述語論理における連言除去

述語論理においても連言除去が成立します。つまり、論理積A∧BからAやBを導くことができます。

連言除去

論理式\(A,B\)を任意に選んだとき、以下の推論規則\begin{equation*}A\wedge B\ \models \ A
\end{equation*}が成り立ちます。つまり、論理積\(A\wedge B\)が真であるような任意の解釈において\(A\)は真になります。同様に、\begin{equation*}A\wedge B\ \models \ B
\end{equation*}が成り立ちます。つまり、論理積\(A\wedge B\)が真であるような任意の解釈において\(B\)は真になります。以上の推論規則を連言除去(conjunction elimination)や\(\wedge \)除去(\(\wedge \) elimination)、簡単化(conjunction elimination)などと呼びます。

命題(連言除去)
任意の論理式\(A,B\)に対して、\begin{eqnarray*}\left( a\right) \ A\wedge B\ &\models &\ A \\
\left( b\right) \ A\wedge B\ &\models &\ B
\end{eqnarray*}がともに成り立つ。

証明

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例(連言除去)
命題関数\(P\left( x\right) ,Q\left( x\right) \)がそれぞれ任意に与えられたとき、連言除去より、\begin{eqnarray*}&&\left( a\right) \ P\left( x\right) \wedge Q\left( x\right) \ \models \
P\left( x\right) \\
&&\left( b\right) \ P\left( x\right) \wedge Q\left( x\right) \ \models \
Q\left( x\right)
\end{eqnarray*}が成り立ちます。

例(連言除去)
以下の推論について考えます。\begin{eqnarray*}
&&\text{任意の偶数は}1\text{と}2\text{で割り切れる} \\
&&\text{ゆえに、任意の偶数は}2\text{で割り切れる}
\end{eqnarray*}ただし、変数\(X\)の定義域はすべての偶数からなる集合です。以下の命題関数\begin{eqnarray*}P\left( x\right) &:&x\text{は}1\text{で割り切れる} \\
Q\left( x\right) &:&x\text{は}2\text{で割り切れる}
\end{eqnarray*}を定義すると、先の推論は、\begin{equation*}
\forall x\in X:\left( P\left( x\right) \wedge Q\left( x\right) \right) \
\therefore \ \forall x\in X:Q\left( x\right)
\end{equation*}と定式化されます。推論の前提に全称除去を適用すると、\begin{equation*}
P\left( c\right) \wedge Q\left( c\right)
\end{equation*}を得ます。これに連言除去を適用すると、\begin{equation*}
Q\left( c\right)
\end{equation*}を得ます。さらにこれに全称導入を適用すると、\begin{equation*}
\forall x\in X:Q\left( x\right)
\end{equation*}を得るため、推論が妥当であることが示されました。

 

連言除去の一般化

連言除去は以下のような形で一般化可能です。

命題(連言除去)
論理式\(A_{1},\cdots ,A_{n}\)が任意に与えられたとき、その中の1つの論理式\(A_{k}\)を任意に選ぶと、\begin{equation*}\bigwedge_{i=1}^{n}A_{i}\ \models A_{k}
\end{equation*}が成り立つ。

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例(連言除去)
命題関数\(P_{1}\left( x\right) ,\cdots ,P_{n}\left(x\right) \)がそれぞれ任意に与えられたとき、その中の1つの論理式命題関数\(P_{k}\left( x\right) \)を任意に選ぶと、先の命題より、\begin{equation*}\bigwedge_{i=1}^{n}P_{i}\left( x\right) \ \models P_{k}\left( x\right)
\end{equation*}が成り立ちます。

例(連言除去)
以下の推論について考えます。\begin{eqnarray*}
&&\text{任意の}4\text{の倍数は}1,2,4\text{で割り切れる} \\
&&\text{ゆえに、任意の}4\text{の倍数は}2\text{で割り切れる}
\end{eqnarray*}ただし、変数\(X\)の定義域はすべての\(4\)の倍数からなる集合です。以下の命題関数\begin{eqnarray*}P_{1}\left( x\right) &:&x\text{は}1\text{で割り切れる} \\
P_{2}\left( x\right) &:&x\text{は}2\text{で割り切れる} \\
P_{4}\left( x\right) &:&x\text{は}4\text{で割り切れる}
\end{eqnarray*}を定義すると、先の推論は、\begin{equation*}
\forall x\in X:\left( P_{1}\left( x\right) \wedge P_{2}\left( x\right)
\wedge P_{4}\left( x\right) \right) \ \therefore \ \forall x\in
X:P_{2}\left( x\right)
\end{equation*}と定式化されます。推論の前提に全称除去を適用すると、\begin{equation*}
P_{1}\left( c\right) \wedge P_{2}\left( c\right) \wedge P_{4}\left( c\right)
\end{equation*}を得ます。これに一般化された連言除去を適用すると、\begin{equation*}
P_{2}\left( c\right)
\end{equation*}を得ます。さらにこれに全称導入を適用すると、\begin{equation*}
\forall x\in X:P_{2}\left( x\right)
\end{equation*}を得るため、推論が妥当であることが示されました。

 

演習問題

問題(推論の妥当性)
論理式\(A,B,C\)に関する以下の推論\begin{equation*}A\wedge \left( B\wedge C\right) \ \therefore \ C
\end{equation*}が妥当であることを示してください。

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問題(推論の妥当性)
以下の推論が妥当であることを示してください。\begin{eqnarray*}
&&\text{任意の正方形は長方形であり、ひし形でもある。} \\
&&\text{ゆえに、任意の正方形はひし形である。}
\end{eqnarray*}
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