2. Что можно делать
с вещественными числами и
и нельзя делать с целыми
числами
Ю. В. Матиясевич
Санкт-Петербургское отделение
Математического института им. В. А. Стеклова РАН
http://logic.pdmi.ras.ru/~yumat
3. Что можно делать
с вещественными числами и
и нельзя делать с целыми
числами
Часть 1. Алгоритм Альфреда Тарского
Ю. В. Матиясевич
Санкт-Петербургское отделение
Математического института им. В. А. Стеклова РАН
http://logic.pdmi.ras.ru/~yumat
5. Книга Альфреда Тарского
Alfred Tarski (1901–1983)
A decision method for elementary
algebra and geometry
Santa Monica CA, RAND Corp.,
1948.
6. Книга Альфреда Тарского
Alfred Tarski (1901–1983)
A decision method for elementary
algebra and geometry
Santa Monica CA, RAND Corp.,
1948.
7. Книга Альфреда Тарского
Alfred Tarski (1901–1983)
A decision method for elementary
algebra and geometry
Santa Monica CA, RAND Corp.,
1948.
8. Книга Альфреда Тарского
Alfred Tarski (1901–1983)
A decision method for elementary
algebra and geometry
Santa Monica CA, RAND Corp.,
1948.
Разрешающая процедура для
элементарной алгебры и геомет-
рии
9. Книга Альфреда Тарского
Alfred Tarski (1901–1983)
A decision method for elementary
algebra and geometry
Santa Monica CA, RAND Corp.,
1948.
Разрешающая процедура для
элементарной алгебры и геомет-
рии
Разрешающая процедура для
элементарных алгебры и геомет-
рии
27. Язык геометрии (планиметрии)
Объекты:
точки
прямые
окружности
. . .
Отношения:
"Точка A лежит на прямой " , OnLine(A, )
"Точка A лежит на окружности O" , OnCircle(A, O)
"Расстояние между точками A и B равно расстоянию между
точками C и D" , EqDistance(A, B, C, D)
. . .
32. Язык геометрии (планиметрии):
Аксиомы:
"Для любых двух точек A и B существует прямая , на которой
обе эти точки лежат":
∀A∀B∃ {OnLine(A, ) ∧ OnLine(B, )}
"Если точки точки A и B различны и обе лежат на прямых и
m, то эти прямые совпадают":
33. Язык геометрии (планиметрии):
Аксиомы:
"Для любых двух точек A и B существует прямая , на которой
обе эти точки лежат":
∀A∀B∃ {OnLine(A, ) ∧ OnLine(B, )}
"Если точки точки A и B различны и обе лежат на прямых и
m, то эти прямые совпадают":
∀A∀B∀ ∀m{A = B ∧ OnLine(A, ) ∧ OnLine(B, ) ∧
∧ OnLine(A, m) ∧ OnLine(B, m) ⇒ = m}
. . .
34. Теорема
Каковы бы ни были три попарно различные точки A1, A2 и A3,
существуют точки B1, B2, B3 и C и прямые 1, 2, 3, m1, m2 и m3
такие что
OnLine(A2, 1) ∧ OnLine(A3, 1) ∧ OnLine(B1, 1) ∧
∧ OnLine(A1, 2) ∧ OnLine(A3, 2) ∧ OnLine(B2, 2) ∧
∧ OnLine(A1, 3) ∧ OnLine(A2, 3) ∧ OnLine(B3, 3) ∧
∧ OnLine(A1, m1) ∧ OnLine(B1, m1) ∧ OnLine(C, m1) ∧
∧ OnLine(A2, m2) ∧ OnLine(B2, m2) ∧ OnLine(C, m2) ∧
∧ OnLine(A3, m3) ∧ OnLine(B3, m3) ∧ OnLine(C, m3) ∧
∧ EqDistance(A1, B2, B2, A3) ∧
∧ EqDistance(A2, B1, B1, A3) ∧
∧ EqDistance(A1, B3, B3, A2)
39. Язык геометрии (новая версия):
Объекты:
точки
Отношения:
"Точки A, B и C лежат на одной прямой"
40. Язык геометрии (новая версия):
Объекты:
точки
Отношения:
"Точки A, B и C лежат на одной прямой", OnLine(A, B, C)
41. Язык геометрии (новая версия):
Объекты:
точки
Отношения:
"Точки A, B и C лежат на одной прямой", OnLine(A, B, C)
"Точки A и B лежат на одной окружности c центром в
точке C"
42. Язык геометрии (новая версия):
Объекты:
точки
Отношения:
"Точки A, B и C лежат на одной прямой", OnLine(A, B, C)
"Точки A и B лежат на одной окружности c центром в
точке C", OnCircle(A, B, C)
43. Язык геометрии (новая версия):
Объекты:
точки
Отношения:
"Точки A, B и C лежат на одной прямой", OnLine(A, B, C)
"Точки A и B лежат на одной окружности c центром в
точке C", OnCircle(A, B, C)
"Расстояние между точками A и B равно расстоянию между
точками C и D"
44. Язык геометрии (новая версия):
Объекты:
точки
Отношения:
"Точки A, B и C лежат на одной прямой", OnLine(A, B, C)
"Точки A и B лежат на одной окружности c центром в
точке C", OnCircle(A, B, C)
"Расстояние между точками A и B равно расстоянию между
точками C и D", EqDistance(A, B, C, D)
. . .
