Lógica/Cálculo Proposicional Clássico/Axiomática

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Introdução

Uma outra forma de lidar sintáticamente com o CPC é axiomaticamente. Como você deve saber, axiomas são proposições tomadas como verdadeiras a partir das quais os teoremas são derivados.

Funciona assim:

Seja Δ o conjunto dos axiomas e todas suas instâncias, se Δ⊢α, então ⊢α. Ou seja, se α é dedutível dos axiomas, então α é teorema.

E seja Γ um conjunto qualquer de fórmulas, se Δ∪Γ⊢α então Γ⊢α. Ou seja, se α é dedutível de um conjunto Γ de fórmulas juntamente com os axiomas, então um raciocínio que tenha Γ como premissas e α como conclusão é válido.

A escolha adequada de axiomas e da regra de inferência primitiva confere ao sistema tanto a correção quanto a completude.

Axiomática de Frege

Gottlob Frege usava apenas a implicação e a negação como operadores primitivos, definindo as demais operações por meio destes, mas sem criar símbolos para expressá-las. Sua axiomática do CPC tem seis axiomas e uma regra de inferência.

Por questões de economia, demonstraremos algumas regras de inferência derivadas e as aplicaremos.

Nas tabelas onde as deduções são expressas, "wff" significa "well formed formula", ou seja, "fórmula bem formada".

  • Axiomas

THEN-1: A→(B→A)
THEN-2: (A→(B→C))→((A→B)→(A→C))
THEN-3: (A→(B→C))→(B→(A→C))
FRG-1: (A→B)→(¬B→¬A)
FRG-2: ¬¬A→A
FRG-3: A→¬¬A


  • Regra de Inferência

MP: {P,P→Q}⊢Q


Regra THEN-1*: A⊢(B→A)

# wff razão
1. A premissa
2. A→(B→A) THEN-1
3. B→A MP 1,2.


Regra THEN-2*: A→(B→C)⊢(A→B)→(A→C)

# wff razão
1. A→(B→C) premissa
2. (A→(B→C))→((A→B)→(A→C)) THEN-2
3. (A→B)→(A→C) MP 1,2.


Regra THEN-3*: A→(B→C)⊢B→(A→C)

# wff razão
1. A→(B→C) premissa
2. (A→(B→C))→(B→(A→C)) THEN-3
3. B→(A→C) MP 1,2.


Regra FRG-1*: A→B⊢¬B→¬A

# wff razão
1. (A→B)→(¬B→¬A) FRG-1
2. A→B premissa
3. ¬B→¬A MP 2,1.


Regra TH1*: A→B,B→C⊢A→C

# wff razão
1. B→C premissa
2. (B→C)→(A→(B→C)) THEN-1
3. A→(B→C) MP 1,2
4. (A→(B→C))→((A→B)→(A→C)) THEN-2
5. (A→B)→(A→C) MP 3,4
6. A→B premissa
7. A→C MP 6,5.


Teorema TH1: (A→B)→((B→C)→(A→C))

# wff razão
1. (B→C)→(A→(B→C)) THEN-1
2. (A→(B→C))→((A→B)→(A→C)) THEN-2
3. (B→C)→((A→B)→(A→C)) TH1* 1,2
4. ((B→C)→((A→B)→(A→C)))→((A→B)→((B→C)→(A→C))) THEN-3
5. (A→B)→((B→C)→(A→C)) MP 3,4.


Teorema TH2: A→(¬A→¬B)

# wff razão
1. A→(B→A) THEN-1
2. (B→A)→(¬A→¬B) FRG-1
3. A→(¬A→¬B) TH1* 1,2.


Teorema TH3: ¬A→(A→¬B)

# wff razão
1. A→(¬A→¬B) TH 2
2. (A→(¬A→¬B))→(¬A→(A→¬B)) THEN-3
3. ¬A→(A→¬B) MP 1,2.


Teorema TH4: ¬(A→¬B)→A

# wff razão
1. ¬A→(A→¬B) TH3
2. (¬A→(A→¬B))→(¬(A→¬B)→¬¬A) FRG-1
3. ¬(A→¬B)→¬¬A MP 1,2
4. ¬¬A→A FRG-2
5. ¬(A→¬B)→A TH1* 3,4.


