Metalogica: proprietà derivate per calcolo
Proprietà metalogiche della logica ontologica (LO, le tavole di
src/core/tv.rs). Ogni affermazione marcata ✓ è
verificata da questo script su tutte le assegnazioni; quelle marcate
«argomento» seguono dalle precedenti per ragionamento e non per calcolo.
1. Conseguenza logica
Il solo valore designato è V:
Γ ⊨ φ sse ogni assegnazione che dà V a tutte le formule di Γ dà V a φ.
Una tautologia è una formula φ con ∅ ⊨ φ, cioè sempre V: è la
convenzione di LEGGI_LOGICHE.md.
2. Chiusura sotto le operazioni
2.1 Sottoinsiemi chiusi
Per ogni sottoinsieme di valori, i connettivi sotto cui è chiuso.
| Insieme | ¬ | ∧ | ∨ | ⊕ | → | ↔ | Sottoalgebra |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| {V} | no | sì | sì | no | sì | sì | no |
| {F} | no | sì | sì | no | no | sì | no |
| {N} | no | no | sì | sì | no | sì | no |
| {V, F} | no | sì | sì | no | sì | sì | no |
| {V, N} | no | no | sì | no | no | sì | no |
| {F, N} | sì | sì | sì | sì | no | sì | no |
| {V, F, N} | sì | sì | sì | sì | sì | sì | sì |
L'unica sottoalgebra è l'insieme intero. {F, N} è chiuso sotto tutti i
connettivi tranne → (F→F = V); {V, F} è chiuso sotto ∧, ∨, →
ma non sotto ¬ (¬F = N).
2.2 Congruenze
Una partizione è una congruenza per un connettivo se la classe del risultato dipende solo dalle classi degli operandi.
| Partizione | ¬ | ∧ | ∨ | ⊕ | → | ↔ | Congruenza |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| {V} | {F, N} | sì | sì | sì | sì | sì | sì | sì |
| {F} | {V, N} | sì | no | no | no | no | no | no |
| {N} | {V, F} | no | no | sì | no | sì | sì | no |
- ✓
{V} | {F, N}è l'unica congruenza non banale.
3. Riduzione bivalente
Il quoziente di LO per {V} | {F, N} ha due elementi: D (designato,
la classe di V) e U (non designato, la classe di F e N).
| A | B | A∧B | A∨B | A⊕B | A→B | A↔B |
|---|---|---|---|---|---|---|
| D | D | D | D | U | D | D |
| D | U | U | D | U | U | U |
| U | D | U | D | U | D | U |
| U | U | U | U | U | D | U |
¬D = U, ¬U = U.
Letto come algebra a due valori (D = vero, U = falso):
∧,∨,→sono i connettivi classici;¬Aè la costante falsa, qualunque sia A;A⊕Bè la costante falsa;A↔Bcoincide conA∧B.
Da qui la traduzione τ verso la logica classica: τ(¬X) = ⊥,
τ(X⊕Y) = ⊥, τ(X↔Y) = τ(X)∧τ(Y), τ(N) = ⊥, identità sul resto.
Teorema di riduzione. Γ ⊨ φ in LO sse τ(Γ) ⊨ τ(φ) in logica classica.
- ✓ le tavole quoziente sono quelle descritte sopra.
- ✓ 1378 istanze delle leggi di
LEGGI_LOGICHE.md: il valore LO è V esattamente quando la traduzione è vera in BOOL (0 discrepanze).
Conseguenza: per la validità, F e N sono indistinguibili. La differenza tra falso e non apofantico non incide su ciò che segue da cosa; incide sul valore delle formule non vere, cioè sull'equivalenza epistemica e sugli insiemi F e N restituiti dal motore.