45. Теорема о пересечении медиан
Каковы бы ни были точки A1, A2 и A3, существуют точки B1, B2, B3
и C такие, что
A1 = A2 ∧ A1 = A3 ∧ A2 = A3 ⇒
⇒ OnLine(A1, A2, B3) ∧ OnLine(A2, A3, B1) ∧ OnLine(A1, A3, B2) ∧
∧ OnLine(A1, B1, C) ∧ OnLine(A2, B2, C) ∧ OnLine(A3, B3, C) ∧
∧ EqDistance(A1, B2, B2, A3) ∧
∧ EqDistance(A2, B1, B1, A3) ∧
∧ EqDistance(A1, B3, B3, A2)
51. Язык (аналитической) геометрии:
Объекты:
точки – пары вещественных чисел ax , ay
Отношения:
"Точки ax , ay , bx , by и cx , cy лежат на одной прямой",
OnLine(ax , ay , bx , by , cx , cy )
52. Язык (аналитической) геометрии:
Объекты:
точки – пары вещественных чисел ax , ay
Отношения:
"Точки ax , ay , bx , by и cx , cy лежат на одной прямой",
OnLine(ax , ay , bx , by , cx , cy )
"Точки ax , ay и bx , by лежат на одной окружности c центром
в точке cx , cy "
53. Язык (аналитической) геометрии:
Объекты:
точки – пары вещественных чисел ax , ay
Отношения:
"Точки ax , ay , bx , by и cx , cy лежат на одной прямой",
OnLine(ax , ay , bx , by , cx , cy )
"Точки ax , ay и bx , by лежат на одной окружности c центром
в точке cx , cy ", OnCircle(ax , ay , bx , by , cx , cy )
54. Язык (аналитической) геометрии:
Объекты:
точки – пары вещественных чисел ax , ay
Отношения:
"Точки ax , ay , bx , by и cx , cy лежат на одной прямой",
OnLine(ax , ay , bx , by , cx , cy )
"Точки ax , ay и bx , by лежат на одной окружности c центром
в точке cx , cy ", OnCircle(ax , ay , bx , by , cx , cy )
"Расстояние между точками ax , ay и bx , by равно расстоянию
между точками cx , cy и dx , dy "
55. Язык (аналитической) геометрии:
Объекты:
точки – пары вещественных чисел ax , ay
Отношения:
"Точки ax , ay , bx , by и cx , cy лежат на одной прямой",
OnLine(ax , ay , bx , by , cx , cy )
"Точки ax , ay и bx , by лежат на одной окружности c центром
в точке cx , cy ", OnCircle(ax , ay , bx , by , cx , cy )
"Расстояние между точками ax , ay и bx , by равно расстоянию
между точками cx , cy и dx , dy ",
EqDistance(ax , ay , bx , by , cx , cy , dx , dy )
. . .
66. Большая Советская Энциклопедия:
Алгебра — один из больших разделов математики,
принадлежащий наряду с арифметикой и геометрией к
числу старейших ветвей этой науки. Задачи, а также
методы алгебры, отличающие ее от других отраслей
математики, создавались постепенно, начиная с древности.
Алгебра возникла под влиянием нужд общественной
практики, и в результате поиска общих приемов для
решения однотипных арифметических задач. . . .