Teorema TH5: (A→¬B)→(B→¬A)

# wff razão
1. (A→¬B)→(¬¬B→¬A) FRG-1
2. ((A→¬B)→(¬¬B→¬A))→(¬¬B→((A→¬B)→¬A)) THEN-3
3. ¬¬B→((A→¬B)→¬A) MP 1,2
4. B→¬¬B FRG-3, with A := B
5. B→((A→¬B)→¬A) TH1* 4,3
6. (B→((A→¬B)→¬A))→((A→¬B)→(B→¬A)) FRG-1
7. (A→¬B)→(B→¬A) MP 5,6.


Teorema TH6: ¬(A→¬B)→B

# wff razão
1. ¬(B→¬A)→B TH4, with A := B, B := A
2. (B→¬A)→(A→¬B) TH5, with A := B, B := A
3. ((B→¬A)→(A→¬B))→(¬(A→¬B)→¬(B→¬A)) FRG-1
4. ¬(A→¬B)→¬(B→¬A) MP 2,3
5. ¬(A→¬B)→B TH1* 4,1.


Teorema TH7: A→A

# wff razão
1. A→¬¬A FRG-3
2. ¬¬A→A FRG-2
3. A→A TH1* 1,2.


Teorema TH8: A→((A→B)→B)

# wff razão
1. (A→B)→(A→B) TH7, com A := A→B
2. ((A→B)→(A→B))→(A→((A→B)→B)) THEN-3
3. A→((A→B)→B) MP 1,2.


Teorema TH9: B→((A→B)→B)

# wff razão
1. B→((A→B)→B) THEN-1, com A := B, B := A→B.


Teorema TH10: A→(B→¬(A→¬B))

# wff razão
1. (A→¬B)→(A→¬B) TH7
2. ((A→¬B)→(A→¬B))→(A→((A→¬B)→¬B)) THEN-3
3. A→((A→¬B)→¬B) MP 1,2
4. ((A→¬B)→¬B)→(B→¬(A→¬B)) TH5
5. A→(B→¬(A→¬B)) TH1* 3,4.


Teorema TH11: (A→B)→((A→¬B)→¬A)

# wff razão
1. A→(B→¬(A→¬B)) TH10
2. (A→(B→¬(A→¬B)))→((A→B)→(A→¬(A→¬B))) THEN-2
3. (A→B)→(A→¬(A→¬B)) MP 1,2
4. (A→¬(A→¬B))→((A→¬B)→¬A) TH5
5. (A→B)→((A→¬B)→¬A) TH1* 3,4.


Teorema TH12: ((A→B)→C)→(A→(B→C))

# wff razão
1. B→(A→B) THEN-1
2. (B→(A→B))→(((A→B)→C)→(B→C)) TH1
3. ((A→B)→C)→(B→C) MP 1,2
4. (B→C)→(A→(B→C)) THEN-1
5. ((A→B)→C)→(A→(B→C)) TH1* 3,4.


Teorema TH13: (B→(B→C))→(B→C)

# wff razão
1. (B→(B→C))→((B→B)→(B→C)) THEN-2
2. (B→B)→((B→(B→C))→(B→C)) THEN-3* 1
3. B→B TH7
4. (B→(B→C))→(B→C) MP 3,2.


Regra TH14*: {A→(B→P),P→Q}⊢A→(B→Q)

# wff razão
1. P→Q premissa
2. (P→Q)→(B→(P→Q)) THEN-1
3. B→(P→Q) MP 1,2
4. (B→(P→Q))→((B→P)→(B→Q)) THEN-2
5. (B→P)→(B→Q) MP 3,4
6. ((B→P)→(B→Q))→(A→((B→P)→(B→Q))) THEN-1
7. A→((B→P)→(B→Q)) MP 5,6
8. (A→(B→P))→(A→(B→Q)) THEN-2* 7
9. A→(B→P) premissa
10. A→(B→Q) MP 9,8.