4. Correttezza e completezza
Calcolo HLO: gli schemi d'assioma seguenti e la sola regola del modus ponens.
| Schema | Formula | Ruolo | Tautologia in LO |
|---|---|---|---|
| K | A→(B→A) |
implicazione | ✓ |
| S | (A→(B→C))→((A→B)→(A→C)) |
implicazione | ✓ |
| Peirce | ((A→B)→A)→A |
implicazione | ✓ |
| ∧E₁ | (A∧B)→A |
congiunzione | ✓ |
| ∧E₂ | (A∧B)→B |
congiunzione | ✓ |
| ∧I | A→(B→(A∧B)) |
congiunzione | ✓ |
| ∨I₁ | A→(A∨B) |
disgiunzione | ✓ |
| ∨I₂ | B→(A∨B) |
disgiunzione | ✓ |
| ∨E | (A→C)→((B→C)→((A∨B)→C)) |
disgiunzione | ✓ |
| ¬ | ¬A→B |
dalla negazione segue qualsiasi cosa | ✓ |
| ⊕ | (A⊕B)→C |
dallo XOR segue qualsiasi cosa | ✓ |
| ↔E | (A↔B)→(A∧B) |
la coimplicazione afferma entrambi i membri | ✓ |
| ↔I | (A∧B)→(A↔B) |
due membri affermati coimplicano | ✓ |
| V | V |
costante vera | ✓ |
| F | F→A |
ex falso quodlibet | ✓ |
| N | N→A |
ex N quodlibet | ✓ |
- ✓ il modus ponens conserva V:
A, A→B ⊨ B. - ✓
A→Bvale V sse A non vale V oppure B vale V (su tutte le 9 celle).
Correttezza (✓). Ogni assioma è una tautologia e il modus ponens conserva V, quindi ogni teorema di HLO è una tautologia e ogni derivazione da Γ è una conseguenza di Γ.
Teorema di deduzione (✓). Dalla seconda verifica: Γ, A ⊨ B sse Γ ⊨ A→B.
Completezza (✓, vedi §4.2). Ogni tautologia è un teorema di HLO, e ogni conseguenza di un insieme finito Γ è derivabile da Γ: con la correttezza, Γ ⊨ φ sse Γ ⊢ φ.
4.1 Regole come conseguenze
| Regola | Forma | Vale | Assegnazioni che soddisfano le premesse | Controesempio |
|---|---|---|---|---|
| Modus ponens | A, A→B ⊨ B |
sì | 1 | — |
| Modus tollens | ¬B, A→B ⊨ ¬A |
sì | 0 (a vuoto) | — |
| Sillogismo ipotetico | A→B, B→C ⊨ A→C |
sì | 15 | — |
| Sillogismo disgiuntivo | A∨B, ¬A ⊨ B |
sì | 0 (a vuoto) | — |
| Introduzione di ∧ | A, B ⊨ A∧B |
sì | 1 | — |
| Eliminazione di ∧ | A∧B ⊨ A |
sì | 1 | — |
| Introduzione di ∨ | A ⊨ A∨B |
sì | 3 | — |
| Esplosione | A, ¬A ⊨ B |
sì | 0 (a vuoto) | — |
| Introduzione di ↔ | A→B, B→A ⊨ A↔B |
no | 5 | A=F,B=F |
| Eliminazione di ↔ | A↔B ⊨ A→B |
sì | 1 | — |
| Contrapposizione | A→B ⊨ ¬B→¬A |
sì | 7 | — |
| Introduzione di ¬¬ | A ⊨ ¬¬A |
no | 1 | A=V |
| Riduzione all'assurdo | A→B, A→¬B ⊨ ¬A |
no | 6 | A=F,B=V |
Una regola con una premessa negata vale a vuoto: nessuna assegnazione
dà V a ¬A. Le due implicazioni non bastano a introdurre ↔, che
chiede entrambi i membri affermati.
4.2 Verifica della completezza
La completezza è verificata in modo costruttivo, con due programmi
indipendenti (strumenti/completezza.py).
