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Establecer conceptos teóricos en lógica de primer orden

He estado leyendo los textos introductorios de primer orden lógico (por ejemplo, Leary&Kristiansen). Todos ellos utilizan conceptos que he escuchado en la teoría de conjuntos cursos de pares ordenados, funciones, bijections, isomorfismo y así sucesivamente.

He leído un montón de material en Matemáticas.StackExchange en la teoría de conjuntos y de la lógica de primer orden y su interacción. Entiendo que no podemos definir de matemáticas de la nada - tenemos que tener conceptos primitivos. Mi problema es con la comprensión de que son conceptos primitivos y los que no lo son. Por supuesto, los diferentes libros podría tomar estos a ser diferente, pero aún así - tal vez no son comúnmente aceptado los principios y nociones que nadie duda.

Por ejemplo, estoy dispuesto a aceptar que existen cadenas, que pueden ser pegados juntos o separados, también estoy dispuesto a aceptar la recursividad y la inducción. También estoy dispuesto a aceptar el recuento de los números (que como bien podría ser infinita: I, II, III, ...).

Pregunta 1: por lo que he leído y entendido - conjuntos de primer orden de la lógica son diferentes a los de la teoría de conjuntos. Pero ¿cómo es eso? Al principio pensé que es porque pone en primer orden de la lógica son finitos, por definición, y son básicamente colecciones de términos finitos, cadenas, y así sucesivamente. A continuación, las paradojas que surgen en la teoría de conjuntos, debido a los infinitos no surgen de la lógica. Pero, por otro lado, usamos el conteo de los números y, a continuación, por ejemplo, el número de términos es infinito.

Pregunta 2: Son conjuntos de pares ordenados, funciones, bijections - nociones primitivas (por la noción primitiva entiendo concepto que no está definido) en primer orden de la lógica (al menos en la que la mayoría de los matemáticos de uso)?

Pregunta 3: Si los conjuntos de pares ordenados, las funciones son de hecho primitivas nociones, a continuación, que son diferentes de las definiciones teóricas? Si sí, entonces en qué forma? Si no, entonces ¿por qué definir estos conceptos una vez más en la teoría de conjuntos si teníamos en el lenguaje de la teoría de conjuntos de todos modos?

Pregunta 4: Si los conjuntos de pares ordenados, las funciones no son primitivas nociones de primer orden de la lógica, entonces ¿cómo se define?

Agradecería cualquier comentario y los debates sobre este tema.

16voto

JoshL Puntos 290

Las preguntas que se supone que hay una cierta noción de "conjunto" en la lógica de primer orden en sí, pero no la hay. Utilizamos conjuntos para el estudio de la lógica de primer orden, especialmente la semántica (modelos) de aspecto. Pero estos son parte de la metatheory utilizamos para el estudio de la lógica, no es realmente parte de "primer orden de la lógica". Por ejemplo, si nos fijamos en el primer orden de teoría de grupos, no hay nada acerca de los "conjuntos".

Si nos fijamos más en el sintáctico (pruebas), se puede obtener una mucho más débil metatheory, que sólo necesita para manipular cadenas. Teorías utiliza a menudo para este propósito incluyen la aritmética de Peano y el más débil es Primitiva Recursiva de la Aritmética. En estas teorías, no son directamente cualquiera de los "conjuntos", sólo números naturales, aunque estas teorías han maneras de hablar acerca de las funciones de los números a los números y, como tal, indirectamente a hablar de algunos tipos de conjuntos.

La realidad los conceptos fundamentales de la lógica de primer orden son alfabeto, la firma, el lenguaje, la teoría formal de las pruebas/derivability, y modelos/satisfiability. Todos, pero la última de estas puede ser muy satisfactoriamente estudiado el uso de la aritmética de Peano como nuestro metatheory. Una vez que nos movemos para el estudio de modelos que son de nuevo una parte fundamental de la lógica de primer orden - solemos encontrar más satisfactorio para trabajar en una fuerte metatheory que es capaz de construir y trabajar con modelos más directamente.