69. Математический Энциклопедический Словарь:
АЛГЕБРА —
1. часть математики. В этом понимании термин
"Алгебра" употребляется в таких сочетаниях, как
гомологическая алгебра, коммутативная алгебра,
линейная алгебра, топологическая алгебра. . . .
70. Математический Энциклопедический Словарь:
АЛГЕБРА —
1. часть математики. В этом понимании термин
"Алгебра" употребляется в таких сочетаниях, как
гомологическая алгебра, коммутативная алгебра,
линейная алгебра, топологическая алгебра. . . .
2. Алгебра над полем P, наз. также л и н е й н о й
а л г е б р о й. Алгебра в этом смысле есть кольцо, в
котором определено умножение элементов на на
элементы из P, удовлетворяющее естественным
аксиомам . . .
71. Математический Энциклопедический Словарь:
АЛГЕБРА —
1. часть математики. В этом понимании термин
"Алгебра" употребляется в таких сочетаниях, как
гомологическая алгебра, коммутативная алгебра,
линейная алгебра, топологическая алгебра. . . .
2. Алгебра над полем P, наз. также л и н е й н о й
а л г е б р о й. Алгебра в этом смысле есть кольцо, в
котором определено умножение элементов на на
элементы из P, удовлетворяющее естественным
аксиомам . . .
3. То же, что универсальная алгебра.
78. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел, a, b, c, . . . , a1, b2, x6, . . .
79. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
80. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения, с их помощью строятся
многочлены
81. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
82. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <, с их помощью строятся элементарные
формулы
83. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <, с их помощью строятся элементарные
формулы:
если P и Q – многочлены, то P = Q, P > Q, P < Q –
элементарные формулы
84. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки
85. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
86. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы
87. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами
88. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
89. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗)?
90. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при x = 4, y = 5?
91. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при x = 4, y = 5?
Верно ли (∗) при любых x, y?
92. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при x = 4, y = 5?
Верно ли (∗) при любых x, y?
Существуют ли x, y такие, что выполнено (∗)?
93. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при x = 4, y = 5?
Верно ли (∗) при любых x, y?
Существуют ли x, y такие, что выполнено (∗)?
Верно ли, что для любого x существует y такое, что
выполнено (∗)?
94. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ") , с их помощью строятся формулы:
если Φ и Ψ – формулы, то (Φ ∧ Ψ) , (Φ ∨ Ψ), ¬Φ, (Φ =⇒ Ψ)
также являются формулами.
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при x = 4, y = 5?
Верно ли (∗) при любых x, y?
Существуют ли x, y такие, что выполнено (∗)?
Верно ли, что для любого x существует y такое, что
выполнено (∗)?
95. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы
96. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует")
97. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
98. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
99. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при любых x, y?
100. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли (∗) при любых x, y?
∀x{∀y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y}}
101. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Существуют ли x, y такие, что выполнено (∗)?
102. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Существуют ли x, y такие, что выполнено (∗)?
∃x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y}}
103. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли, что для любого x существует y такое, что
выполнено (∗)?
104. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
Верно ли, что для любого x существует y такое, что
выполнено (∗)?
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y}}
105. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y}}
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
} ∧ ∃y{xy = 3x + 2y}}
106. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y}}
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
} ∧ ∃y{xy = 3x + 2y}}
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
} ∧ xy = 3x + 2y}
107. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
операции сложения и умножения
отношения =, >, <
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если . . . ,
то . . . ")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует"), с их помощью
строятся формулы:
если Φ – формула, а α – переменная, то ∀α{Φ}, ∃α{Φ}
также являются формулами
x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y (∗)
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
∧ xy = 3x + 2y}}
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
} ∧ ∃y{xy = 3x + 2y}}
∀x{∃y{x2
y + 4xy3
> (x − y)2
} ∧ xy = 3x + 2y}
108. Теорема Альфреда Тарского
Существует алгоритм, позволяющий по любой формуле языка A без
свободных переменных узнавать за конечное число шагов, является
ли эта формула истинной.