Il generatore costruisce una derivazione in HLO di una tautologia φ
con il metodo di Kalmár. Scritto ∼A per A→F (A non è affermato):
- per ogni scelta di quali variabili sono vere, dalle ipotesi
p(variabile vera) o∼p(variabile non vera) deriva, per induzione sulla formula, ogni sottoformula ψ se è vera e∼ψse non lo è. I casi di∧,∨,→sono quelli classici;¬ψeψ⊕χnon sono mai veri, e gli schemi ¬ e ⊕ ne danno subito la non-affermazione;ψ↔χsi riconduce aψ∧χcon gli schemi ↔E e ↔I; - elimina le ipotesi una variabile alla volta: da
p→φe∼p→φsegue φ, con il teorema di deduzione (schemi K e S) e lo schema di Peirce.
Bastano le due ipotesi p e ∼p per variabile, e non tre, per la
congruenza del §2.2: il vero di una formula dipende solo da quali
variabili sono vere. Il generatore usa soltanto le tavole e gli schemi,
e riesce su ogni tautologia: è questo il contenuto della completezza.
Il verificatore controlla ogni derivazione riga per riga, senza sapere come è stata costruita: ogni riga deve essere un'istanza di uno schema, una premessa dichiarata, o seguire per modus ponens da due righe precedenti.
- ✓ le 19 leggi che sono tautologie: derivazioni corrette, da 76 a 10555 righe.
- ✓ le 10 regole valide del §4.1: la conclusione è derivata dalle premesse.
- ✓ tutte le 2906 formule su
A,Bcon al più due livelli di connettivi: 432 tautologie, tutte derivate (345485 righe verificate). - ✓ tutte le 2906 formule su
A,Ncon al più due livelli di connettivi: 568 tautologie, tutte derivate (98408 righe verificate). - ✓ controprova: su
A∨¬A, che non è una tautologia, il generatore non produce alcuna derivazione.
La verifica è eseguita da programmi e non da un dimostratore formale: il verificatore certifica ogni singola derivazione, mentre che il generatore riesca su ogni tautologia segue dall'induzione descritta sopra.
5. Decidibilità ed efficienza
LO è decidibile: una formula con n variabili si decide valutandola su 3ⁿ assegnazioni. Per il teorema di riduzione ne bastano 2ⁿ, quelle a valori in {V, F}, sulla traduzione τ.
- ✓ sulle 60 leggi le due procedure danno lo stesso verdetto: 19 tautologie a 3ⁿ, 19 a 2ⁿ.
Complessità (argomento): il problema delle tautologie è coNP-completo e
quello della soddisfacibilità (esiste un'assegnazione che dà V) è
NP-completo. L'appartenenza segue dalla valutazione in tempo lineare di
una singola assegnazione; la durezza dall'immersione della logica
classica del §7, che è lineare se ∼X si scrive X→F (stessa tavola
di X→¬X, senza duplicare X).
6. Compattezza
(Argomento.) Γ ⊨ φ sse esiste un sottoinsieme finito Γ₀ di Γ con Γ₀ ⊨ φ. Segue dal teorema di riduzione e dalla compattezza della logica classica: se τ(Γ) ⊨ τ(φ) allora un sottoinsieme finito di τ(Γ) basta, ed è l'immagine di un sottoinsieme finito di Γ. In particolare un insieme di formule è soddisfacibile sse lo è ogni suo sottoinsieme finito.
7. Conservatività rispetto alla logica classica
- ✓
{V, F}è chiuso sotto∧,∨,→. - ✓ su
{V, F}le tavole di∧,∨,→sono quelle booleane.
Con il teorema di riduzione: una formula che usa solo ∧, ∨, → è
una tautologia di LO sse lo è in logica classica, e lo stesso vale per la
conseguenza. LO è quindi un'estensione conservativa della logica
classica positiva.