Teorema TH15: ((A→B)→(A→C))→(A→(B→C))

# wff razão
1. ((A→B)→(A→C))→(((A→B)→A)→((A→B)→C)) THEN-2
2. ((A→B)→C)→(A→(B→C)) TH12
3. ((A→B)→(A→C))→(((A→B)→A)→(A→(B→C))) TH14* 1,2
4. ((A→B)→A)→(((A→B)→(A→C))→(A→(B→C))) THEN-3* 3
5. A→((A→B)→A) THEN-1
6. A→(((A→B)→(A→C))→(A→(B→C))) TH1* 5,4
7. ((A→B)→(A→C))→(A→(A→(B→C))) THEN-3* 6
8. (A→(A→(B→C)))→(A→(B→C)) TH13
9. ((A→B)→(A→C))→(A→(B→C)) TH1* 7,8.


Teorema TH16: (¬A→¬B)→(B→A)

# wff razão
1. (¬A→¬B)→(¬¬B→¬¬A) FRG-1
2. ¬¬B→((¬A→¬B)→¬¬A) THEN-3* 1
3. B→¬¬B FRG-3
4. B→((¬A→¬B)→¬¬A) TH1* 3,2
5. (¬A→¬B)→(B→¬¬A) THEN-3* 4
6. ¬¬A→A FRG-2
7. (¬¬A→A)→(B→(¬¬A→A)) THEN-1
8. B→(¬¬A→A) MP 6,7
9. (B→(¬¬A→A))→((B→¬¬A)→(B→A)) THEN-2
10. (B→¬¬A)→(B→A) MP 8,9
11. (¬A→¬B)→(B→A) TH1* 5,10.


Teorema TH17: (¬A→B)→(¬B→A)

# wff razão
1. (¬A→¬¬B)→(¬B→A) TH16, com B := \neg B
2. B→¬¬B FRG-3
3. (B→¬¬B)→(¬A→(B→¬¬B)) THEN-1
4. ¬A→(B→¬¬B) MP 2,3
5. (¬A→(B→¬¬B))→((¬A→B)→(¬A→¬¬B)) THEN-2
6. (¬A→B)→(¬A→¬¬B) MP 4,5
7. (¬A→B)→(¬B→A) TH1* 6,1.


Teorema TH18: ((A→B)→B)→(¬A→B)

# wff razão
1. (A→B)→(¬B→(A→B)) THEN-1
2. (¬B→¬A)→(A→B) TH16
3. (¬B→¬A)→(¬B→(A→B)) TH1* 2,1
4. ((¬B→¬A)→(¬B→(A→B)))→(¬B→(¬A→(A→B))) TH15
5. ¬B→(¬A→(A→B)) MP 3,4
6. (¬A→(A→B))→(¬(A→B)→A) TH17
7. ¬B→(¬(A→B)→A) TH1* 5,6
8. (¬B→(¬(A→B)→A))→((¬B→¬(A→B))→(¬B→A)) THEN-2
9. (¬B→¬(A→B))→(¬B→A) MP 7,8
10. ((A→B)→B)→(¬B→¬(A→B)) FRG-1
11. ((A→B)→B)→(¬B→A) TH1* 10,9
12. (¬B→A)→(¬A→B) TH17
13. ((A→B)→B)→(¬A→B) TH1* 11,12.