Sobre la naturaleza de la lógica

La otra cosa acerca de esta cuestión en particular: es común que las personas primero el estudio de la lógica matemática para pensar que el principal objeto de estudio de la lógica es encontrar la forma más primitiva de los objetos de las matemáticas y, a continuación, a la reconstrucción de las matemáticas a partir de estos objetos primitivos -- este es el fundamental aspecto de la lógica.

Que es de hecho uno de los aspectos de la lógica matemática, pero no el único por el momento. Históricamente, el fundamental aspecto de particular interés alrededor de la vuelta del siglo 20, pero no es de interés primordial por más tiempo. Desde el punto de vista contemporáneo, otro objetivo de la lógica matemática es simplemente entender las matemáticas mejor mediante el uso de técnicas que han llegado a ser llamada "lógica matemática". Creo que, por razones históricas y porque es interesante, el fundamental aspecto tiende a ser un poco más de hincapié en el material introductorio.

Por ejemplo, otro comunes e importantes hilo en la lógica matemática es definability - el estudio de lo que los aspectos de estructuras matemáticas puede ser expresado en la que los lenguajes formales. Este subproceso se ejecuta en gran medida a través de la computabilidad teoría y modelo de la teoría, y también se encuentra en la teoría de conjuntos y la prueba de la teoría.

Otro denominador común es el interés por los objetos matemáticos, de la lógica para su propio bien: algunos lógicos de estudio conjuntos, porque ellos al igual que los conjuntos, no como un camino para el estudio de las fundaciones. Algunos estudio de la computabilidad porque les gusta la computabilidad, sin mucho interés en aspectos filosóficos. Algunos temas de investigación en el modelo de la teoría son esencialmente indistinguibles de álgebra abstracta o análisis.

El aspecto fundamental de la lógica sigue siendo importante, por supuesto, y todavía hay gente que trabaja principalmente en las fundaciones. Pero la idea de que la lógica matemática proporcionará algún tipo de base sólida para el resto de las matemáticas no es realmente parte de la contemporánea estudio de las fundaciones. Por el contrario pensamos acerca de una variedad de teorías, cada una adecuada para sus propios fines fundacionales. Para el estudio de la semántica de la lógica de primer orden, necesitamos una teoría que incluye alguna forma de manejar los modelos, que son determinados tipos de conjuntos.

Como el cambio de un principalmente fundacional del punto de vista de una manera más amplia punto de vista matemático ocurrido, varios de la lógica matemática de los libros de la mitad del siglo 20 se incluye explicaciones detalladas en la introducción acerca de por qué se utiliza avanzados métodos matemáticos para el estudio de la lógica. Un buen tratamiento de este tema es en Monje lógica del libro, que se puede encontrar bastante barato en estos días.

El propósito de esta sección, que puede ser una ligera digresión, es para explicar que una razón por la que no es fácil ver cómo la lógica se desarrolla "de la nada" desde los primeros principios es que, a menudo, no es ese el objetivo de que los lógicos contemporáneos tienen en la discusión de la lógica. No necesariamente se están tratando de desarrollar la lógica y las matemáticas desde los primeros principios.

8voto

Mauro ALLEGRANZA Puntos 34146

Lógica (como FOL) presupone (natural) lenguaje y la "maquinaria básica" de la lengua: los conceptos relacionados con la sintaxis (como por ejemplo: cadena, (significativo) de la expresión, etc.) y a la semántica (como por ejemplo: valor de verdad, referencia, etc.) así como el mecanismo de conteo.

De esta manera, se puede desarrollar un semi-tratamiento formal de la lógica, en la misma forma utilizada para cada teoría científica: geometría, aritmética, física (ver, por ejemplo, Aristóteles la Lógica).

Ejemplo : en este contexto, no tenemos la teoría de conjuntos para entender el concepto de función (es decir, una correspondencia entre los objetos de un dominio de objetos y de un co-dominio) o de la (binario) de la relación (como la que hay entre el padre y el hijo).

Cuando queremos desarrollar la lógica como una disciplina matemática, tenemos que formalizar, el desarrollo de la teoría de la lógica del sistema con la herramienta de las matemáticas.