111. Аль-Хорезми Абу Абдалла Мухаммед бен Мусса
Жил примерно в 787-850
"Китаб аль-мухтасар фи хисаб аль-габр в’алмуккабалла"
112. Язык A
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
отношения =, >, <, с их помощью строятся элементарные
формулы: если P и Q – многочлены, то P = Q, P > Q, P < Q –
элементарные формулы
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если ...,
то ...")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует")
113. Язык A (новая версия)
обозначения для всех рациональных чисел
переменные для вещественных чисел
отношения =, >, <, с их помощью строятся элементарные
формулы: если P – многочлен, то P = 0, P > 0, P < 0 –
элементарные формулы
логические связки ∧ ("и"), ∨ ("или"), ¬ ("не"), =⇒ ("если ...,
то ...")
кванторы ∀ ("для всех"), ∃ ("существует")
114. Теорема Альфреда Тарского
Существует алгоритм, позволяющий по любой формуле языка A без
свободных переменных узнавать за конечное число шагов, является
ли эта формула истинной.
115. Теорема Альфреда Тарского
Существует алгоритм, позволяющий по любой формуле языка A без
свободных переменных узнавать за конечное число шагов, является
ли эта формула истинной.
Тривиальный случай – бескванторная формула
116. Теорема Альфреда Тарского
Существует алгоритм, позволяющий по любой формуле языка A без
свободных переменных узнавать за конечное число шагов, является
ли эта формула истинной.
Тривиальный случай – бескванторная формула
База индукции – однокванторная формула, ∃xΦ(x) или ∀xΦ(x)
131. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
132. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x);
133. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
134. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
3. Расширить множество N до множества M = {y0, . . . , ym} ⊃ N
такого, что
135. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
3. Расширить множество N до множества M = {y0, . . . , ym} ⊃ N
такого, что
для любого i, такого что 0 < i ≤ n, существует j, такое что
0 < i ≤ n и xi−1 < yj < xi
136. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
3. Расширить множество N до множества M = {y0, . . . , ym} ⊃ N
такого, что
для любого i, такого что 0 < i ≤ n, существует j, такое что
0 < i ≤ n и xi−1 < yj < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, y0 < xi
137. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
3. Расширить множество N до множества M = {y0, . . . , ym} ⊃ N
такого, что
для любого i, такого что 0 < i ≤ n, существует j, такое что
0 < i ≤ n и xi−1 < yj < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, y0 < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, xi < ym
138. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
3. Расширить множество N до множества M = {y0, . . . , ym} ⊃ N
такого, что
для любого i, такого что 0 < i ≤ n, существует j, такое что
0 < i ≤ n и xi−1 < yj < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, y0 < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, xi < ym
4. Формула ∃xΦ(x) истинна, если и только если
Φ(y0) ∨ · · · ∨ Φ(ym)
139. "Алгоритм" Тарского (1-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P1(x), . . . , Pk (x); не ограничивая общности мы
считаем, что
x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn
3. Расширить множество N до множества M = {y0, . . . , ym} ⊃ N
такого, что
для любого i, такого что 0 < i ≤ n, существует j, такое что
0 < i ≤ n и xi−1 < yj < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, y0 < xi
для любого i, такого что 0 ≤ i ≤ n, xi < ym
4. Формула ∃xΦ(x) истинна, если и только если
Φ(y0) ∨ · · · ∨ Φ(ym)
Формула ∀xΦ(x) истинна, если и только если
Φ(y0) ∧ . . . ∧ Φ(ym)
142. "Алгоритм" Тарского (2-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в бескванторную формулу Φ(x) и отличных от тождественного
нуля.
143. "Алгоритм" Тарского (2-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в бескванторную формулу Φ(x) и отличных от тождественного
нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x)) .
144. "Алгоритм" Тарского (2-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в бескванторную формулу Φ(x) и отличных от тождественного
нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x)) .
3. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P0(x), P1(x), . . . , Pk (x).
145. "Алгоритм" Тарского (2-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в бескванторную формулу Φ(x) и отличных от тождественного
нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x)) .
3. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P0(x), P1(x), . . . , Pk (x).
4. Расширить множество N до множества
M = {x−∞, x0, x1, . . . , xn, x+∞}, где x−∞ и x+∞ – такие числа,
что x−∞ < x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn < x+∞
146. "Алгоритм" Тарского (2-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в бескванторную формулу Φ(x) и отличных от тождественного
нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x)) .
3. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P0(x), P1(x), . . . , Pk (x).
