)^{I,A}=1.

    ¿Como demuestro que φ2φ1\varphi_{2}\vDash\varphi_{1}?

    Son los reciprocos del argumento anterior. En realidad, se puede escribir la demostracion como una cadena de dobles implicaciones.

  2. 2.

    ¬xφx¬φ\neg\exists x\varphi\equiv\forall x\neg\varphi

    Vamos a utilizar (1)(1).

    ¬xφ¬x¬¬φ(1)¬¬x¬φx¬φ\neg\exists x\varphi\equiv\neg\exists x\neg\neg\varphi\overset{(1)}{\equiv}% \neg\neg\forall x\neg\varphi\equiv\forall x\neg\varphi.

  3. 3.

    x(φψ)xφxψ\forall x(\varphi\wedge\psi)\equiv\forall x\varphi\wedge\forall x\psi

    Sean (D,I)(D,I) una interpretacion y AA una asignacion.

    x(φψ)I,A=1\forall x(\varphi\wedge\psi)^{I,A}=1\Rightarrow para todos los valores dD(φψ)I,A[x/d]=1φI,A[x/d]=1 y ψI,A[x/d](xφ)I,A[x/d] y (xψ)I,A[x/d]=1((xφ)(xψ))I,A=1d\in D(\varphi\wedge\psi)^{I,A[x/d]}=1\iff\varphi^{I,A[x/d]}=1\text{ y }\psi^{% I,A[x/d]}\iff(\forall x\varphi)^{I,A[x/d]}\text{ y }(\forall x\psi)^{I,A[x/d]}% =1\iff((\forall x\varphi)\wedge(\forall x\psi))^{I,A}=1

  4. 4.

    x(φψ)xφxψ\exists x(\varphi\vee\psi)\equiv\exists x\varphi\vee\exists x\psi

    x(φψ)¬¬x(φψ)¬x¬(φψ)¬x(¬φ¬ψ)¬(x¬φx¬ψ)¬x¬φ¬x¬ψx¬¬φx¬¬ψxφxψ\exists x(\varphi\vee\psi)\equiv\neg\neg\exists x(\varphi\vee\psi)\equiv\neg% \forall x\neg(\varphi\vee\psi)\equiv\neg\forall x(\neg\varphi\wedge\neg\psi)% \equiv\neg(\forall x\neg\varphi\wedge\forall x\neg\psi)\equiv\neg\forall x\neg% \varphi\vee\neg\forall x\neg\psi\equiv\exists x\neg\neg\varphi\vee\exists x% \neg\neg\psi\equiv\exists x\varphi\vee\exists x\psi

  5. 5.

    xφαx(φα)\forall x\varphi\wedge\alpha\equiv\forall x(\varphi\wedge\alpha)

    Sean (D,I)(D,I) una interpretacion y AA una asignacion.

    x(φα)=1(φα)I,A[x/d]=1\forall x(\varphi\wedge\alpha)=1\iff(\varphi\wedge\alpha)^{I,A[x/d]}=1 para todo dDφI,A[x/d]=1d\in D\iff\varphi^{I,A[x/d]}=1 y ψI,A[x/d]=1\psi^{I,A[x/d]}=1 para todo dDφI,A[x/d]=1d\in D\iff\varphi^{I,A[x/d]}=1 para todo dDd\in D y αI,A=1\alpha^{I,A}=1 (porque xx no aparece libre en α\alpha) xφI,A=1\iff\forall x\varphi^{I,A}=1, αI,A=1(xφα)I,A=1\alpha^{I,A}=1\iff(\forall x\varphi\wedge\alpha)^{I,A}=1

Example 25.9.

Sean φ\varphi y ψ\psi cualesquiera y α\alpha una formula donde no aparece libre la variable xx. En general las siguientes formulas no son equivalentes:

  1. b)

    (φψ)xφxψ\forall(\varphi\vee\psi)\not\equiv\forall x\varphi\vee\forall x\psi

    Elijo P,QP,Q dos predicados de aridad 1.

    D={a,b}D=\left\{a,b\right\}, PI={a}P^{I}=\left\{a\right\}, QI={b}Q^{I}=\left\{b\right\}.