A fin de formalizar la sintaxis y la semántica tenemos que definir como matemática precisa de los objetos: podemos hacer esto usando (una cantidad limitada de) la teoría de conjuntos, como Hereditariamente finitos conjuntos [ver, por ejemplo, M. Accesorio, de la Imperfección en la Tierra de Conjuntos (2007)] o la aritmética, como algunos de los subsistemas de Segundo orden aritmética [ver: S. Simpson, los Subsistemas de segundo orden de la aritmética (2009)].

5voto

user21820 Puntos 11547

Creo que este post acerca de la construcción de bloques puede resolver algunos de sus subyacentes de la investigación filosófica. Después de eso, deja que me ocupe de los detalles específicos en su pregunta:

Por ejemplo, estoy dispuesto a aceptar que existen cadenas, que pueden ser pegados juntos o separados, también estoy dispuesto a aceptar la recursividad y la inducción. También estoy dispuesto a aceptar el recuento de los números (que como bien podría ser infinita: I, II, III, ...).

Quizás sorprendentemente, uno puede hablar de finito (binario) de las cuerdas con una muy débil del sistema, tales como la Teoría de la Concatenación (TC). Como se muestra en el post vinculado TC es tan débil que no puede probar que la cancelación. Vamos a TC* TC además de un adecuado esquema de inducción, como la Aritmética de Peano (PA) puede ser axiomatized como PA además de la inducción. TC* puede demostrar, básicamente, todas las propiedades básicas de las cadenas, dentro de la que se puede codificar los números naturales.

También puede ser de extrañar que el TC, a pesar de ser tan débil, es esencialmente incompleta, lo que significa que no computable extensión de puede probar o refutar cada frase de más de TC. Esto es aproximadamente debido a que la CT es capaz de expresar cualquier instancia de la detención problema, y es capaz de verificar la salida de un programa dado que se detiene en la entrada dada. (Detalles aquí.)

Por lo que he leído y entendido - conjuntos de primer orden de la lógica son diferentes a los de la teoría de conjuntos.

Generalmente, se establece que se construyen en la lógica básica son muy bonitos conjuntos. A menudo son aritméticas (como se define en los bloques de edificio de correos). Esto también significa que una gran cantidad de resultados fundamentales en la lógica puede ser probada dentro de ACA, incluyendo la unsolvability de la detención problema, teorema de la incompletitud de Gödel, Henkin la prueba de la semántica de la integridad teorema, y así sucesivamente.

Pero en la mayor lógica, especialmente cuando la investigación de la teoría de conjuntos ZFC, los lógicos suelen trabajar dentro de ZFC como el meta-sistema.

Al principio pensé que es porque pone en primer orden de la lógica son finitos, por definición, y son básicamente colecciones de términos finitos, cadenas, y así sucesivamente. A continuación, las paradojas que surgen en la teoría de conjuntos, debido a los infinitos no surgen de la lógica. Pero, por otro lado, usamos el conteo de los números y, a continuación, por ejemplo, el número de términos es infinito.

Esto parece estar basada en un grave error conceptual. Como se señaló, hay infinitamente muchos finito de cadenas. Además, las paradojas no 'surgir' debido a infinito. Que surgen cuando las personas hacen suposiciones para nebulosa de conceptos que resultan ser incompatibles. Esto sucedió con la ingenua teoría de conjuntos, en la que Russell de la paradoja de los rendimientos de una contradicción sin cualquier conjunto infinito.

Muchos lógicos, creo que ACA es conceptualmente sonido, y nosotros ciertamente no esperar cualquier prueba de la contradicción más ACA. Algunos lógicos duda ZFC la aritmética solidez, y no existe una clara justificación filosófica para su significatividad, pero todavía nadie ha encontrado ninguna evidencia para indicar un problema. Algunos de ellos incluso se duda de $Π^1_1$-CA, que es una impredicative fragmento de segundo orden de la aritmética (ver este y a este respecto predicativity), a diferencia de ACA.

Son conjuntos de pares ordenados, funciones, bijections - nociones primitivas (por la noción primitiva entiendo concepto que no está definido) en primer orden de la lógica (al menos en la que la mayoría de los matemáticos de uso)?