Con la negazione le due logiche sono inconfrontabili: ciascuna ha tautologie che l'altra non ha.
| Legge | Formula | BOOL | LO |
|---|---|---|---|
| Terzo escluso | A∨¬A |
tautologia | no |
| Non contraddizione | ¬(A∧¬A) |
tautologia | no |
| Introduzione di ¬¬ | A→¬¬A |
tautologia | no |
| Identità bicondizionale | A↔A |
tautologia | no |
| Contrapposizione (assioma) | (¬A→¬B)→(B→A) |
tautologia | no |
| Dalla negazione, qualsiasi cosa | ¬A→B |
no | tautologia |
| Dallo XOR, qualsiasi cosa | (A⊕B)→C |
no | tautologia |
| Coimplicazione come congiunzione | (A↔B)→(A∧B) |
no | tautologia |
| Negazione di una negazione | ¬¬A→B |
no | tautologia |
| Legge di Peirce | ((A→B)→A)→A |
tautologia | tautologia |
| Dilemma costruttivo | (((A→C)∧(B→C))∧(A∨B))→C |
tautologia | tautologia |
La logica classica resta però interamente esprimibile con la negazione
stretta ∼A (in ONTO ~A): vale F se A è V e V altrimenti, cioè si
comporta come la negazione classica su V e F. Si legge «A non è
affermato», è definibile come A→¬A e serve solo a isolare una porzione
di logica che simula quella classica.
- ✓
A→¬Avale F, V, V per A = V, F, N. - ✓
{V, F}è chiuso sotto∼,∧,∨,→, con le tavole booleane. - ✓ 59 leggi: una legge è una tautologia classica sse lo è in LO la sua
immersione (
¬sostituita da∼,⊕e↔dalle definizioni classiche): 0 discrepanze. - ✓ 243 istanze della porzione classica (tavola di
~e leggi immerse a valori in {V, F}) eseguite dal binarioonto run: 0 discrepanze.
Terzo escluso e non contraddizione, per esempio, tornano tautologie nella
forma A∨∼A e ∼(A∧∼A). LO contiene quindi la logica classica come
logica dell'affermato e del non affermato, e vi aggiunge la distinzione
tra falso e non apofantico, che la validità non vede (§3).
8. Esplosione e non contraddizione
- ✓
¬Anon vale mai V: nessuna formula negata è una tautologia, né è mai soddisfatta. - ✓
A∧¬Anon vale mai V. - ✓
A, ¬A ⊨ Bvale, a vuoto: nessuna assegnazione dà V sia ad A sia a¬A.
Nel senso tecnico corrente una logica è paraconsistente se A, ¬A ⊨ B
fallisce. Con V designato LO non lo è: una contraddizione non può essere
affermata, quindi non c'è nulla da cui far esplodere. ¬(A∧¬A) non è
una tautologia perché la negazione non restituisce mai V, non perché
esistano contraddizioni vere.
9. Adeguatezza funzionale
I sei connettivi generano 588 delle 19683 funzioni binarie su
{V, F, N} e 12 delle 27 unarie. LO non è funzionalmente
completa.
La ragione è la congruenza del §2.2: ogni funzione definibile la rispetta, e le funzioni binarie che la rispettano sono 1275. Le 588 definibili ne sono una parte propria.
9.1 Basi
Sottoinsiemi minimali di connettivi che generano tutte le funzioni definibili:
{¬, ∧, ∨, →}{¬, ∨, →, ↔}{∧, ∨, ⊕, →}{∨, ⊕, →, ↔}
Funzioni binarie generate da alcuni sottoinsiemi:
| Connettivi | Funzioni binarie |
|---|---|
{→} |
8 |
{∧, ∨, →} |
54 |
{¬, →} |
37 |
{¬, ∧} |
276 |
{¬, ∨} |
530 |
{¬, ∧, ∨} |
562 |
{¬, ∧, →} |
298 |
{¬, ∨, →} |
542 |
{¬, ∧, ∨, ⊕, →, ↔} |
588 |
9.2 Definibilità reciproca
Ogni connettivo definito con gli altri cinque, con una formula di lunghezza minima (— se non è definibile).
| Connettivo | Definizione con gli altri |
|---|---|
¬A |
A⊕(A∧A) |
A∧B |
(A↔B)∨¬(A∨B) |
A∨B |
— |
A⊕B |
A∧(A∧(B∧¬A)) |
A→B |
— |
A↔B |
(A∧(A∧B))∧(B∧(A∧(B∨¬A))) |
Gli stessi connettivi a partire dai soli {¬, ∧, ∨}:
| Connettivo | Definizione |
|---|---|
A⊕B |
A∧(A∧(B∧¬A)) |
A↔B |
(A∧(A∧B))∧(B∧(A∧(B∨¬A))) |
A→B |
— |
- ✓ i connettivi non definibili con gli altri sono
∨,→. - ✓
⊕e↔sono definibili da{¬, ∧, ∨}. - ✓
→non lo è:{F, N}è chiuso sotto¬,∧,∨(§2.1) eF→F = V.
