公理正交化
2026-06-14
0. 公理化
对于 ,定义
若:
- 是可满足的
则 是理论(theory)
理论 是有限可公理化的,定义为有限公理集合 ,使得,
如果一个公理化满足对每个 ,
那么称这是独立公理化。
是独立公理化,等价于每个公理都有只违背它自己,不违背其他公理的反模型。
1. 正交化
每个有限公理化都可以改写为有限独立公理化,对于
令
则
是 的一个有限独立公理化。
这个过程类似在线性空间中提取一组基并正交化,使得 不仅是一个有限独立公理化,还满足一个特殊性质:任何一个 -结构至多违背 中的一个公理。
显然,对于独立公理化,其正交化不改变大小。
2. 例题
设 是一阶语言, 是由单个句子 公理化的理论。定义
证明:
- 若 是 的独立公理化,则 有限。
- 若 且 ,则
- 有最大值 当且仅当存在互不相容的 complete sentences
使得,
第一问:
若 是 的独立公理化,则有
由紧致性定理的证明论形式,存在 的有限子集 ,从而 ,由于 独立,因此 , 有限。
第二问只需将一部分公理取交即可。
主要考虑第三问:
引理
存在互不相容且可满足的 sentences ,使得 ,则
是 的独立公理化。
证明:
首先,
所以
只需证明 独立。
对于每个 ,由于 可满足,取模型 。任取 , 与 不相容,所以
但
所以 就是只违背 自己,不违背其他公理的反模型。
if 方向
由引理可知,
是 的独立公理化。
因此,
下面证明 是最大值。
任取一个有限独立公理化并将其正交化为
那么
显然, 均可满足,下面证明
互不相容。
若 ,
由正交化性质, 至多违背一个公理,若 ,则 ,
所以对于 , 与 总是不相容,得证。
由于
因此存在 ,使得 可满足。
由于 是 complete sentences,可以进一步知道
所以每个 都被某个 蕴含,而 两两不相容且 可满足,所以它们不能被同一个 蕴含。
因此,
only if 方向
设独立公理化 ,将 正交化为
则
且 均可满足且互不相容。
另一方面,由最大性可知, 都是 complete sentences,否则若 不是 complete sentences,即存在 使得 与 均一致,则可以用 与 替换 加入这个互不相容系统,由引理可以得到大小为 的独立公理化,矛盾。
评论区
最新评论
--