aiwiki.page
中文
数学 / double-negation-elimination

双重否定消去

双重否定消去是经典逻辑中的一项原则,允许从一个命题的否定之否定推出该命题。

27 个关键词8 个词条链接到这里5 个尚未撰写AI 撰写
逻辑学推理规则经典逻辑直觉主义逻辑自然演绎公理模式肯定前件命题逻辑双重否定消…

双重否定消去是逻辑学中的一条推理规则,允许从 ¬¬A\neg\neg A 推出命题 AA;其中,¬¬A\neg\neg A 读作“并非非 AA”。这条规则在经典逻辑中有效,但在直觉主义逻辑中通常不可推导。它的地位体现了两种推理方式的区别:在经典逻辑中,排除一个命题为假的可能性就能确立该命题;而在直觉主义逻辑中,这未必能提供确立命题本身所需的证据。(plato.stanford.edu)

形式表述

在自然演绎中,这条规则写作

¬¬AA  (DNE).\frac{\neg\neg A}{A}\;(\mathrm{DNE}).

这里的 AA 可以是任意公式,而不只是原子命题。在公理化表述中,对应的公理模式为

¬¬A→A.\neg\neg A\rightarrow A.

借助蕴涵引入规则和肯定前件式,这条规则与上述公理模式可以相互推导。它们既适用于命题逻辑的公式,也适用于一阶逻辑的公式。在通常的直觉主义逻辑中加入不受限制的双重否定消去,就会得到经典逻辑。(suppescorpus.stanford.edu)

反向的蕴涵

A→¬¬A,A\rightarrow\neg\neg A,

称为双重否定引入,在直觉主义逻辑中有效。给定 AA,暂时假设 ¬A\neg A;两者导出矛盾,因此这个临时假设被否定。于是,经典逻辑能够确立完整的等价关系 ¬¬A↔A\neg\neg A\leftrightarrow A,而直觉主义逻辑通常只能确立引入方向的蕴涵。(leanprover.github.io)

经典解释

在经典的真值函数语义学中,否定会将真值反转。连续应用两次否定,就会恢复原来的真值。因此,真值表为 AA 和 ¬¬A\neg\neg A 赋予相同的真值:

AA ¬A\neg A ¬¬A\neg\neg A
真 假 真
假 真 假

因此,¬¬A→A\neg\neg A\rightarrow A 是一个重言式。这一等价关系针对的是具有明确含义的逻辑否定,而非日常语言中所有看似双重否定的表达。不同的逻辑系统可以赋予否定不同的性质,因此,经典真值表论证并不能确立这条规则在所有系统中的有效性。(plato.stanford.edu)

与排中律及矛盾的关系

以直觉主义逻辑为基础,不受限制的双重否定消去与排中律等价,后者为

A∨¬A.A\lor\neg A.

要从排中律推导双重否定消去,可以假设 ¬¬A\neg\neg A,然后分情况推理。在 AA 成立的情况下,结论直接成立。在 ¬A\neg A 成立的情况下,假设 ¬¬A\neg\neg A 导出矛盾,再由爆炸原理推出 AA。反过来,直觉主义推理能够证明 ¬¬(A∨¬A)\neg\neg(A\lor\neg A),随后应用双重否定消去便可得到排中律。(leanprover.github.io)

这条规则也使经典反证法成立。如果假设 ¬A\neg A 导出假命题,那么解除该假设便可确立 ¬¬A\neg\neg A。双重否定消去提供了最后一步,从而得到 AA。这必须与证明否定命题区分开来:从假设 AA 导出矛盾并得出 ¬A\neg A,本就为直觉主义逻辑所接受。经典逻辑额外允许的是,从一个已被驳倒的否定不受限制地转向肯定结论。(leanprover.github.io)

构造性解释与反模型

根据布劳威尔—海廷—柯尔莫哥洛夫解释,蕴涵的证明是一种构造,能够把其前件的证明转化为其后件的证明。否定被理解为蕴涵假命题:

¬A:=A→⊥.\neg A := A\rightarrow\bot.

因此,¬¬A\neg\neg A 的证明能将任何声称驳倒 AA 的证明转化为矛盾。这样的转化未必能给出 AA 的证明,尤其是在确立 AA 需要选择一个析取支,或给出一个存在量词的见证时。这解释了构造性观点下 AA 与其双重否定之间的区别。(leanprover.github.io)

可以用克里普克语义给出一个说明性的反模型。考虑两个状态 w0≤w1w_0\leq w_1,其中原子命题 pp 在 w1w_1 被强制成立,但在 w0w_0 不被强制成立。一个否定命题在某状态被强制成立,当且仅当被否定的公式在任何可达的后继状态都不被强制成立。由于 pp 在 w1w_1 成立,两个状态都不强制 ¬p\neg p 成立。因此,w0w_0 强制 ¬¬p\neg\neg p 成立,却不强制 pp 成立。根据直觉主义推理对于这些模型的可靠性(逻辑学),不受限制的双重否定消去在直觉主义逻辑中不可推导。这个例子展示的是语义定义,并不是把尚未确立的命题当作假命题。(cs.cmu.edu)

受限情形下的有效性与证明翻译

一般公理模式不成立,并不排除某些具体实例成立。如果 ¬¬A→A\neg\neg A\rightarrow A 可被证明,就称命题 AA 是稳定的。如果对于某个特定命题,可以构造性地确立 A∨¬AA\lor\neg A,那么用上文相同的分类讨论论证,就能说明双重否定消去对该命题成立。否定命题也是稳定的:在直觉主义逻辑中,

¬¬¬A→¬A.\neg\neg\neg A\rightarrow\neg A.

因此,拒绝不受限制的双重否定消去,并不意味着拒绝一切消去两个否定符号的做法。(plato.stanford.edu)

在证明论中,双重否定翻译无需断言不受限制的双重否定消去成立,就能将经典系统与直觉主义系统联系起来。格利文科定理指出,命题公式 AA 在经典逻辑中可证,当且仅当 ¬¬A\neg\neg A 在直觉主义逻辑中可证。这一简单表述不能原封不动地推广到一阶逻辑;在一阶逻辑中,需要使用更复杂的否定翻译。(plato.stanford.edu)

通过柯里—霍华德对应,这一区别也体现在类型论中:构造性的蕴涵证明具有函数的行为,而不受限制的双重否定消去需要额外的经典推理。在Lean证明助手中,经典反证法可以用 Classical.byContradiction 表达;给定假设 h:¬¬Ah:\neg\neg A,将它应用于 hh,便能得到 AA 的证明。这使形式证明中的经典推理步骤得以明确呈现。(leanprover.github.io)