2026-08-28·by Sijie Wang#node#idea#math

first-order-logic

一阶逻辑(FOL)

Parent: logic

数学的标准逻辑:对论域中的元素进行量化(而不是对集合量化——那是二阶逻辑 / MSO)。

语法

  • 项(Terms): 变量、常量,以及作用于项上的函数符号(f(x, c))。
  • 原子公式: 谓词作用于若干项(P(x)x = yx < y)。
  • 公式: 原子公式在 ¬, ∧, ∨, → 以及量词 ∀x("对所有元素")、∃x("存在某个元素")下封闭得到。
语义

一个结构(模型)M = 一个论域集合 + 对常量/函数/谓词符号的解释。满足关系 M ⊨ φ 表示"φM 中为真"。一个句子若在每一个模型中都为真则称为有效的⊨ φ),若在某个模型中为真则称为可满足的,而 Γ ⊨ φ蕴涵)表示 Γ 的每一个模型都满足 φ

两大定理

  • 哥德尔完全性定理(1929): 存在一个可靠且完全的证明系统——⊢ φ ⟺ ⊨ φ可证明 = 有效)。(不要与不完全性定理混淆:完全性说的是一阶逻辑的有效性;不完全性说的是像算术这样的特定理论无法证明所有真命题。)
  • 紧致性:Γ 的每一个有限子集都可满足,则 Γ 本身可满足。这是模型论中的一个主力工具(用来构造无穷/非标准模型)。

症结所在

完全性使有效性成为半可判定的——枚举证明,若 φ 有效,你终会找到它。但你无法在一般情形下判定有效性:这正是一阶逻辑的不可判定性(Entscheidungsproblem,判定问题),而这恰恰是图灵1936年的论文要解决的问题。

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