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Demostración del teorema de la compacidad

Estoy leyendo los apuntes de una clase de introducción a la lógica y he encontrado este teorema. Esto no se demuestra en la nota de la conferencia que estoy leyendo, así que me pregunto si mi prueba es correcta. No me siento muy cómodo con lo que voy a decir, pero $L$ es un lenguaje de primer orden con las conectivas sentenciales habituales.

Un conjunto $\Sigma$ de $L$ -fórmulas es Satisfactorio si existe una evaluación $v$ de letras sentenciosas tales que $\overline{v}(\sigma)=1$ para todos $\sigma\in \Sigma$ , donde $\overline{v}$ es la única extensión de $v$ en $\Sigma$ .

Teorema de la compacidad: Si todo finito $\Delta\subset \Sigma$ es satisfacible, entonces $\Sigma$ es satisfacible.

Prueba: Utilizaremos el siguiente lema para demostrar el teorema: Si $\sigma$ es un $L$ -fórmula y $\Sigma \models \sigma$ entonces existe un conjunto finito $\Delta\subset\Sigma$ tal que $\Delta\models \sigma$ .

Supongamos por contradicción que todo finito $\Delta\subset \Sigma$ es satisfacible y $\Sigma$ no es satisfacible. Sea $w$ sea una letra sentencial de $L$ . Entonces $\Sigma\models (w\wedge \neg w)$ porque no hay evaluación $v$ tal que $\overline{v}(\sigma)=1$ para todos $\sigma\in \Sigma$ . Entonces, por el lema, hay algún conjunto finito $\Delta\subset \Sigma$ tal que $\Delta\models (w\wedge\neg w)$ . Como asumimos que todo subconjunto finito de $\Sigma$ es satisfacible, dejemos que $v$ sea una evaluación tal que $\overline{v}(\delta)=1$ para todos $\delta\in \Delta$ . Entonces llegamos a una contradicción como $\overline{v}(w\wedge\neg w)=0$ así que $\Delta\models (w\wedge \neg w)$ no es cierto.

Por favor, comuníqueme si algo es incorrecto. Cualquier comentario será apreciado. Gracias.

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Mark Kamsma Puntos 371

La compacidad se desprende perfectamente de los teoremas de solidez y exhaustividad. Recordemos que la solidez y la completitud se refieren a lo siguiente:

Para cualquier conjunto de fórmulas $\Sigma$ y cualquier fórmula $\sigma$ tenemos que $\Sigma \models \sigma$ si y sólo si $\Sigma \vdash \sigma$ .

Aquí $\Sigma \models \sigma$ significa que $\sigma$ es cierto en todos los modelos (valoraciones) donde todo en $\Sigma$ es verdadera. La notación $\Sigma \vdash \sigma$ significa que hay algún árbol de pruebas con supuestos contenidos en $\Sigma$ y conclusión $\sigma$ .

Lo más fácil será demostrar la contraposición del teorema de la compacidad: si $\Sigma$ es insatisfactible, entonces debe haber un número finito de $\Delta \subseteq \Sigma$ que es insatisfactible. Como ya ha señalado, $\Sigma$ al ser insatisfactible significa que $\Sigma \models w \wedge \neg w$ para algunos $w$ . Así que por completitud obtenemos $\Sigma \vdash w \wedge \neg w$ . Esto significa que debe haber un árbol de pruebas con supuestos en $\Sigma$ y conclusión $w \wedge \neg w$ . Sin embargo, los árboles de pruebas son objetos finitos, por lo que los supuestos de nuestro árbol de pruebas deben aparecer ya en un $\Delta \subseteq \Sigma$ . Así que obtenemos $\Delta \vdash w \wedge \neg w$ . Entonces por solidez tenemos $\Delta \vDash w \wedge \neg w$ lo que significa que $\Delta$ es insatisfactible como se requiere.

Así que la buena intuición aquí es la siguiente. Un conjunto $\Sigma$ es insatisfactible precisamente cuando podemos derivar una contradicción de ella. Esa derivación es finita, lo que significa que la contradicción debe tener lugar ya en una parte finita de $\Sigma$ . Esto significa que si cada parte finita es satisfacible entonces no puede haber contradicción, por lo que $\Sigma$ debe ser satisfacible.

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