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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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本文介绍了一种利用形式逻辑进行证明的方法,以证明“每个大于1的整数都有一个质因数”为例。该方法的核心在于假设定理为假,并寻找最小的反例,通过演绎推理和调用信息库中的性质,最终推导出矛盾,从而证明原定理的正确性。这种方法体现了数学归纳法的原理,并展示了在现有机器上实现自动定理证明的可能性。

🤔 证明策略:该方法的核心是假设待证命题为假,并寻找最小的反例,通过反例的性质和已知信息,推导出矛盾。

💡 最小反例:最小反例是指满足命题的反面且具有特定性质的“不明确的常项”,它既具有整数的普遍性质,又满足“是反例”的特殊性质。

🧩 信息库(SF):证明过程中,需要调用一个有组织的信息库SF,其中包含了+、·、<、p和|等基本算术符号的性质,为演绎推理提供基础。

🔄 演绎推理:通过对最小反例的性质和信息库中的知识进行逻辑推理,例如结合SF中的信息(a|b)∧(b|c)→(a|c),最终推导出矛盾,完成证明。

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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