形式证明 是 指对具体推理的形式正确性进行考察,即把具体推理的前提和结论符号化为逻辑公式,运用一定的推理规则,有步骤地从表示前提的公式推出表示结论的公式 。
为了保证形式证明能严谨有序地进行,避免错误和随意性,现代逻辑提出了关于形式证明的两套规则: 建立证明的规则和推理规则 。
一、建立证明的规则
人建立证明的规则 是 关于如何组织形式证明的前提、如何运用推理规则、怎样才可以确认形式证明建立起来的一些规定 。
一般而言,建立一个推理的形式证明可采用如下步骤:
第一步, 把前提的符号表达式即公式按行列出,并在公式左边标明相应的行数;在最后一行前提公式的右边列出推理结论的符号表达式即结*公论**式,用一斜线将其和前提公式分开 。
第二步, 考虑运用某个推理规则于一定的前提公式,将所得结论写在下面一行,并在其右边注明得到的根据 。
第三步, 再考虑运用某个推理规则于已经写出的公式(不包括原推理结*公论**式),并写出得到的结论,在结论右边注明得到的根据 。
第四步, 依此类推,直到得到原推理结*公论**式 。如果 最后得到了原推理结*公论**式 ,则 形式证明就被认为建立起来,原推理的有效性得到证明 。
二、推理规则
在形式证明中,常用的是以下一些推理规则。这些规则大多 对应于一定的重言式 ,体现了人们在思维中经常使用的推理形式。
1.假设引入规则:
在推导过程中,可以根据需要随时引入一个假设 。
2.蕴涵消除规则(分离规则),简记为→_:
从 A→B和A,可以推出B 。
3.合取引入规则,简记为Λ₊:
从A和B,可以推出AΛB 。
4.合取消除规则,简记为A_:
从AΛB,可以推出A。
从AΛB,可以推出B 。
5.析取引人规则,简记为V₊:
从A,可以推出AVB。
从B,可以推出AVB 。
6.析取消除规则,简记为V_:
从AVB和┓A,可以推出B。
从AVB和┓B,可以推出A 。
7.等值引人规则,简记为↔₊:
从A→B和B→A,可以推出A↔B 。
8.等值消除规则,简记为↔_:
从A↔B,可以推出A→B。
从A↔B,可以推出B→A 。
9.否定引入规则(归谬律),简记为┓₊:
在给定前提下,如果引入假设A,由此推出B和-B,那么,由原来的前提可以推出A 。
10.否定消除规则(反证律),简记为┓_:
在给定前提下,如果引入假设┓A,由此推出B和┓B,那么,由原来的前提可以推出A 。
11.假言易位规则:
从A→B,可以推出┓B→┓A 。
12.否定后件规则:
从A→B和┓B,可以推出┓A 。
除了上面所列规则外, 还允许在需要时将经典命题逻辑中其他的重言式当作推理规则使用 。例如:
13.双重否定消除规则,简记为 ┓┓_:
从┓┓A,可以推出A 。
14.假言三段论规则:
从B→C和A→B,可以推出A→C 。
15.二难推理规则:
从A→B,C→D和AVC,可以推出BVD 。
此外,为了使形式证明简便易行,还需要增加以下两条特殊规则:
16.等值置换规则:
在推导过程中,可以把互相等值的公式彼此替换 。
17.蕴涵引入规则,简记为→₊:
如果在前提公式的集合基础上,再加上一个假设A,进而可以推出B,那么,从这个前提公式的集合可以推出A→B 。
例5-1 分析以下推理是否有效:
如果张明去北京,那么李卫和赵强也去北京。
如果李卫或者王华去北京,那么孙明也去北京。
张明去北京。
所以,孙明和赵强去北京。
该推理可以符号化为:解
p→(qΛr)
(qVs)→t
P
∴tΛr
(p表示“张明去北京”,q表示“李卫去北京”,r表示“赵强去北京”,s表示“王华去北京”,t表示“孙明去北京”。)
对这个推理形式,可以构造如下形式证明:
1 p→(qAr)
2 (qVs)→t
3 p / :tAr
4 q→r 1,3→_
5 q 4 Λ_
6 r 4 Λ_
7 qVs 5 V₊
8 t 2,7 →_
9 tΛr 8,6 Λ₊
上述证明的最后一行即原推理的结*公论**式,所以,原推理有效。
例5-2 分析以下推理形式是否有效:
p→(q→r)Λ(┓q→s)
ㄱrΛㄱS
∴ㄱp
解:对这一推理形式,可以构造如下形式证明:
1 p→(q→r)Λ(┓q→s)
2 ㄱrΛㄱS /∴ㄱp
3 p 假设
4 (q→r)Λ(┓q→s) 1,3 →_
5 q→r 4 Λ_
6 ㄱr 2 Λ_
7 ㄱq 5,6 否定后件规则
8 ㄱq→s 4 Λ_
9 ㄱs 2 Λ_
10 ┓┓q 8,9 否定后件规则
11 ㄱp 7,10 ┓₊
上述证明的最后一行即原推理形式的结论,所以,原推理形式有效。
例5-3 分析以下推理形式是否有效:
p→qΛq
∴ㄱp
解:对于这一推理形式,可以构造如下形式证明:
1 p→qΛ┓q /∴ㄱp
2 p 假设
3 qΛㄱq 1,2 →_
4 q 3 Λ_
5 ┓q 3 Λ_
6 ㄱp 4,5 ┓₊
上述证明的最后一行即原推理形式的结论,所以,原推理形式有效。
例5-4 分析以下推理是否有效:
张华没有上课或者因为有病,或者因为有急事。
如果张华有急事,他就会打电话来。
张华没有打电话来。
所以,张华没有上课是因为有病。
解该推理可符号化为:
pVq
q→r
ㄱr
∴p
(p表示“张华没有上课是因为有病”,q表示“张华没有上课是因为有急事”,r表示“张华打电话来”。)
对于这一推理形式,可以构造如下形式证明:
1 pVq
2 q→r
3 ㄱr/ ∴p
4 ㄱq 2,3 否定后件规则
5 p 1,4 V_
上述证明的最后一行即原推理的结*公论**式,所以,原推理有效。