4. Расширить множество N до множества
M = {x−∞, x0, x1, . . . , xn, x+∞}, где x−∞ и x+∞ – такие числа,
что x−∞ < x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn < x+∞
5. Формула ∃xΦ(x) истинна, если и только если
Φ(x−∞) ∨ Φ(x0) ∨ · · · ∨ Φ(xn) ∨ Φ(x+∞)
147. "Алгоритм" Тарского (2-я версия) для QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в бескванторную формулу Φ(x) и отличных от тождественного
нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x)) .
3. Найти множество N = {x0, . . . , xn}, состоящее из всех корней
всех многочленов P0(x), P1(x), . . . , Pk (x).
4. Расширить множество N до множества
M = {x−∞, x0, x1, . . . , xn, x+∞}, где x−∞ и x+∞ – такие числа,
что x−∞ < x0 < x1 < · · · < xn−1 < xn < x+∞
5. Формула ∃xΦ(x) истинна, если и только если
Φ(x−∞) ∨ Φ(x0) ∨ · · · ∨ Φ(xn) ∨ Φ(x+∞)
Формула ∀xΦ(x) истинна, если и только если
Φ(x−∞) ∧ Φ(x0) ∧ . . . ∧ Φ(xn) ∧ Φ(x+∞)
177. Полунасыщенные системы
Определение. Система функций называется полунасыщенной,
если вместе с каждой функцией она содержит и ее производную.
Лемма. Каждую конечную систему многочленов можно
расширить до конечной полунасыщенной системы.
181. Насыщенные системы
Определение. Система функций называется полунасыщенной,
если вместе с каждой функцией она содержит и ее производную.
Определение. Полунасыщенная система многочленов
T0(x), . . . , Tn(x) называется насыщенной, если вместе с каждыми
двумя многочленами Tk (x) и Tm(x) такими, что
0 < degree(Tm(x)) ≤ degree(Tk (x)), она содержит и остаток R(x) от
деления Tk (x) на Tm(x).
182. Насыщенные системы
Определение. Система функций называется полунасыщенной,
если вместе с каждой функцией она содержит и ее производную.
Определение. Полунасыщенная система многочленов
T0(x), . . . , Tn(x) называется насыщенной, если вместе с каждыми
двумя многочленами Tk (x) и Tm(x) такими, что
0 < degree(Tm(x)) ≤ degree(Tk (x)), она содержит и остаток R(x) от
деления Tk (x) на Tm(x).
Tk (x) = Q(x)Tm(x) + R(x), degree(R(x)) < degree(Tm(x))
183. Насыщенные системы
Определение. Система функций называется полунасыщенной,
если вместе с каждой функцией она содержит и ее производную.
Определение. Полунасыщенная система многочленов
T0(x), . . . , Tn(x) называется насыщенной, если вместе с каждыми
двумя многочленами Tk (x) и Tm(x) такими, что
0 < degree(Tm(x)) ≤ degree(Tk (x)), она содержит и остаток R(x) от
деления Tk (x) на Tm(x).
Tk (x) = Q(x)Tm(x) + R(x), degree(R(x)) < degree(Tm(x))
184. Насыщенные системы
Определение. Система функций называется полунасыщенной,
если вместе с каждой функцией она содержит и ее производную.
Определение. Полунасыщенная система многочленов
T0(x), . . . , Tn(x) называется насыщенной, если вместе с каждыми
двумя многочленами Tk (x) и Tm(x) такими, что
0 < degree(Tm(x)) ≤ degree(Tk (x)), она содержит и остаток R(x) от
деления Tk (x) на Tm(x).
Tk (x) = Q(x)Tm(x) + R(x), degree(R(x)) < degree(Tm(x))
Лемма. Каждую конечную систему многочленов можно
расширить до конечной насыщенной системы.
185. Насыщенные системы
Определение. Система функций называется полунасыщенной,
если вместе с каждой функцией она содержит и ее производную.
Определение. Полунасыщенная система многочленов
T0(x), . . . , Tn(x) называется насыщенной, если вместе с каждыми
двумя многочленами Tk (x) и Tm(x) такими, что
0 < degree(Tm(x)) ≤ degree(Tk (x)), она содержит и остаток R(x) от
деления Tk (x) на Tm(x).
Tk (x) = Q(x)Tm(x) + R(x), degree(R(x)) < degree(Tm(x))
Лемма. Если T0(x), . . . , Tk−1(x), Tk (x) – насыщенная система
многочленов, и
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(Tk−1(x)) ≤ degree(Tk (x)),
то система T0(x), . . . , Tk−1(x) также является насыщенной.
