Στόχος του μαθήματοςΤο μάθημα Μ1, προαπαιτούμενο όλων των μαθημάτων μαθηματικών του Δ.Ε.Π., εξηγεί τις θεμελιώδεις αρχές γύρω από την έννοια της απόδειξης. Μια απόδειξη είναι η διαδικασία μέσω της οποίας, ξεκινώντας από κάποιες υποθέσεις, καταλήγουμε σε συμπέρασμα ή συμπεράσματα. Έτσι αποκτούμε απόλυτη βεβαιότητα για το συμπέρασμα, δεδομένου οτι δεχόμαστε επίσης σαν απόλυτα σωστές τις υποθέσεις, τη μέθοδο της απόδειξης, και τους κανόνες της “κλασικής λογικής” που θα εξεταστούν στον παρόν. Το μάθημα αυτό ενδιαφέρει όχι μόνο τους μαθηματικούς, αλλά και όλους όσους τους απασχολεί γενικά η ορθότητα των συλλογισμών (δικών-τους ή άλλων). Παρόλο που είναι προαπαιτούμενο μαθηματικών, οι παρούσες σημειώσεις είναι γραμμένες με τέτοιον τρόπο ώστε να γίνονται κατανοητές από οποιονδήποτε διαθέτει γενική παιδεία, και διάθεση να καταλάβει έννοιες που δεν απαιτούν ιδιαίτερη ευφυΐα, αλλά μόνο θέληση για μάθηση, και επιμονή στην εκτέλεση των ασκήσεων που περιλαμβάνει το μάθημα αυτό. Το θεμελιώδες — και μόνο απαραίτητο — βήμα απόδειξηςΣπάνια ένα μάθημα μπορεί να ξεκινήσει με το πιο σημαντικό σημείο-του, χωρίς άλλη εισαγωγή. Αυτό όμως πρόκειται να κάνουμε αμέσως τώρα, όπου θα γνωρίσουμε το πιο θεμελιώδες “αποδεικτικό βήμα”, δηλαδή ένα συμπερασματικό κανόνα μέσω του οποίου δημιουργούμε αποδείξεις. Ο κανόνας αυτός, που ονομάζεται Modus Ponens (Μόντους Πόνενς) συμβαίνει μάλιστα να είναι και ο μόνος απαραίτητος συμπερασματικός κανόνας· δηλαδή κάθε απόδειξη, οσοδήποτε μακροσκελής κι αν είναι, μπορεί να αναλυθεί σε μια ακολουθία βημάτων όπου το κάθε βήμα είναι εφαρμογή του κανόνα Modus Ponens.(*) Με τον κανόνα αυτόν θα εξοικειωθούμε αρχικά μέσω ενός παραδείγματος. Ας θεωρήσουμε τον εξής συλλογισμό:
Στην αποδεικτική μέθοδο, τις υποθέσεις τις λέμε αξιώματα. Το συμπέρασμα το λέμε θεώρημα. Το σύνολο των δύο αξιωμάτων με το θεώρημα το λέμε θεωρία. Ο παραπάνω συλλογισμός είναι ένα παράδειγμα του συμπερασματικού κανόνα Modus Ponens. Παρόλο που τον ονομάσαμε “συλλογισμό”, αποτελεί στην πραγματικότητα μια απόδειξη του θεωρήματος “το Ελλαδιστάν έχει πρωτεύουσα” βάσει των αξιωμάτων “κάθε κράτος έχει πρωτεύουσα” και “το Ελλαδιστάν είναι κράτος”. Ας γράψουμε τώρα το παραπάνω παράδειγμα με λίγο πιο “λακωνικό” τρόπο:
Ουσιαστικά γράψαμε το ίδιο πράγμα. Το αξίωμα (ή υπόθεση) Α1 λέει: “αν το x είναι κράτος, τότε το x έχει πρωτεύουσα” το οποίο είναι ένας εναλλακτικός τρόπος για να πούμε “κάθε κράτος έχει πρωτεύουσα”. Όμως την ελληνική πρόταση “αν το x είναι κράτος, τότε το x έχει πρωτεύουσα” τη γράψαμε “κωδικοποιημένη” σαν λογικό τύπο, ως εξής:
Στο αξίωμα (ή υπόθεση) Α2 βλέπουμε την εξής σύμβαση:
Τέλος, το θεώρημα (ή συμπέρασμα) Θ είναι το κατηγόρημα “έχει_πρωτεύουσα” με παράμετρο τη σταθερά “Ελλαδιστάν”. Ο αναγνώστης θα πρέπει τώρα να βεβαιωθεί οτι μπορεί να απαντήσει στην παρακάτω άσκηση προτού προχωρήσει στα επόμενα.
Οι απαντήσεις της άσκησης 1 βρίσκονται εδώ.
