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¿Hay alguna buena no constructiva "existencial metatheorems"?

Hay buenos ejemplos de teoremas en los que razonablemente expresiva teorías (como la aritmética de Peano), para las cuales es mucho más fácil demostrar (en un metatheory) que es una prueba de que existe que es en realidad para encontrar la prueba? Cuando digo "mucho más fácil", el tedio de la formalización de un informal de la prueba no debe ser considerada. En otras palabras, un riguroso pero informal prueba no cuenta como un no constructiva demostración de que una prueba formal existe, ya que no hay ninguna dificultad esencial en la producción de una prueba formal, además de la carga de trabajo. Si hay algo esencial de la barrera, entonces hay algo mal con la prueba o con la definición de "prueba formal." (Aunque el concepto de "informal" a prueba por su naturaleza, es vaga, parece razonable decir que el procedimiento de transformación de un típico informal prueba para una prueba formal es una primitiva recursiva de cálculo, aunque probablemente sea imposible hacer que la precisión suficiente para probar.)

No sé qué tal no constructiva meta-prueba de como se podría ver, pero yo también no veo por qué uno no podría existir. El solamente cerca de ejemplo de lo que puedo pensar ahora es en el cálculo proposicional: se puede demostrar que una fórmula proposicional es un teorema, mediante la comprobación de su tabla de verdad, que no establece de manera explícita una deducción a partir de los axiomas; sin embargo, en la mayoría de los casos interesantes, que probablemente no es mucho más fácil (en todo caso) que exhiben una prueba, sólo tal vez más mecánico. (Por supuesto, la estimación de la dificultad de demostrar o refutar un candidato para un proposicional teorema es un gran problema abierto.) También, creo que en realidad hay una manera sencilla de convertir una verdad-tabla de prueba en un efectivo de la deducción a partir de los axiomas del cálculo proposicional, aunque no recuerdo y no desandar todos los detalles. (De todos modos, yo no estoy tan interesado en el cálculo proposicional para esta pregunta, ya que no es muy expresiva.)

Otra cosa que parece vagamente relevante es la de Gödel integridad teorema, el cual establece que una fórmula es un teorema de primer orden de la teoría si y sólo si es verdadera en todos los modelos de la teoría. No sé en qué casos sería más fácil, sin embargo, para así mostrar que la fórmula era verdad en cada modelo de lo que sería sólo para demostrar el teorema en la teoría.

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skfd Puntos 463

Eh, esto es más de un "existencial meta-algoritmo," pero creo que es quizás vale la pena mencionar...

Una de las consecuencias de los Robertson-Seymour gráfico menores teorema es que para cualquier superficie, hay un polinomio de tiempo del algoritmo (en realidad cúbicos de tiempo!) para decidir si un grafo puede ser dibujado en la superficie. Pero este algoritmo no es explícito -- ya que se basa en las pruebas de un finito, pero no con eficacia limitada número de gráficos para ver si son menores de edad del gráfico de entrada. En realidad, como yo sé que ni siquiera se puede describir este algoritmo para comprobar si un grafo es integrable sobre un toro -- y computación en el gráfico de género, en general, es conocido por ser NP-completo! Así que sabemos que un "eficiente" algoritmo existe, a pesar de describir es conocido (suponiendo que P \neq NP) a ser duro.

25voto

thedeeno Puntos 12553

La teoría de conjuntos es un buen ejemplo. A menudo es conveniente que en la teoría de conjuntos a trabajar con el concepto de "clases" y tratarlos como objetos matemáticos, de los de su propia especie. El estándar axiomatization de la teoría de conjuntos con las clases que se llama Goedel-Bernays teoría de conjuntos, que se denota GBC, mientras que el de costumbre axiomas de ZFC tiene sólo conjunto de objetos. Pero en general, existe un teorema que cualquier declaración puramente acerca de los conjuntos que se demuestra por el uso de clases en GBC puede ser probado sin puramente en ZFC. Esto es lo que significa decir que la GBC es un conservador extensión de ZFC. Para demostrar este teorema general, sufficies a obserrve que cualquier modelo de ZFC puede ser ampliado a un modelo de GBC, mediante la adición de sólo las clases definibles a partir de parámetros.

