演繹論理において、一貫性のある理論とは、論理的矛盾を招かない理論のことである。[ 1 ]理論公式がない場合でも一貫性がある両方ともそしてその否定は、結果の集合の要素である。 させて閉じた文の集合(非公式には「公理」)であり、証明可能な閉じた文の集合何らかの(明示された、場合によっては暗黙の)形式的演繹体系の下で。公理の集合公式がない場合でも一貫性があるそのためそして自明な理論(つまり、その理論の言語で全ての文を証明する理論)は明らかに矛盾している。逆に、爆発的な形式体系(例えば、古典的または直観主義的な命題論理または一階述語論理)では、矛盾する理論はすべて自明である。[ 2 ]: 7理論の一貫性は構文概念であり、その意味論的な対応物は充足可能性である。理論は、モデルを持つ場合、つまり、その理論のすべての公理が真となる解釈が存在する場合に充足可能である。 [ 3 ]これは、伝統的なアリストテレス論理における一貫性の意味であったが、現代の数学論理では代わりに充足可能という用語が使用されている。
健全な形式体系では、充足可能な理論はすべて無矛盾ですが、その逆は成り立ちません。特定の演繹論理で定式化された任意の理論に対して、これらの意味論的および構文論的定義が等価である演繹体系が存在する場合、その論理は完全であると呼ばれます。命題論理の完全性は、1918年にポール・ベルネイズ[ 4 ]と1921年にエミール・ポスト[ 5 ]によって証明され、(一階)述語論理の完全性は、 1930年にクルト・ゲーデル[ 6 ]によって証明され、帰納公理図式に関して制限された算術の無矛盾性証明は、アッカーマン(1924)、フォン・ノイマン(1927)、ヘルブランド(1931)によって証明されました。[ 7 ]二階論理のようなより強力な論理は完全ではありません。
一貫性証明とは、特定の理論が一貫性があることを数学的に証明することです。 [ 8 ]数学的証明論の初期の発展は、ヒルベルトのプログラムの一環として、数学全体に有限の一貫性証明を提供したいという願望によって推進されました。ヒルベルトのプログラムは、十分に強力な証明理論は(一貫性があるという前提のもとで)その一貫性を証明できないことを示す不完全性定理によって強く影響を受けました。
モデル理論を用いて一貫性を証明することは可能であるが、多くの場合、論理のモデルを参照することなく、純粋に構文的な方法で行われる。カット除去(あるいは、基となる計算体系が存在する場合はその正規化)は、計算体系の一貫性を意味する。偽であることのカットフリー証明は存在しないため、一般に矛盾は存在しない。
ペアノ算術のような算術理論では、理論の一貫性と完全性の間には複雑な関係がある。理論が完全であるとは、その理論の言語におけるすべての式φに対して、φまたは¬φの少なくとも一方がその理論の論理的帰結である場合をいう。
プレスバーガー算術は、自然数の加算に関する公理体系である。それは無矛盾かつ完全である。
ゲーデルの不完全性定理は、十分に強力な再帰的可算な算術理論は、完全性と無矛盾性を両立することはできないことを示している。ゲーデルの定理は、ペアノ算術(PA)と原始再帰算術(PRA)の理論には適用されるが、プレスバーガー算術には適用されない。
さらに、ゲーデルの第二不完全性定理は、十分に強力な再帰的列挙可能な算術理論の無矛盾性を特定の方法で検証できることを示しています。そのような理論は、その理論のゲーデル文と呼ばれる特定の文を証明しない場合に限り無矛盾です。このゲーデル文は、その理論が実際に無矛盾であるという主張を形式化したものです。したがって、十分に強力で、再帰的列挙可能で、無矛盾な算術理論の無矛盾性は、その体系自体では決して証明できません。ツェルメロ=フレンケル集合論(ZF)などの集合論を含む、十分に強力な算術の断片を記述できる再帰的列挙可能な理論についても同じ結果が当てはまります。これらの集合論は、無矛盾であるという前提のもとで、自身のゲーデル文を証明することはできません。これは一般的に信じられています。
ZF の一貫性は ZF では証明できないため、より弱い概念相対的整合性は集合論(および他の十分に表現力豊かな公理系)において興味深い概念である。Tを理論とし、Aを追加の公理、T+ATに対して整合性がある(あるいは単にA はTと整合性があるTが整合性があるならばT+Aことを証明できる場合をと ¬AのTと整合性がある場合、ATから独立しているという。
以下の数学的論理の文脈では、回転式改札機のシンボルは「~から証明可能」という意味です。つまり、読み方: bはaから証明可能である(特定の形式体系において)。
させてを記号の集合とする。最大限に一貫性のあるセットである-証人を含む式。
同値関係を定義する撮影現場で-利用規約もし、 どこは等号を表す。を含む項の同値類を表す; そしてどこは記号の集合に基づく用語の集合です。
定義する-構造以上、また、に対応する項構造とも呼ばれる。、 による:
変数代入を定義するによる各変数について。 させて用語の解釈に関連付けられる。
次に、それぞれについて-式:
確認すべき点がいくつかあります。まず、これは実際には同値関係です。次に、(1)、(2)、(3)が適切に定義されていることを検証する必要があります。これは、これは同値関係であり、(1)と(2)が選択に依存しないことの証明も必要とする。クラス代表。最後に、数式に関する帰納法によって検証できる。
古典一階述語論理を用いたZFC集合論では、[ 10 ]矛盾した理論閉じた文が存在するような文が存在する。そのため両方を含むそしてその否定一貫性のある理論とは、以下の論理的に同値な条件が成り立つ理論のことである。
。
署名となる、理論ではそして文私たちはこう言いますはあるいは、伴う記号ですべてのモデルがはモデルです(特に、モデルがない場合伴う.)警告: もしすると証明があるからいずれにせよ、無限言語では、何が証明を構成するのかが必ずしも明確ではない。一部の著者はつまりから推論できるある特定の形式的証明計算において、彼らはこう書く含意の概念(これは私たちの) 一階述語論理では、問題となっている証明計算の完全性定理により、2 種類の含意は一致する。我々は次のように言う。は有効である、または論理定理である、記号で表すと、 もしすべてにおいて真実である-構造。私たちはこう言います。一貫性があるならば一部では真実である-構造。同様に、理論はモデルがあれば一貫性があると言えます。L∞ωにおける 2 つの理論 S と T が同じモデルを持つ場合、つまり Mod(S) = Mod(T) である場合、それらは同等であると言います。(30ページに記載されているMod(T)の定義にご注意ください…)
{{cite book}}: ISBN / 日付の不一致 (ヘルプ) 1991 年第 10 刷。{{cite book}}ISBN /日付の不一致(ヘルプ){{cite book}}ISBN /日付の不一致(ヘルプ)