Η “αλήθεια” των αξιωμάτων, θεωρημάτων, και απόδειξηςΠόσο βέβαιοι μπορούμε να είμαστε όταν έχουμε μια απόδειξη, και κυρίως για ποια πράγματα μπορούμε να είμαστε βέβαιοι; Ισχύουν τα εξής:
Ας δούμε τώρα ένα παράδειγμα όπου η ερμηνεία αξιώματος δεν είναι σωστή. Έστω η εξής θεωρία:
Την παραπάνω θεωρία μπορούμε να την κωδικοποιήσουμε σε λογικούς τύπους ως εξής:
Από συντακτική άποψη, δεν υπάρχει καμία διαφορά με την προηγούμενη θεωρία περί κρατών και πρωτευουσών. Πράγματι, μπορούμε καί τις δύο θεωρίες να τις συνοψίσουμε σε μία, χρησιμοποιώντας απλώς το αρχικό γράμμα του κάθε κατηγορήματος, σταθεράς, και μεταβλητής. Ιδού λοιπόν η ίδια θεωρία με τα σύμβολά της να παριστάνονται με ένα μόνο γράμμα:
Βλέπουμε επομένως οτι, όταν τα σύμβολα στερούνται νοήματος (δηλ. δεν τα ερμηνεύουμε ώστε να αντιστοιχούν στον πραγματικό κόσμο), τότε έχουμε μια απλή εφαρμογή του Modus Ponens, και δεν τίθεται θέμα αλήθειας των αξιωμάτων, αφού τα δεχόμαστε “ως έχουν”. Αν όμως ερμηνεύσουμε το κατηγόρημα “κύτταρο” (ή “κ”) να αντιστοιχεί στην οικεία έννοια του κυττάρου, το κατηγόρημα “έχει πυρήνα” στην επίσης γνωστή έννοια οντότητας που έχει πυρήνα, και τη σταθερά “E_coli” στο γνωστό βακτήριο E. coli (πλήρες όνομα: Escherichia coli), τότε το αξίωμα Α1 είναι λάθος, γιατί δεν έχει κάθε κύτταρο πυρήνα· υπάρχουν και τα βακτήρια, που είναι κύτταρα χωρίς πυρήνα. Πράγματι, το E. coli είναι ένα βακτήριο, και σαν τέτοιο δεν έχει πυρήνα. Ενώ λοιπόν το αξίωμα Α2 είναι σωστό στην ερμηνεία αυτή (κάθε βακτήριο είναι κύτταρο, άρα κύτταρο είναι και το E. coli), εντούτοις το αξίωμα Α1 είναι λάθος στη δοσμένη ερμηνεία του βιολογικού κόσμου. Οπότε και το συναγόμενο θέωρημα δεν μπορούμε να το εμπιστευθούμε: θα μπορούσε να είναι σωστό, θα μπορούσε να είναι και λάθος. Στην προκείμενη περίπτωση όντως είναι λάθος, αλλά αν αντί για το E. coli είχαμε χρησιμοποιήσει σαν σταθερά την Ευγλήνη, που είναι όντως κύτταρο με πυρήνα (όχι βακτήριο), τότε το θεώρημα θα ήταν (κατά τύχη) σωστό. Επομένως όταν κάποιο από τα αξιώματα “δεν στέκει” στην ερμηνεία-του, τότε δεν μπορούμε να εμπιστευθούμε κανένα από τα θεωρήματα της θεωρίας αυτής. Συνοψίζοντας, το αν από τα αξιώματα “κ(x) → π(x)” και “κ(Ε)” μπορούμε να συμπεράνουμε το θεώρημα “π(Ε)” εξαρτάται ως εξής:
Περισσότερα περί συντακτικού και ερμηνείαςΑς θεωρήσουμε την εξής πρόταση, σε μια υποτιθέμενα άγνωστη γλώσσα: “λας βάκας κόμεν χιράφας” Μας πληροφορούν επίσης οτι τα “βάκας” και “χιράφας” είναι ουσιαστικά, το “κόμεν” ρήμα, και το “λας” μια μορφή του οριστικού άρθρου. Επίσης μας κάνουν γνωστό οτι στη γλώσσα αυτή — όπως και στα ελληνικά — τα άρθρα μπαίνουν πριν από τα ουσιαστικά, και η συντακτική δομή της γλώσσας περιλαμβάνει τη δομή: υποκείμενο – ρήμα – αντικείμενο, όπου βέβαια τα “υποκείμενο” και “αντικείμενο” μπορούν να αντικατασταθούν από ουσιαστικά (όπως στα ελληνικά: “ο Γιάννης βγάζει λόγο”, όπου το “ο Γιάννης” είναι το υποκείμενο, και το “λόγο” είναι το αντικείμενο). Μας ρωτούν: είναι σωστή η πρόταση αυτή; Μη έχοντας άλλη γνώση της γλώσσας παρά μόνο τα περί συντακτικής δομής-της που μόλις εξηγήθηκαν, θα πρέπει να απαντήσουμε: «Ναι, η πρόταση είναι συντακτικά σωστή», αφού οι λέξεις-της ακολουθούν τους συντακτικούς κανόνες της γλώσσας. Θα ήταν λάθος αν έλεγε: “λας βάκας χιράφας κόμεν” (υποκείμενο – αντικείμενο – ρήμα), ή “βάκας λας κόμεν χιράφας” (άρθρο μετά το ουσιαστικό). Παρόμοια, η λογική πρόταση “κ(x) → π(x)” είναι συντακτικά σωστή, γιατί ακολουθεί τους συντακτικούς κανόνες του λογικού συμβολισμού. Θα ήταν συντακτικά λάθος αν π.