188. Построение сокращенной таблицы Тарского
для насыщенной системы многочленов T0(x), . . . , Tk (x)
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(Tk−1(x)) ≤ degree(Tk (x))
Случай k = 0: система из одного многочлена T0(x)
189. Построение сокращенной таблицы Тарского
для насыщенной системы многочленов T0(x), . . . , Tk (x)
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(Tk−1(x)) ≤ degree(Tk (x))
Случай k = 0: система из одного многочлена T0(x) ≡ 0
190. Построение сокращенной таблицы Тарского
для насыщенной системы многочленов T0(x), . . . , Tk (x)
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(Tk−1(x)) ≤ degree(Tk (x))
Случай k = 0: система из одного многочлена T0(x) ≡ 0
−∞ +∞
T0(x) 0 0
227. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
228. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
229. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
3. Расширить список до насыщенной системы T0(x), . . . , T (x) c
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(T −1(x)) ≤ degree(T (x))
230. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
3. Расширить список до насыщенной системы T0(x), . . . , T (x) c
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(T −1(x)) ≤ degree(T (x))
4. Последовательно построить сокращенные таблицы Тарского для
многочленов T0(x), T1(x), . . . , Tm(x), m = 0, 1, 2, . . . ,
231. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
3. Расширить список до насыщенной системы T0(x), . . . , T (x) c
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(T −1(x)) ≤ degree(T (x))
4. Последовательно построить сокращенные таблицы Тарского для
многочленов T0(x), T1(x), . . . , Tm(x), m = 0, 1, 2, . . . ,
5. Вычислить логические значение Φ(x) для каждого столбца
последней таблицы:
−∞
T0(x) −|0|+ −|0|+ . . . −|0|+ . . . −|0|+ −|0|+
...
...
...
...
...
...
...
...
T (x) −|0|+ −|0|+ . . . −|0|+ . . . −|0|+ −|0|+
Φ(x) и/л и/л . . . и/л . . . и/л и/л
232. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
3. Расширить список до насыщенной системы T0(x), . . . , T (x) c
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(T −1(x)) ≤ degree(T (x))
4. Последовательно построить сокращенные таблицы Тарского для
многочленов T0(x), T1(x), . . . , Tm(x), m = 0, 1, 2, . . . ,
5. Вычислить логические значение Φ(x) для каждого столбца
последней таблицы:
−∞
T0(x) −|0|+ −|0|+ . . . −|0|+ . . . −|0|+ −|0|+
...
...
...
...
...
...
...
...
T (x) −|0|+ −|0|+ . . . −|0|+ . . . −|0|+ −|0|+
Φ(x) и/л и/л . . . и/л . . . и/л и/л
6. Формула ∃xΦ(x) истинна, если и только если хотя бы одно из
этих значений истинно; формула ∀xΦ(x) истинна, если и только
если все эти значения истинны
235. Переменных много, но кванторов мало
∃x{ax + b = 0} ⇐⇒ a = 0 ∨ b = 0
∃x{ax2
+ bx + c = 0}
236. Переменных много, но кванторов мало
∃x{ax + b = 0} ⇐⇒ a = 0 ∨ b = 0
∃x{ax2
+ bx + c = 0} ⇐⇒
⇐⇒ ((a = 0 ∧ b2
− 4ac ≥ 0) ∨ (a = 0 ∧ (b = 0 ∨ c = 0)))
237. Переменных много, но кванторов мало
∃x{ax + b = 0} ⇐⇒ a = 0 ∨ b = 0
∃x{ax2
+ bx + c = 0} ⇐⇒
⇐⇒ ((a = 0 ∧ b2
− 4ac ≥ 0) ∨ (a = 0 ∧ (b = 0 ∨ c = 0)))
Теорема Тарского. Для любой формулы языка A существует
эквивалентная ей бескванторная формула этого же языка.
239. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
240. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
241. Алгоритм Тарского для формулы QxΦ(x)
1. Составить список P1(x), . . . , Pk (x) всех многочленов, входящих
в Φ(x) и отличных от тождественного нуля.
2. Добавить многочлен P0(x) = (P1(x) . . . Pk (x))
3. Расширить список до насыщенной системы T0(x), . . . , T (x) c
degree(T0(x)) ≤ · · · ≤ degree(T −1(x)) ≤ degree(T (x))