    {x(P(x)Q(x))=φ1xP(x)xQ(x)=φ2\begin{dcases}\forall x(P(x)\vee Q(x))=\varphi_{1}\\ \forall xP(x)\vee\forall xQ(x)=\varphi_{2}\end{dcases}

    φ1I=1\varphi^{I}_{1}=1 porque si x=ax=a P(a)1Q(a)1\underbrace{\underbrace{P(a)}_{1}\vee Q(a)}_{1} y si x=bx=b, P(b)Q(b)11\underbrace{P(b)\vee\underbrace{Q(b)}_{1}}_{1}.

    φ2I=0\varphi^{I}_{2}=0 porque

    {xP(x)I=0 porque x=b es un contraejemploxP(x)I=0 porque x=a es un contraejemplo\begin{dcases}\forall xP(x)^{I}=0\text{ porque }x=b\text{ es un contraejemplo}% \\ \forall xP(x)^{I}=0\text{ porque }x=a\text{ es un contraejemplo}\end{dcases}

    Hemos visto que φ1φ2\varphi_{1}\not\equiv\varphi_{2}. ¿Alguna implica logicamente a la otra?

    ψφ\psi\vDash\varphi

    Si φ2I,A=1\varphi_{2}^{I,A}=1\Rightarrow o bien (xP(x))I,A=1φI,A=1(\forall xP(x))^{I,A}=1\Rightarrow\varphi^{I,A}=1 o bien (x(Q(x)))I,A=1φI,A=1(\forall x(Q(x)))^{I,A}=1\Rightarrow\varphi^{I,A}=1.

  2. c)

    x(P(x)Q(x))=φ1\exists x(P(x)\wedge Q(x))=\varphi_{1}

    xP(x)(xQ(x))=φ2\exists xP(x)\wedge(\exists xQ(x))=\varphi_{2}

    D={a,b}D=\left\{a,b\right\}, PI={a}P^{I}=\left\{a\right\}, QI={b}Q^{I}=\left\{b\right\}

    φ2I=1\varphi^{I}_{2}=1 porque xP(x)I=1\exists xP(x)^{I}=1 como x=ax=a y xQ(x)I=1\exists xQ(x)^{I}=1 con x=bx=b.

    φ1I=0\varphi^{I}_{1}=0 porque si x=ax=a P(a)1Q(a)0\underbrace{\underbrace{P(a)}_{1}\wedge Q(a)}_{0} y si x=bx=b (P(b)Q(b)10)(\underbrace{P(b)\wedge\underbrace{Q(b)}_{1}}_{0}).

    Se que φ1\varphi_{1} porque φ2⊭φ1\varphi_{2}\not\vDash\varphi_{1}.

    Es cierto que φ1φ2\varphi_{1}\vDash\varphi_{2}?

    Si II es una interpretacion tal que φ1=1\varphi_{1}=1\Rightarrow Existe dDd\in D tal que dPId\in P^{I} y dQIxP(x)I=1d\in Q^{I}\Rightarrow\exists xP(x)^{I}=1 y xQ(x)I=1φ2I=1\exists xQ(x)^{I}=1\Rightarrow\varphi^{I}_{2}=1.

  3. d)

    xφαx(φα)\forall x\varphi\to\alpha\not\equiv\forall x(\varphi\to\alpha)

    x(φα)x(¬φα)x¬φα¬φαxφαxφα\forall x(\varphi\to\alpha)\equiv\forall x(\neg\varphi\vee\alpha)\equiv\forall x% \neg\varphi\vee\alpha\equiv\neg\exists\varphi\vee\alpha\equiv\exists x\varphi% \to\alpha\not\equiv\forall x\varphi\to\alpha.

    Justificacion de que no son equivalentes:

    Con α=p\alpha=p simbolo de proposicion atomica y φ=P(x)\varphi=P(x) predicado de aridad 1.

    P(x)pxP(x)p\exists P(x)\to p\not\equiv\forall xP(x)\to p

    D={a,b}D=\left\{a,b\right\}, PI={a}P^{I}=\left\{a\right\} y pI=0p^{I}=0

    xP(x)1p00xP(x)0p01\underbrace{\underbrace{\exists xP(x)}_{1}\to\underbrace{p}_{0}}_{0}\quad% \underbrace{\underbrace{\forall xP(x)}_{0}\to\underbrace{p}_{0}}_{1}