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二、Copi-Kahane 系統的妥當性

在文檔中 自然演繹法系統之比較 (頁 31-36)

引理二: 假設

φ

1

, ..., φ

k

Copi-Kahane 系統中的一個推論,其中第 i 行 φ

i 所用到未釋放的前提是

Γ

i。如果在這個推論中,沒有用到任何 的(EI)規則,那麼 Γk ٧ φk 成立。

證明:這裡的證明與Gentzen 系統的妥當性證明類似(見定理一):我們 用數學歸納法證明對任何的i (1 ≤ i ≤ k),Γi ٧ φi都會成立。在證明的過 程當中,情況1 到情況 5 是和 Gentzen 系統一模一樣。在情況 6(UG)

的部分,因為 Copi-Kahane 系統也會要求「個例項」不能出現在未釋放 的前提或全稱語句 (׊x)ψ(x) 中,我們只要在 Gentzen 系統的情況 6 證明 中,把「常元」改成「變元」,並做出其它必要的更改,就可以證出 Copi-Kahane 系統的(UG)情況。而情況 7 也是如此。此外,因為在這 裡我們假設這推論中沒有用到任何的(EI)規則,因此情況 8 不會出現。

引理三:假設我們可以證明對於任何

Copi-Kahane 系統的推論 D = φ

1

, ..., φ

n,只要D 是個「已完成的推論」且在此推論中(EI)規則總 共用了

k 次,則 Γ

n ٧ φn會成立。那麼,我們就可以證明,對於任 何

Copi-Kahane 系統的推論 D = φ

1

, ..., φ

n,只要D 是個「已完 成的推論」且在此推論中(EI)規則總共用了 k+1 次,則 Γn ٧ φn 會成立。(這裡「已完成的推論」的定義是此推論的最後一行語 式中,沒有出現任何的自由變元。)

證明:假設我們已經證明了對於任何Copi-Kahane 系統的推論 φ1, ..., φn, 只要φ1, ..., φn是個「已完成的推論」且在此推論中(EI)規則總共用了 k 次,則 Γn ٧ φn會成立。

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現在,給定任何Copi-Kahane 系統的推論 D = φ1, ..., φn,並假設D 是個「已完成的推論」且在此推論中(EI)規則總共用了 k+1 次。我們 現在要證明對這個推論D 而言,Γn ٧ φn會成立。

因為在 D 中,(EI)規則總共用了 k+1 次,我們不妨假設(EI)規 則第一次的使用是在第j 步,從某個第 i 行的存在語句 (׌x)ψ(x) 中推出j 步的 ψ(u) 來(見圖二十二)。

圖二十二:推論D 圖二十三:推論 D*

現在,我們可以建構另外一個推論D*,是和原本的推論 D = φ1, ..., φn

一樣,只是在第j 步前多插入了一個語式 (׌x)ψ(x) ـ ψ(u) 在第 j 步作 為假設,並且我們把第 j 步的推論理由,從(EI)改成(MP)。換句話 說,D* = φ1*, ..., φj-1*, φj-*, φj*, ..., φn*,其中對任何的 m 而言, φm* = φm, 而 φj-* = (׌x)ψ(x) ـ ψ(u)。因此,D* 總共有 n+1 個步驟,而且對於任何 m ≥ j,Γm* ك Γm∪{(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)}(見圖二十三)。

宣稱:D* 確實是 Copi-Kahane 系統中的合法推論,也就是說,D* 的 每一步都會符合Copi-Kahane 系統推論規則的規定。

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要證明這個宣稱,我們只需證明D* 每一次(EI)或(UG)規則的 使用都符合規則的限制就可以了。(這是因為D* 只是比 D 多加了第 j 步並把第j 步的推論理由變更,而這樣的改變不會對任何(EI)與(UG)

以外的規則造成影響。)

圖八:Copi-Kahane 系統(UG)規則 圖九:Copi-Kahane 系統(EI)規則

先考慮(EI)規則,我們要證明 D* 中任何(EI)規則的使用都會 符合Copi-Kahane 系統對(EI)規則的限制(見圖九)。因為原本的D 推 論已經是Copi-Kahane 系統合法的證明,因此限制 1 顯然在 D* 裡也會 滿足。針對限制2,我們不妨假設是在 D* 中的第 m 步我們用了(EI)

規則。然而,因為我們已經假設了原本D 推論的第 j 步是在 D 當中第一 次使用(EI)規則,所以任何 D 推論中其他的(EI)步驟都會出現在第 j 步之後,因此,D* 第 m 步的(EI)會是在第 j 步之後。我們現在要證 明這個第m 步的(EI)會符合限制 2。但因為 D 是 Copi-Kahane 系統合 法的推論,根據(EI)的限制,第 m 步(EI)的「個例項」沒有自由的 出現在任何一個之前的步驟中,包括第j 步的 ψ(u) 之中。因此,D* 第 m 步(EI)的「個例項」也沒有自由的出現在何一個之前的步驟中,包括 新加入的第j 步 (׌x)ψ(x) ـ ψ(u)。因此,限制 2 也會滿足。

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現在考慮(UG)規則,同樣地我們要證明 D* 中任何(UG)規則

Γn*ك Γn∪{(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)},而 φn* = φn,因此Γn∪{(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)} ٧ φn 會成立。此外,因為 D 已經是 Copi-Kahane 系統合法的證明,所以第 j 步(EI)的「個例項」u 沒有自由地出現在之前任何步驟中,因此 u 不 會自由地出現在Γn中。而因為D* 是個「已完成的推論」,所以u 也不會 自由地出現在最後一行φn中。

宣稱:假設 (i) Γn∪{(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)} ٧ φn,且 (ii) u 沒有自由地出現 在Γnφn裡,則Γn ٧ φn

要證明這個宣稱,我們可以注意到Γn∪{(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)} ٧ φn等價於 Γn∪{׽φn} ٧ ׽[(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)]。而因為 u 沒有自由地出現在 Γn∪{׽φn} 裡,因此我們可以推得Γn∪{׽φn} ٧ (׊u)׽[(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)],等價於 Γn∪ {׽φn} ٧ ׽(׌u)[(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)],等價於 Γn∪{(׌u)[(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)]} ٧ φn。 但因為(׌u)[(׌x)ψ(x) ـ ψ(u)] 是個恆真句,因此我們可以推得 Γn ٧ φn

根據這個宣稱,以及前段所得到的結果,我們因此完成了引理三的 證明。

定理四: 假設φ1, ..., φn是Copi-Kahane 系統中的一個「已完成的推論」,

其中第i 行 φi所用到未釋放的前提是Γi。那麼Γn ٧ φn成立。

證明:根據引理二與引理三的結果,我們可以用數學歸納法針對 Copi- Kahane 系統「已完成推論」中(EI)的使用次數做歸納,證明定理四。

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