9.3 Operatori unari definibili
Ogni funzione unaria è scritta come terna dei valori su V, F, N.
| Su V, F, N | Definizione minima |
|---|---|
VVV |
A→A |
VFF |
A∧A |
VFN |
A |
FVV |
A→¬A |
FFF |
¬(A→A) |
FFN |
A⊕(A⊕A) |
FNF |
¬A |
FNN |
A⊕A |
NFF |
¬(A⊕A) |
NFN |
¬¬A |
NNF |
¬(A⊕(A⊕A)) |
NNN |
¬¬(A→A) |
Le 15 non definibili: VVF, VVN, VFV, VNV, VNF, VNN, FVF, FVN, FFV, FNV, NVV, NVF, NVN, NFV, NNV.
Tra le definibili ci sono le tre costanti (VVV, FFF, NNN), per cui
aggiungere V, F, N al linguaggio non aumenta le funzioni definibili, e
c'è FVV, la negazione stretta ∼A del §7.
Delle non definibili, 12 romperebbero la congruenza (mandano in V uno solo
tra F e N). Le altre 3 la rispettano e restano comunque fuori: VNF, VNN, NVV.
Tra queste VNF: nessuna formula scambia F e N lasciando fermo V.
9.4 Quali funzioni sono definibili
Una relazione binaria è invariante se è chiusa sotto i sei connettivi applicati componente per componente; una funzione la preserva se, applicata a coppie della relazione, dà una coppia della relazione. Ogni funzione definibile preserva ogni relazione invariante. Le relazioni binarie invarianti sono queste:
| Coppie | Relazione |
|---|---|
| 3 | {VV, FF, NN} |
| 5 | {VV, FF, FN, NF, NN} |
| 7 | {VV, VF, FV, FF, FN, NF, NN} |
| 8 | {VV, VF, FV, FF, FN, NV, NF, NN} |
| 8 | {VV, VF, VN, FV, FF, FN, NF, NN} |
| 9 | {VV, VF, VN, FV, FF, FN, NV, NF, NN} |
Bastano due di esse; le altre sono l'uguaglianza, la relazione totale, l'inversa di ρ e l'intersezione di ρ con la sua inversa.
-
θ, la congruenza del vero (§2.2): due valori sono in relazione se sono entrambi V o nessuno dei due lo è;
-
ρ, tutte le coppie tranne
(N, V): «non si passa dal non apofantico al vero». -
✓ le relazioni binarie invarianti sono 6, tutte ricavabili da θ e ρ.
-
✓ le funzioni binarie che preservano θ e ρ sono 588: esattamente le definibili.
-
✓ le funzioni unarie che preservano θ e ρ sono 12: esattamente le definibili.
Una funzione di uno o due argomenti è definibile con i sei connettivi se e solo se preserva θ e ρ.
Preservare θ dice che il vero del risultato dipende solo da quali argomenti sono veri. Preservare ρ dice che, tra due assegnazioni, il risultato può passare da N a V solo se almeno un argomento passa da N a V: è la forma algebrica del principio per cui il vero si ottiene per aggiunta di informazione e non per negazione. Le funzioni compatibili con θ sono 1275; ρ le riduce a 588.
10. Teoremi di limite
(Argomento.) Il frammento proposizionale è decidibile e HLO è completo,
quindi non vi si applicano teoremi d'incompletezza o d'indecidibilità:
questi richiedono un linguaggio capace di esprimere l'aritmetica, cioè
la quantificazione. La logica predicativa non è supportata
dall'ontologia espressa e i quantificatori non sono usati
(LOGICA.md §9).