Teorema TH19: (A→C)→((B→C)→(((A→B)→B)→C))

# wff razão
1. ¬A→(¬B→¬(¬A→¬¬B)) TH10
2. B→¬¬B FRG-3
3. (B→¬¬B)→(¬A→(B→¬¬B)) THEN-1
4. ¬A→(B→¬¬B) MP 2,3
5. (¬A→(B→¬¬B))→((¬A→B)→(¬A→¬¬B)) THEN-2
6. (¬A→B)→(¬A→¬¬B) MP 4,5
7. ¬(¬A→¬¬B)→¬(¬A→B) FRG-1* 6
8. ¬A→(¬B→¬(¬A→B)) TH14* 1,7
9. ((A→B)→B)→(¬A→B) TH18
10. ¬(¬A→B)→¬((A→B)→B) FRG-1* 9
11. ¬A→(¬B→¬((A→B)→B)) TH14* 8,10
12. ¬C→(¬A→(¬B→¬((A→B)→B))) THEN-1* 11
13. (¬C→¬A)→(¬C→(¬B→¬((A→B)→B))) THEN-2* 12
14. (¬C→(¬B→¬((A→B)→B)))→((¬C→¬B)→(¬C→¬((A→B)→B))) THEN-2
15. (¬C→¬A)→((¬C→¬B)→(¬C→¬((A→B)→B))) TH1* 13,14
16. (A→C)→(¬C→¬A) FRG-1
17. (A→C)→((→C→¬B)→(¬C→¬((A→B)→B))) TH1* 16,15
18. (¬C→¬((A→B)→B))→(((A→B)→B)→C) TH16
19. (A→C)→((¬C→¬B)→(((A→B)→B)→C)) TH14* 17,18
20. (B→C)→(¬C→¬B) FRG-1
21. ((B→C)→(¬C→¬B))→(((¬C→¬B)→(((A→B)→B)→C))→((B→C)→(((A→B)→B)→C))) TH1
22. ((¬C→¬B)→(((A→B)→B)→C))→((B→C)→(((A→B)→B)→C)) MP 20,21
23. (A→C)→((B→C)→(((A→B)→B)→C)) TH1* 19,22.


Teorema TH20: (A→¬A)→¬A

# wff razão
1. (A→A)→((A→¬A)→¬A) TH11
2. A→A TH7
3. (A→¬A)→¬A MP 2,1.


Teorema TH21: A→(¬A→B)

# wff razão
1. A→(¬A→¬¬B) TH2, com B := ~B
2. ¬¬B→B FRG-2
3. A→(¬A→B) TH14* 1,2.

Prova de que o terceiro axioma é dedutível dos dois primeiros

O lógico e filósofo polonês Jan Łukasiewicz, famoso por seus estudos em lógicas não-clássicas, provou que o THEN-3 é dedutível do THEN-1 e do THEN-2.

  • THEN-1: P→(Q→P)
  • THEN-2: (P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R))


  • Tese 1: ((Q→R)→(P→(Q→R)))→((P→Q)→(P→R))
# wff razão
1. (((P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R)))→((Q→R)→((P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R))))) THEN-1*
2. (P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R)) THEN-2
3. ((Q→R)→(P→(Q→R)))→((P→Q)→(P→R)) MP 1,2.

* P/(P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R))

* Q/Q→R


  • Tese 2: ((Q→R)→(P→(Q→R)))→((Q→R)→((P→Q)→(P→R)))
# wff razão
1. (((Q→R)→((P→(Q→R)))→((P→Q)→(P→R))))→(((Q→R)→(P→(Q→R)))→(Q→R)→((P→Q)→(P→R))) THEN-2*
2. ((Q→R)→(P→(Q→R)))→((P→Q)→(P→R)) Prop. 1
3. ((Q→R)→(P→(Q→R)))→((Q→R)→((P→Q)→(P→R))) MP 1,2.

*P/Q→R

*Q/P→(Q→R)

*R/(P→Q)→(P→R)


  • Tese 3: (Q→R)→((P→Q)→(P→R))
# wff razão
1. ((Q→R)→(P→(Q→R)))→((Q→R)→((P→Q)→(P→R))) Prop.2
2. (Q→R)→(P→(Q→R)) THEN-1*
3. (Q→R)→((P→Q)→(P→R)) MP 1,2.

