(01)
① Pならば、Qである。
② PでないかQである。
に於いて、
①=② である。
といふこと(含意の定義)を、「日本語」で示したい。
(02)
① Pならば、Qである。
② PでないかQである。
ではなく、
① Pならば、Qである。
② PでないかQである。といふことはない。
に於いて、
①=② であると、「仮定」する。
然るに、
(03)
② PでないかQである。といふことはない。
といふことは、
③ Pでない。ではないし、
④ Qである。でもない。
といふことである。
cf.
「ド・モルガンの法則」が「正しい」のであれば、さうである。
然るに、
(04)
③ Pでない。ではないし、
④ Qである。でもない。
といふことは、
③ Pである。
④ Qでない。
といふことである。
従って、
(02)(03)(04)により、
(05)
① Pならば、Qである。
② PでないかQである。といふことはない。
に於いて、
①=② であると、「仮定」すると、
① Pならば、Qである。
③ Pである。
④ Qでない。
といふ、ことになる。
然るに、
(06)
① Pならば、Qである。
③ Pである。
④ Qでない。
といふことは、
① Pならば、Qである。が、
③ PであってQでない。
といふ、ことである。
然るに、
(07)
① Pならば、Qである。が、
③ PであってQでない。
といふのであれば、「矛盾」する。
従って、
(02)~(07)により、
(08)
「背理法(RAA)」により、
① Pならば、Qである。
② PでないかQである。といふことはない。
に於いて、
①=② ではなく、
①≠② である。
従って、
(08)により、
(09)
「二重否定(DN)」により、
① Pならば、Qである。
② PでないかQである。
に於いて、
①=② である。
従って、
(10)
「記号」で書くと、
① P→Q
② ~P∨Q
に於いて、
①=② である。
従って、
(09)(10)により、
(11)
① P→P≡Pならば、Pである。
② ~P∨P≡PでないかPである。
に於いて、
①=② である。
然るに、
(12)
(ⅰ)
1 (1) P→Q A
2 (2) ~(~P∨Q) A
3(3) ~P A
3(4) ~P∨Q 3∨I
23(5) ~(~P∨Q)&
(~P∨Q) 24&I
2 (6) ~~P 35RAA
2 (7) P 6DN
12 (8) Q 17MPP
12 (9) ~P∨Q 8∨I
12 (ア) ~(~P∨Q)&
(~P∨Q) 29&I
1 (イ)~~(~P∨Q) 2アRAA
1 (ウ) ~P∨Q イDN
(ⅱ)
1 (1) ~P∨ Q A
2 (2) P&~Q A
3 (3) ~P A
2 (4) P 2&E
23 (5) ~P& P 34&I
3 (6)~(P&~Q) 25RAA
7 (7) Q A
2 (8) ~Q A
2 7 (9) Q&~Q 78&I
7 (ア)~(P&~Q) 29RAA
1 (イ)~(P&~Q) 1367ア∨E
ウ (ウ) P A
エ(エ) ~Q A
ウエ(オ) P&~Q エオ&I
1 ウエ(カ)~(P&~Q)&
(P&~Q) イオ&I
1 ウ (キ) ~~Q 7カRAA
1 ウ (ク) Q キDN
1 (ケ) P→ Q ウクCP
従って、
(12)により、
(13)
① P→P≡Pならば、Pである。
② ~P∨P≡PでないかPである。
に於いて、
①=② である。
然るに、
(14)
命題計算の規則は、本質的にゲンツェン(G.Gentzen)に由来するものである。
(E.J.レモン、竹尾治一郎・浅野楢英 訳、論理学入門、序ⅲ)
(15)
論理の演繹システムは、おおまかにいって、3種類あります。1つ目は、数学者ヒルベルトの提出したもの、2つ目は、数学者ゲンツェンの提出したシークエント計算、3つ目は、同じくゲンツェンが提出した自然演繹です(小島寛之、証明と論理に強くなる、2017年、136頁)。
従って、
(01)~(15)により、
(16)
「日本語」で考へても、「自然演繹」で計算しても、
① P→P≡Pならば、Pである。
② ~P∨P≡PでないかPである。
に於いて、
①=② であるし、「自然演繹」に慣れてゐる私にとっては、「自然演繹(命題計算)」は、「日本語で、論理的に考へること」と、「同じくらひの、分かり易さ」である。
然るに、
(17)
「ならば」の推論規則
最初に→(ならば)の推論規則を説明します。実は、この→(ならば)の推論規則が、自然演繹の中で最も特徴的な規則であり、それゆえ難しいものです。したがって、この最難関を最初にもってくることにしました。ここを乗り越えれば。他の論理記号の推論規則の理解は多少楽になると思います(小島寛之、証明と論理に強くなる、2017年、146頁)。