χ. ήταν έτσι: “κ(x) π(x) →” (δύο κατηγορήματα στη σειρά χωρίς σύμβολο ανάμεσά τους, και το “συνεπάγεται” — δηλ. το βελάκι “→” — χωρίς δεξιό μέλος)· ή αν ήταν έτσι: “κ(x) → π)x)” (η παρένθεση μετά το “π” κλείνει αντί ν’ ανοίγει)· ή έτσι: “κ(x → π(x)” (η πρώτη παρένθεση δεν κλείνει ποτέ). Πάμε όμως τώρα πάλι πίσω στην πρόταση “λας βάκας κόμεν χιράφας”. Έστω οτι μας λένε οτι:
Μας ξαναρωτούν τώρα: είναι η πρόταση σωστή; Έχοντας τώρα μια ερμηνεία, μπορούμε να εξετάσουμε αν η πρόταση είναι “σωστή” από την άποψη του αν “βγάζει νόημα”, δηλαδή αν συμβαίνει όντως αυτό που εννοεί. Δεδομένου οτι μιλάμε για τις οικείες-μας αγελάδες και καμηλοπαρδάλεις, πρέπει να απαντήσουμε: «Όχι, η πρόταση είναι νοηματικά λάθος, γιατί στον οικείο κόσμο του πλανήτη-μας οι αγελάδες δεν τρώνε καμηλοπαρδάλεις.» Η ερμηνεία λοιπόν έκανε την πρόταση λάθος. Μπορεί βέβαια να μας πουν οτι, «Ξέρετε, στη γλώσσα-μας το “καμηλοπαρδάλεις” δεν σημαίνει μόνο τα γνωστά ζώα της Αφρικής, αλλά και ένα είδος χόρτου που βγαίνει εδώ στα μέρη-μας, που το τρώνε οι αγελάδες.» Τότε πρέπει να δεχτούμε οτι η πρόταση είναι νοηματικά σωστή. Ή, εναλλακτικά, μπορεί να μας πουν οτι η πρόταση λέχθηκε σε σενάριο βιβλίου επιστημονικής φαντασίας, όπου σε έναν άγνωστο πλανήτη οι “αγελάδες” όντως τρώνε τις εκεί “καμηλοπαρδάλεις”. Επομένως το αν η πρόταση είναι νοηματικά σωστή εξαρτάται από το αν ισχύουν αυτά που λέει, βάσει της ερμηνείας-της. Παρόμοια, το αν η λογική πρόταση “κ(x) → π(x)” είναι νοηματικά σωστή εξαρτάται από την ερμηνεία-της. Αν το “κ” σημαίινει “κράτος” και το “π” σημαίνει “έχει πρωτεύουσα” (με τις οικείες-μας έννοιες περί κρατών και πρωτευουσών), τότε η πρόταση είναι νοηματικά σωστή. Αν το “κ” σημαίνει “κύτταρο” και το “π” σημαίνει “έχει πυρήνα”, τότε είναι νοηματικά λάθος. Βέβαια αν μας πουν οτι, «Ξέρετε, όταν λέμε “πυρήνας” δεν εννοούμε αυτό που εννοούν οι βιολόγοι, αλλά το DNA του κυττάρου», τότε θα δεχτούμε οτι η πρόταση είναι νοηματικά σωστή, αφού κάθε κύτταρο έχει DNA (είτε είναι βακτήριο είτε όχι). Βλέπουμε και πάλι οτι το “νοηματικά σωστή” εξαρτάται από την ερμηνεία. Και τί είναι μια ερμηνεία; Πώς ορίζεται ο όρος αυτός; Για τα όσα θα περιγράψουμε στο παρόν μάθημα, θα αρκεστούμε στο να πούμε οτι μια ερμηνεία είναι μια αντιστοίχιση των συμβόλων με έννοιες από έναν κόσμο όπου υπάρχουν οι έννοιες αυτές. Π.χ.,
Σ Υ Ν Ε Χ Ι Ζ Ε Τ Α Ι . . . Σημειώσεις: (^) Στην πραγματικότητα ο κανόνας οτι μόνο ο Modus Ponens είναι απαραίτητος δεν είναι απόλυτα σωστός. Στα μαθηματικά χρησιμοποιούνται και άλλοι κανόνες ή μέθοδοι για απόδειξη, όπως η μέθοδος της μαθηματικής επαγωγής, ή η διαγωνιοποίηση στη θεωρία συνόλων. Πάντως και μόνο με τον Modus Ponens μπορεί κανείς να φτάσει αρκετά μακριά, τουλάχιστον στα στοιχειώδη θέματα μαθηματικών, και σίγουρα στα περισσότερα παραδείγματα μη μαθηματικών συλλογισμών. (^) Απαντήσεις στην άσκηση 1:
Πίσω στη γενική σελίδα του Διαδικτυακού Επιστημονικού Πανεπιστημίου |