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Déduction naturelle

Cours · informatique (MP2I/MPI), chapitre 28 · MP2I et MPI · le début du chapitre, la suite sur Adloun

Une preuve en déduction naturelle : de prémisses, on tire une conclusion par une règle, le modus ponens.

28.1 Pourquoi les tables de vérité ne suffisent pas

Le chapitre chap:logique savait déjà décider si une formule est une tautologie : on dresse sa table de vérité. Le programme explique pourquoi cela ne suffit pas, et il donne deux raisons.

ImportantLes deux défauts que la déduction naturelle vient corriger

« Il s'agit de présenter les preuves comme permettant de pallier deux problèmes de la présentation précédente du calcul propositionnel : nature exponentielle de la vérification d'une tautologie, faible lien avec les preuves mathématiques. »

  • Le coût. Une formule à variables a lignes de table. À , il y a plus de lignes que de secondes depuis le Big Bang. Une preuve, elle, peut tenir en dix lignes quelle que soit .
  • La forme. Aucun mathématicien ne démontre par table de vérité. On suppose, on déduit, on conclut. La déduction naturelle formalise exactement ces gestes — d'où son nom.
AttentionCe que le programme attend, et ce qu'il proscrit

Deux phrases cadrent tout le chapitre : « il ne s'agit pas d'implémenter ces règles mais plutôt d'être capable d'écrire de petites preuves dans ce système », et « toute technicité dans les preuves dans ce système est à proscrire ».

On apprend donc à lire et à écrire des arbres de preuve de quelques nœuds. On ne démontre ni la complétude, ni l'élimination des coupures, et l'on ne code aucun vérificateur.

28.2 Séquents et règles d'inférence

Définition 28.1Séquent

Un séquent s'écrit

et se lit : « des hypothèses , on déduit ». La partie gauche est le contexte, souvent noté .

Important et ne disent pas la même chose

C'est la distinction syntaxe/sémantique du chapitre chap:logique, à son point le plus net.

Naturesémantiquesyntaxique
Ce que cela dittout modèle de l'est de il existe une dérivation de
Comment on l'établiten examinant les valuationsen construisant un arbre
Coût lignesla taille de la preuve

Le premier parle de vérité, le second de démontrabilité. Rien n'oblige a priori les deux à coïncider — c'est un théorème, et il a deux moitiés.

Définition 28.2Règle d'inférence, dérivation

Une règle d'inférence se note

et se lit « si l'on a établi les prémisses, on établit la conclusion ». Une dérivation — ou arbre de preuve — est un arbre dont chaque nœud est une instance de règle, et dont les feuilles sont des axiomes.

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