従って、
(17)により、
(18)
小島先生の言によれば、「自然演繹(Natural deduction)」と言へども、それなりに、「不自然(unnatural)」である。といふ、ことになる。
(19)
この規則(選言導入)は、推論の中で意識されることがおおよそないといえます。「彼女は背が高い」という主張をPとしましょう。すると、このPから「彼女は背が高い または 彼女は美人だ」が導けます。この場合、主張Qは「彼女は美人だ」に対応しています。しかし、「彼女は背が高い」がわかっているのに、わざわざ、「彼女は背が高い または 彼女は美人だ」とつなげる場面は普通の会話ではあまりないでしょう。数学の証明でも、これが使われる場面はほとんど見かけないような気がします。しかし、あとで解説しますが、この推論規則は、他の大事な規則を導く礎になります(小島寛之、証明と論理に強くなる、2017年、156頁)。
然るに、
(20)
(a)
1 (1) P&(Q∨R) A
1 (2) P 1&E
1 (3) Q∨R 1&E
4 (4) Q A
14 (5) P&Q 24&I
14 (6)(P&Q)∨(P&R) 5∨I
7(7) R A
1 7(8) P&R 27&I
1 7(9)(P&Q)∨(P&R) 8∨I
1 (ア)(P&Q)∨(P&R) 34679∨E
(b)
1 (1)(P&Q)∨(P&R) A
2 (2)(P&Q) A
2 (3) P 2&E
2 (4) Q 2&E
2 (5) Q∨R 4∨I
2 (6) P&(Q∨R) 35&I
7(7) (P&R) A
7(8) P 7&E
7(9) R 7&E
7(ア) Q∨R 9∨I
7(イ) P&(Q∨R) 8ア&I
1 (ウ) P&(Q∨R) 1267イVE
従って、
(20)により、
(21)
例へば、高校生も知ってゐる「分配法則」も、「選言導入(∨I)」が無ければ、「証明」出来ない。
従って、
(19)(20)(21)により、
(22)
小島先生の言によれば、「選言導入(∨I)」が、数学の証明では、これが使われる場面はほとんど見かけないような気がします。
といふのであれば、数学者といへども、「定理」を「証明」する際には、「自然演繹(Natural deduction)」そのものを、用ひてゐるわけではない。
といふ風に、思はれる。
(01)
(ⅰ)
1 (1) P→Q A
2 (2) ~(~P∨Q) A
3(3) ~P A
3(4) ~P∨Q 3∨I
23(5) ~(~P∨Q)&
(~P∨Q) 24&I
2 (6) ~~P 35RAA
2 (7) P 6DN
12 (8) Q 17MPP
12 (9) ~P∨Q 8∨I
12 (ア) ~(~P∨Q)&
(~P∨Q) 29&I
1 (イ)~~(~P∨Q) 2アRAA
1 (ウ) ~P∨Q イDN
(ⅱ)
1 (1) ~P∨ Q A
2 (2) P&~Q A
3 (3) ~P A
2 (4) P 2&E
23 (5) ~P& P 34&I
3 (6)~(P&~Q) 25RAA
7 (7) Q A
2 (8) ~Q A
2 7 (9) Q&~Q 78&I
7 (ア)~(P&~Q) 29RAA
1 (イ)~(P&~Q) 1367ア∨E
ウ (ウ) P A
エ(エ) ~Q A
ウエ(オ) P&~Q エオ&I
1 ウエ(カ)~(P&~Q)&
(P&~Q) イオ&I
1 ウ (キ) ~~Q 7カRAA
1 ウ (ク) Q キDN
1 (ケ) P→ Q ウクCP
従って、
(01)により、
(02)
① P→Q≡Pならば、Qである。
② ~P∨Q≡PでないかQである。
に於いて、
①=② であるものの、この「等式」を「含意の定義」といふ。
従って、
(02)により、
(03)
「含意の定義」により、
① P→P≡Pならば、Pである。
② ~P∨P≡PでないかPである。
に於いて、
①=② である。
(04)
(ⅱ)
1 (1) ~P∨ Q A
2 (2) P&~Q A
3 (3) ~P A
2 (4) P 2&E
23 (5) ~P&P 34&I
3 (6)~(P&~Q) 25RAA
7(7) Q A
2 (8) ~Q 2&E
2 7(9) Q&~Q 78&I
7(ア)~(P&~Q) 29RAA
1 (イ)~(P&~Q) 1367ア∨E
(ⅲ)
1 (1) ~( P&~Q) A
2 (2) ~(~P∨ Q) A
3 (3) ~P A
3 (4) ~P∨ Q 3∨I
23 (5) ~(~P∨ Q)&
23 (6) (~P∨ Q) 24&I
2 (7) ~~P 3RAA
2 (8) P 7DN
9(9) Q A
9(ア) ~P∨ Q 9∨I