* P/Q→R

* Q/P


  • Tese 4: ((Q→R)→(P→Q))→((Q→R)→(P→R))
# wff razão
1. ((Q→R)→((P→Q)→(P→R)))→(((Q→R)→(P→Q))→((Q→R)→(P→R))) THEN-2*
2. (Q→R)→((P→Q)→(P→R)) Prop.3
3. ((Q→R)→(P→Q))→((Q→R)→(P→R)) MP 1,2.

* P/Q→R

* Q/P→Q

* R/P→R


  • Tese 5: R→(P→(Q→P))
# wff razão
1. (P→(Q→P))→(R→(P→(Q→P))) THEN-1*
2. P→(Q→P) THEN-1
3. R→(P→(Q→P)) MP 1,2.

* P/P→(Q→P)

* Q/R


  • Tese 6: ((P→Q)→R)→(Q→R)
# wff razão
1. (((P→Q)→R)→(Q→(P→Q)))→(((P→Q)→R)→(Q→R)) Prop.4*
2. ((P→Q)→R)→(Q→(P→Q)) Prop.5**
3. ((P→Q)→R)→(Q→R) MP 1,2.

* Q/P→Q

* P/Q

** R/(P→Q)→R

** P/Q

** Q/P


  • Tese 7: (S→((P→Q)→R))→(S→(Q→R))
# wff razão
1. (((P→Q)→R)→(Q→R))→((S→((P→Q)→R))→(S→(Q→R))) Prop.3*
2. ((P→Q)→R)→(Q→R) Prop.6
3. (S→((P→Q)→R))→(S→(Q→R)) MP 1,2.

* Q/(P→Q)→R

* R/Q→R

* P/S


  • THEN-3: (P→(Q→R))→(Q→(P→R))
# wff razão
1. ((P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R)))→((P→(Q→R))→(Q→(P→R))) Prop.7*
2. (P→(Q→R))→((P→Q)→(P→R)) THEN-2
3. (P→(Q→R))→(Q→(P→R)) MP 1,2.

* S/P→(Q→R)

* R/P→R


𝔔𝔲𝔬𝔡 𝔈𝔯𝔞𝔱 𝔇𝔢𝔪𝔬𝔫𝔰𝔱𝔯𝔞𝔫𝔡𝔲𝔪

Axiomática de 5 operadores

  • THEN-1: φ→(χ→φ)
  • THEN-2: (φ→(χ→ψ))→((φ→χ)→(φ→ψ))
  • AND-1: (φ∧χ)→φ
  • AND-2: (φ∧χ)→χ
  • AND-3: φ→(χ→(φ∧χ))
  • OR-1: φ→(φ∨χ)
  • OR-2: χ→(φ∨χ)
  • OR-3: (φ→ψ)→((χ→ψ)→((φ∨χ)→ψ))
  • NOT-1: (φ→χ)→((φ→¬χ)→¬φ)
  • NOT-2: φ→(¬φ→χ)
  • NOT-3: φ∨¬φ
  • IFF-1: (φ↔χ)→(φ→χ)
  • IFF-2: (φ↔χ)→(χ→φ)
  • IFF-3: (φ→χ)→((χ→φ)→(φ↔χ))


Alguns Teoremas

  • α→α
# wff razão
1. α→(α→α) THEN-1*
2. α→((α→α)→α) THEN-1**
3. (α→((α→α)→α))→((α→(α→α))→(α→α)) THEN-2***.
4. ((α→(α→α))→(α→α)) 2,3 MP.
5. α→α 1,4 MP.

* φ/α , χ/α

** φ/α , χ/α→α

*** φ/α , χ/α→α , ψ/α

Predefinição:Esboço/Matemática

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