MathLabs
Định lýĐã chứng minh

Phép dịch phủ định kép Gödel–Kolmogorov

Phát biểu

Với mọi mệnh đề PP, phủ định kép ¬¬(P∨¬P)\neg\neg(P \vee \neg P) chứng minh được trong logic trực giác — dù bản thân P∨¬PP \vee \neg P có thể không chứng minh được.

Vì sao đúng?

Kolmogorov (1925) và Gödel (1933) độc lập chỉ ra logic cổ điển nhúng được vào logic trực giác qua "phép dịch âm" này: ta không bao giờ khôi phục được LEM đầy đủ, nhưng luôn khôi phục được phủ định kép của nó, chính là điều cần thiết để nhúng chứng minh số học cổ điển vào hệ trực giác, một bước then chốt trong các trợ lý chứng minh hình thức hóa sau này.

Phác thảo chứng minh

Bước 1: Cố định các luật trực giác được phép dùng. Logic trực giác giữ modus ponens và luật suy diễn tự nhiên cho ∧,∨,→\wedge, \vee, \to, và định nghĩa ¬P:=(P→⊥)\neg P := (P \to \bot) với ⊥\bot là phi lý ("từ chứng minh ⊥\bot suy ra mọi thứ" — ex falso quodlibet — hợp lệ theo trực giác). Điều không được giả định là P∨¬PP \vee \neg P hay luật khử phủ định kép ¬¬P→P\neg\neg P \to P.

**Bước 2: Chứng minh chiều dễ P→¬¬PP \to \neg\neg P theo trực giác.** Giả sử có chứng minh của PP. Ta cần tạo chứng minh của ¬¬P=((P→⊥)→⊥)\neg\neg P = (( P \to \bot) \to \bot), tức giả sử có chứng minh của (P→⊥)(P \to \bot) và suy ra ⊥\bot. Áp dụng hàm giả sử này vào chứng minh PP của ta cho ngay chứng minh ⊥\bot. Vậy P→¬¬PP \to \neg\neg P đúng mà không cần chia trường hợp — chiều này không bao giờ cần LEM.

**Bước 3: Xây trực tiếp chứng minh của ¬¬(P∨¬P)\neg\neg(P \vee \neg P).** Ta cần chỉ ra ((P∨¬P)→⊥)→⊥((P \vee \neg P) \to \bot) \to \bot. Giả sử có chứng minh hh của (P∨¬P)→⊥(P \vee \neg P) \to \bot (tức hh bác bỏ tuyển); ta cần suy ra ⊥\bot. Quan sát rằng hh, giới hạn lên vế phải tuyển, cho hàm nhận mọi chứng minh của PP tới chứng minh ⊥\bot — đó chính xác là chứng minh của ¬P\neg P (áp dụng hh sau khi bọc bằng phép nhúng phải inr\text{inr}). Gọi chứng minh suy ra này là n:¬Pn : \neg P.

Bước 4: Khép vòng. Bây giờ vì có n:¬Pn : \neg P, ta lập được inr(n):P∨¬P\text{inr}(n) : P \vee \neg P (vế phải của P∨¬PP \vee \neg P, khởi tạo với chứng minh nn). Đưa hạng tử này ngược vào hh: h(inr(n))h(\text{inr}(n)) là chứng minh của ⊥\bot, chính xác là ⊥\bot ta cần suy ra ở Bước 3. Điều này khép giả định ở Bước 3, cho chứng minh trực giác đầy đủ của ¬((P∨¬P)→⊥)\neg((P\vee\neg P)\to\bot), tức của ¬¬(P∨¬P)\neg\neg(P \vee \neg P).

*Bước 5: Vì sao điều này không* trả lại P∨¬PP \vee \neg P.** Bước 4 tạo ra ¬¬(P∨¬P)\neg\neg(P \vee \neg P), nhưng theo trực giác ¬¬Q→Q\neg\neg Q \to Q không suy ra được nói chung (điều đó đòi hỏi chính nguyên lý giống LEM mà ta thiếu). Vậy phép dịch thực sự yếu hơn: nó chỉ ra "luật" của logic cổ điển tồn tại như một khẳng định không thể bác bỏ (phủ định của nó luôn mâu thuẫn) ngay cả khi nó không thể khẳng định trực tiếp — chính khoảng cách này cho phép toán học cấu trúc cùng tồn tại với, và diễn giải, toán học cổ điển qua phép dịch âm Gödel của mọi công thức ϕ↦ϕN\phi \mapsto \phi^N (thay mỗi công thức nguyên tố và mỗi liên từ bằng tương ứng phủ định kép trực giác của nó), gửi mọi mệnh đề số học chứng minh được cổ điển thành mệnh đề chứng minh được theo trực giác.

Chủ đề chứa định lý này

Chứng minh từng bước

Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.

Tài liệu tham khảo

  1. Michael Dummett (2000). Elements of Intuitionism
  2. Kurt Gödel (1931). Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme I
  3. A.S. Troelstra, D. van Dalen (1988). Constructivism in Mathematics: An Introduction
  4. The Univalent Foundations Program (2013). Homotopy Type Theory: Univalent Foundations of Mathematics