11. Struttura modale
La logica ontologica distingue due possibilità. La possibilità logica (o modale) è ammessa dentro la metafisica e nel mondo reale si rivela sempre impossibilità; la possibilità epistemica sta nel mondo reale e resta da accertare con la scienza. Sui tre valori:
◇ₑA, possibilità epistemica: A è apofantico (V o F);◇ₗA, possibilità logica: A è non apofantico (N).
| A | ◇ₑA | ◇ₗA |
|---|---|---|
| V | V | F |
| F | V | F |
| N | F | V |
- ✓ nessuno dei due è definibile con i sei connettivi (§9.3): sono primitivi.
- ✓ entrambi separano F da N, quindi rompono la congruenza del §2.2: con le modalità la validità distingue il falso dal non apofantico, e la riduzione bivalente del §3 non si estende al linguaggio modale.
11.1 Leggi
∼ è la negazione stretta del §7.
| Formula | Su V, F, N | Classe | Lettura |
|---|---|---|---|
◇ₑA ∨ ◇ₗA |
VVV |
tautologia | ogni enunciato è possibile in uno dei due sensi |
∼(◇ₑA ∧ ◇ₗA) |
VVV |
tautologia | mai in entrambi |
A → ◇ₑA |
VVV |
tautologia | l'affermato è epistemicamente possibile |
◇ₑA → A |
VFV |
contingente | il possibile epistemico non è per questo affermato |
◇ₗA → ∼A |
VVV |
tautologia | il possibile solo logico non è mai affermato |
◇ₗA → ∼◇ₑA |
VVV |
tautologia | il possibile solo logico è impossibile nel reale |
∼◇ₑA → ◇ₗA |
VVV |
tautologia | e viceversa |
◇ₑ◇ₑA |
VVV |
tautologia | ogni giudizio di possibilità è apofantico |
◇ₑ◇ₗA |
VVV |
tautologia | idem |
◇ₗ◇ₑA |
FFF |
contraddizione | nessun giudizio di possibilità è non apofantico |
◇ₑ¬A → ∼◇ₑ¬¬A |
VVV |
tautologia | ¬A e ¬¬A non sono mai entrambe apofantiche |
◇ₗ¬A → ∼A |
VVV |
tautologia | se ¬A è non apofantico, A non è affermato |
Le due possibilità sono complementari: ◇ₗA ha la tavola di ∼◇ₑA, e
ne basta una come primitivo. La possibilità logica esclude
l'affermazione (◇ₗA → ∼A): è il contenuto formale di «si rivela sempre
impossibilità nel mondo reale». L'iterazione collassa: un giudizio di
possibilità vale V o F, quindi è sempre apofantico, e non c'è una
gerarchia di modalità annidate.
11.2 Modalità e negazione
| Formula | A=V | A=F | A=N |
|---|---|---|---|
◇ₑA |
V | V | F |
◇ₗA |
F | F | V |
◇ₑ¬A |
V | F | V |
◇ₗ¬A |
F | V | F |
◇ₑ¬¬A |
F | V | F |
◇ₗ¬¬A |
V | F | V |
◇ₑ∼A |
V | V | V |
La negazione di un falso è non apofantica (◇ₗ¬F = V): negando una
premessa falsa si esce dall'apofantico. La doppia
negazione è apofantica solo sul falso. La negazione stretta resta sempre
apofantica, coerentemente col suo uso nella porzione classica.
11.3 Potere espressivo
Aggiungendo ◇ₑ ai sei connettivi le funzioni unarie definibili passano da
12 a 16 su 27, e le binarie da 588 a 1156 su 19683. Le nuove
unarie: VVF, VFV, FVF, FFV.
Anche con le modalità LO non è funzionalmente completa. Restano fuori VVN, VNV, VNF, VNN, FVN, FNV, NVV, NVF, NVN, NFV, NNV:
tra queste lo scambio di F e N (VNF).