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Chapitre 3 : Logique du premier ordre

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Logique

Chapitre 3 : Logique du premier ordre

Lucie Le Briquer

1 Theories

Remark.

s.t. means ”such that”

– ∀x, 0 +x=x

– ∀x,∀y, S(x) +y=S(x+y) – ∀x, 0×x=x

– ∀x,∀y, S(x) =S(y)⇒x=y – ∀x, x6= 0⇒ ∃y, x=S(y) – ∀x,∀y, S(x)y= (xy) +y – ∀x, ¬(S(x) = 0)

Definition 1(elementary arithmetics)

– ∀x,∀y,∀z, (xy)z=x(yz)

– ∃e,(∀x, xe=ex)∧(xx−1=e)∧(x−1x=e) Definition 2(group theory)

Remark.

A theory equivalent to group theory :

∀x∀y:x−1×(xy) =y

2 Syntax

LetF be a set of symbols of functions f ∈F, each one having aritya(f)∈N. LetX be a set ofvariables.

1

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F,X given. The set of termsT(F, X) is defined by : – x∈X

– f(t1, ..., tn) where theti are terms anda(f) =n Definition 3(terms)

Example.

F ={z(0),+(2),×(3), s(1)}

3 Formulas of the first-order predicate calculus

LetP be a set of relation symbols s.t. P ∈ P has aritya(P)∈N.

CP1(F,P) :

– an atomic formulaP(t1, ..., tn), wherea(P) =nandt1, ..., tn are terms – ifϕ, ψ∈CP1(F,P),then : ¬ϕ, ϕ⇒ψ, ϕ∧ψ, ϕ∨ψ∈CP1(F,P) Definition 4(CP1(F,P))

3.1 F -algebra

– a given non empty setDA – for allf ∈F fA:Da(f)A −→DA Definition 5(F-algebra)

Examples.

– (N,+NN,0N, SN) is anF-algebra whereF ={+(2),×(2),0(0), s(1)}

– A0, with :

• DA0= Σ

• +A0 is the concatenation

• ×A0 is defined by

ω×A0ω0 =ω[a7→ω0] fora∈Σ

• SA0(ω) =ω·a

– T(F, X) is aF-algebra, where functions are trivially interpreted : fT(F,X)(t1, ..., tn) =f(t1, ..., tn) As it happens, the domain isT(F, X)

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3.2 Morphisms

A, A0 twoF-algebras. A morphism ofA−→A0 is an applicationh:DA−→DA0 s.t. for all f ∈F, e1, ..., en ∈DA wherea(f) =n:

h(fA(e1, ..., en)) =fA0(h(e1), ..., h(en)) Definition 6(morphism ofA−→A0)

Example.

h:

AΣ−→N ω7→ |ω|a

– h(zA) =h(ε) = 0 =zN

– h(ω+Aω0) =h(ωω0) =|ωω0|=|ω|a+|ω0|a =h(ω) +Nh(ω0) – h(ω×Aω0) =h(ω[a7→ω0]) =|ω|a0|a

– h(sA(ω)) =h(ω·a) =|ω|a+ 1 =SN(h(ω))

Ifσ:X−→A, whereAis a F-algebra, then there exists a unique morphism : bσ:T(F, X)−→As.t. bσ(x) =σ(x) for allx∈X

Theorem 1(Birkhoff)

Proof.

bσ(t) is constructed by structural induction on t, with : – σ(x) =b σ(x)

– σ(fb (t1, ..., tn)) =fA(bσ(t1), ...,σ(tb n))

Examples.

x+s(y)

σ=

X −→AΣ

x7−→ab y 7−→b thenbσ(x+s(y)) =abba

σ0=

X −→N x7−→1 y7−→2 thenbσ(x+s(y)) = 4

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Remarks.

– ˆσ(t) is denotedJtKσ, A, ortσ

– σ:X −→Ais called aninterpretation – σ:X −→T(F, X) is asubstitution

– Dom(σ) ={x|xσ6=x} if Dom(σ) ={x1, ..., xn},σis denoted{x17→t1, ..., xn7→tn}

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