Hay muchos otros ejemplos de conservador extensiones en matemáticas, y todos ellos parecen ser ejemplos del tipo que usted busca. Por ejemplo, el PA tiene un tratamiento conservador de la extensión a la de otros análogos teoría de la verdad en la colección de HF de hereditariamente finitos conjuntos. Por lo tanto, para demostrar un teorema sobre las cifras de PA, se puede utilizar libremente heredtiarily finito de conjuntos (por ejemplo, secuencias de números, secuencias de conjuntos de números, etc.), no tan codificados por los números a través de Goedel de codificación, pero como de los objetos matemáticos. Y sin duda, esto hace que las pruebas mucho más fácil.

Tal vez otro tipo de ejemplo que surge en el absolutismo fenómeno en la teoría de conjuntos. Por ejemplo, el Shoenfield Absolutismo teorema establece que cualquier Sigma^1_2 declaración tiene el mismo valor de verdad en cualquiera de los dos modelos de la teoría de conjuntos con el mismo ordinales. En particular, para demostrar que un determinado Sigma^1_2 declaración es verdadera en ZFC, es suficiente para demostrar que, bajo el supuesto también que V=L, donde dispone de todo tipo de estructura adicional disponible. El Absolutismo Teoremas (y hay muchas) por lo tanto puede ser visto bajo la rúbrica a la que usted menciona.

Pero, por supuesto, en todos estos casos, tenemos una prueba real en el más débil de la teoría. Para demostrar que no es una prueba, es una prueba, así que creo que finalmente no habrá forma de evitar que las discutiendo sobre si es fácil o difícil de traducir el alto nivel de la prueba en un bajo nivel de la prueba, dado que, en principio, siempre será posible hacer esto.

20voto

Dean Hill Puntos 2006

Harvey Friedman tiene un ejemplo de un número finito de instrucción (que en realidad es "finito" y no "finitary", es decir, $\Pi_0^0$ en lugar de $\Pi^0_1$) que tiene una prueba, el uso de grandes cardenal axiomas, que no es más que un millón de símbolos en longitud, pero cuya prueba en ZFC con abreviaturas deben contener más de $10^{1000}$ símbolos. Obviamente, explícitamente "conclusión" de la ZFC prueba es totalmente inviable. Ver el último teorema (Teorema 5) en este post a los Fundamentos de la Matemática de la lista de correo.

En cierto sentido, computacional inviabilidad es el único tipo de obstrucción que pueda existir aquí. Si hay una prueba, entonces usted puede encontrar mediante la búsqueda exhaustiva, por lo que no puede ser un no constructiva argumento para la existencia de una prueba en el sentido fuerte de un argumento que le da ningún algoritmo de ningún tipo para la búsqueda de la prueba. Por lo tanto en cierta medida, Friedman ejemplo es acerca de los más fuertes de la clase de ejemplo que usted podría esperar.

12voto

steevc Puntos 211

Esto no es exactamente lo que la pregunta original es de pedir, pero sin duda en ciencias de la computación hay un montón de problemas que uno puede decidir rápidamente por probabilística argumento, pero no hay algoritmo determinista es conocido (P=BPP problema, básicamente). Por ejemplo, considere la tarea de decidir si un polinomio de identidad en muchas de las variables durante un determinado campo finito es cierto. Uno puede decidir esto arbitrariamente alta probabilidad rápidamente, sólo por las pruebas al azar de las asignaciones de las variables y ver si uno nunca obtiene un contraejemplo. ( Schwarz-Zippel lema nos dice que si la identidad de la falla, a continuación, se produce una gran cantidad, y así será recogido con alta probabilidad mediante muestreo aleatorio.)

Así que si un polinomio de identidad es verdad, entonces uno puede rápidamente ser muy convencido de que es cierto, pero esto no da ninguna pista de cómo encontrar una prueba formal de que la identidad se mantiene, corto de la evaluación de cada una de las elecciones de la cesión, o la expansión de la identidad completamente y la comparación de los coeficientes (que termina siendo aproximadamente la misma cantidad de trabajo (es decir exponencial en la dimensión), en realidad).

4voto

Ian Dickinson Puntos 7956

Jacobson del teorema que X^m = X anillos son conmutativas proporciona un ejemplo esclarecedor, ver mi post de abajo para mayor discusión y referencias
El Pensamiento abstracto vs Cálculo

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