2 9(イ) ~(~P∨ Q)&
(~P∨~Q) 2ア&I
2 (ウ) ~Q 9イRAA
2 (エ) P&~Q 8ウ&I
12 (オ) ~( P&~Q)&
( P&~Q) 1エ&I
1 (カ)~~(~P∨~Q) 2オRAA
1 (ク) ~P∨~Q カDN
従って、
(04)により、
(05)
② ~P∨ Q ≡PでないかQである。
③ ~(P&~Q)≡PであってQでない、といふことはない。
に於いて、
②=③ であるものの、この「等式」を「ド・モルガンの法則」といふ。
従って、
(05)により、
(06)
「ド・モルガンの法則」により、
② ~P∨ P ≡PでないかPである。
③ ~(P&~P)≡PであってPでない、といふことはない。
に於いて、
②=③ である。
従って、
(03)(06)により、
(07)
① P→ P ≡Pならば、Pである。
② ~P∨ P ≡PでないかPである。
③ ~(P&~P)≡PであってPでない、といふことはない。
に於いて、
①=②=③ である。
従って、
(07)により
(08)
① P→ P ≡同一律(Principle of identity)。
② ~P∨ P ≡排中律(Principle of excluded middle)。
③ ~(P&~P)≡矛盾律(Principle of contradiction)。
に於いて、
①=②=③ である。
然るに、
(09)
(ⅰ)
1(1)P A
(2)P→P 11CP
(ⅱ)
1 (1) ~(~P∨P) A
2(2) ~P A
2(3) ~P∨P 2∨I
12(4) ~(~P∨P)&
(~P∨P) 13&I
1 (5) ~~P 24RAA
1 (6) P 5DN
1 (7) ~P∨P 6∨I
1 (8) ~(~P∨P)&
(~P∨P) 17&I
(9)~~(~P∨P) 18RAA
(ア) ~P∨P 9DN
(ⅲ)
1(1) P&~P A
(2)~(P&~P) 11RAA
然るに、
(10)
仮定の規則(A)
第一に導入されるべき導出規則は仮定の規則(Rule of asuumption)であり、これをAと名づける。この規則は、論証の任意の段階において、論証の仮定として選ばれた命題を導入することを許す。われわれはたんにその命題をひとつの新しい行として記入し、その右側に「A」と書き、その左側にはその命題自身の番号を記して、それが仮定としてそれ自体に依存することを示す。
(E.J.レモン、竹尾治一郎・浅野楢英 訳、論理学入門、13頁)
従って、
(10)により、
(11)
1(1)P A
といふことは、
仮定1により、(1)Pである。 と仮定する。
といふことである。
従って、
(09)(10)(11)により、
(12)
(2) P→ P 11CP
(ア) ~P∨ P 9DN
(2)~(P&~P) 11RAA
には、「仮定」が「無い」。
従って、
(12)により、
(13)
(2) P→ P
(9) ~P∨ P
(2)~(P&~P)
は、「仮定に依らず、真(本当)である。」
然るに、
(14)
「仮定に依らずとも、真(本当)である。」といふことは、
「いつでも、どこでも、恒に、真である。」といふことである。
従って、
(08)(13)(14)により、
(15)
① P→ P ≡同一律(Principle of identity)。
② ~P∨ P ≡排中律(Principle of excluded middle)。
③ ~(P&~P)≡矛盾律(Principle of contradiction)。
に於いて、
①=②=③ であって、尚且つ、
これらの「3通り」は、「恒真式(トートロジー)」である。
従って、
(01)~(15)により、
(16)
① 同一律(Principle of identity)。
② 排中律(Principle of excluded middle)。
③ 矛盾律(Principle of contradiction)。
は、3つとも、「自然演繹の規則」によって、「演繹」されるため、所謂、「公理(axioms)」ではない。
従って、
(16)により、
(17)
普通に考えると、素朴な恒真式(トートロジー)である、
P→P(PならばPである)
とか、あるいは、
P∨~P(Pであるか、またはPでない)
などをいつでも使える出発点(公理)として準備したほうがいいのではないか、と思うでしょう。しかし、そんな必要はないのです。なぜなら、どちらの恒真式も自然演繹で演繹できてしまうからなのです(小島寛之、証明と論理に強くなる、2017年、140頁)。
といふ、ことになる。
従って、
(18)
「自然演繹」の場合は、「規則(Rules)」が有って、「公理(axioms)」が無い。