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任何大于1的整数都有一个质因数,能不能用计算机来证明这个陈述?
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本文探讨了利用形式逻辑进行数学证明的方法,重点关注了如何通过假设定理为假,并从最小的反例中推导出矛盾来证明结论。文章以证明“每个大于1的整数都有一个质因数”为例,详细阐述了证明的步骤,包括设定最小反例、利用已知信息库SF,并结合演绎推理,最终得出矛盾。这种方法体现了数学归纳法的原理,为机器证明提供了可行的途径,展示了形式逻辑在定理证明中的应用。

💡 证明策略:文章的核心在于采用“反证法”,即假设待证命题为假,并寻找最小的反例。这种方法能够帮助简化证明过程,最终通过逻辑推理得出矛盾。

🔍 最小反例:文章引入了“最小反例”的概念,它既符合整数的普遍性质,又具有源于“它是一个反例”的特殊性质。这种设定为后续的推理提供了基础。

📚 信息库SF:文章强调了“有组织的信息库SF”的重要性,其中包含了关于+、·、<、p和|的性质。SF为证明提供了前提条件,并为后续的演绎推理提供了支持。

🧩 演绎推理:文章详细展示了如何通过演绎推理,结合SF中的信息,从最小反例出发,逐步推导出矛盾。这个过程体现了形式逻辑的严谨性。

💻 机器证明:文章最后指出,虽然需要更准确地规定方法,但上述提纲表明,在现有机器上可以写出相当自然的程序来证明定理,展示了形式逻辑在计算机科学中的应用潜力。

下面是一个利用形式逻辑的证明方法。

假设我们想证明:(*)x>1→∃y(Py∧(y|x)),即每个大于1的整数都有一个质因数。假设已经给定了一个有组织的信息库SF,其中首先列出的是+、·、<的性质,然后是p和|的性质。

基本的证明策略是假设该定理为假,进而尝试从最小的反例导出一个矛盾,这体现了数学归纳法原理的一个机械上方便的形式。所设想的最小反例构成一个“不明确的常项”,它不仅具有所有整数都有的普遍性质,还具有源于“它是一个反例”这个假设的特别的性质。在像(*)这样的简单情况下,援引SF中的信息并使用一些简单的真值函项演绎后,我们很快能得到一个具有矛盾性质的不明确的常项。

为了证明(*),我们首先假设它为假,并令m为其最小反例:(1)m>1;(2)Pb→b∤m;(3)1

我们用m替换上面的a和b:(4)Pm→m∤m;(3)1

查阅SF找到P的定义性质并应用到m上:Pm↔∃x(1

用xm替换目前已得的一般陈述即(2)和(3)中的自由变项:(9)Pxm→xm∤m;(3)1

从(1)、(2)、(3)、(6-10)推导真值函项后承(先不使用SF):(11)¬Pxm,根据(8)和(9);(12)Pyxm,根据(7)和(10);(13)yxm|xm,根据(7)和(10)。

现在利用SF中的信息(a|b)∧(b|c)→(a|c):yxm|m,根据(8)和(13)。用不明确常项先替换(2)和(3)中的自由变项:(15)Pyxm→yxm∤m;(16)1

在实际编写一个机器程序之前,需要更准确地规定这个方法。但上述提纲表明,在现有机器上可以写出相当自然的程序来证明像(*)这样的定理。

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