Como Carl lo indica, estos son primitivas nociones para la mayoría de los matemáticos que realmente no se preocupan acerca de cuestiones fundamentales. A partir de una fundación independiente de la vista, es justo considerar tuplas y conjuntos y funciones primitivas. No bijections (o inyecciones), debido a que pueden ser definidos como tipos especiales de funciones. Por supuesto, es peligroso decir esto, de lo contrario Russell iba a preguntar lo que impide la construcción de su famoso conjunto de $\{ x : x \notin x \}$. Así que al final uno todavía tiene que pensar acerca de las fundaciones, guste o no.

Pero nadie realmente se preocupa de cómo tuplas o funciones están codificados en la teoría de conjuntos ZFC, por muy buena razón: sólo nos preocupa que se nos puede manipular como se esperaba. Para tuplas, sólo necesitamos tupla formación y proyección. Para las funciones, sólo necesitamos función de la construcción y aplicación.

Si los conjuntos de pares ordenados, las funciones no son primitivas nociones de primer orden de la lógica, entonces ¿cómo se define?

Si todavía no está claro, la lógica de primer orden es simplemente la lógica del lenguaje, y no tiene nada que ver con los juegos o pares o funciones. La teoría de conjuntos ZFC es de primer orden de la teoría, porque "$\in$" puede ser tratada como un predicado binario-símbolo. Hay otros de primer orden teorías, tales como la PA y la teoría de grupos y la teoría de los lineales de los pedidos.

Pero estas nociones pueden ser considerados primitivos en el campo matemático llamado de la lógica matemática, aunque si se quiere ser preciso acerca de lo que los conjuntos y funciones que se pueden construir, usted tiene que decidir sobre sus fundamentales del sistema. También, la mayoría de la gente (incluso los teóricos) no funcionan en el puro ZFC, pero dentro de una más informal, el sistema que se apoya sobre la marcha definitorial de expansión e incluso inductivo definiciones (detalles aquí).

4voto

Vale la pena agregar a las otras respuestas que, de hecho, mientras que es convencional para hablar de conjuntos cuando se da la metatheory de la lógica de primer orden, simplemente no es necesario. (Un montón de hablar en matemáticas es innecesario, excesivo.)

  1. En lugar de hablar de consecuencia como una relación entre un conjunto de wffs (premisas) y un wff (la conclusión), se puede tratar como una relación entre wffs (plural) y un wff.
  2. En lugar de hablar del dominio de cuantificación como una cosa, un conjunto de objetos, podemos tomar los cuantificadores como van las cosas, en plural.
  3. En lugar de hablar de la interpretación de un predicado como un conjunto de cosas (la extensión del predicado), podemos hablar de las cosas (en plural) que satisfacen el predicado.

Y así se va (letra pequeña: "plural" para cubrir, en caso necesario, el cero y singular de los casos).

Es cómodo y familiar para el comercio en plural hablar para hablar; pero no es necesario. Podemos tomar los plurales en serio (de hecho a veces nos tienen que -- por ejemplo, no podemos tomar el dominio de cuantificación de la teoría de conjuntos un conjunto, por el familiarizados razón de que no existe el conjunto de todos los conjuntos). Y si nos gusta, podemos teorizar acerca de nuestros familiares de primer orden de la lógica formal metatheory con una lógica plural, sin invocar conjuntos.

2voto

Hurkyl Puntos 57397

Si usted está interesado en absoluto en la semántica , es decir, la interpretación de enunciados lógicos como una referencia a los objetos matemáticos en algunos universo — entonces es más natural para desarrollar la lógica de primer orden dentro de la misma matemática del universo.

Al hacerlo, cosas como "conjunto", "número natural", "función", y así sucesivamente todos significan la misma cosa que significa que si usted se estudian cualquier otro sujeto: son proporcionados a usted por el contexto en el que se está haciendo matemáticas, no es algo que usted necesita para postular y axiomatize desde cero.


Nota, sin embargo, que a veces una cosa que la gente hace en la lógica de primer orden que puedan dar lugar a confusión es considerar un primer orden de teoría de conjuntos.

Cuando usted está haciendo esto, usted está en la extraña situación de forma simultánea contemplando dos completamente diferentes nociones de conjunto:

  • La noción usual, en referencia a los juegos de el universo
  • Los objetos de la teoría estás estudiando

Al hacer esto, es muy fácil de mezclar los dos conceptos.

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