7.10 Notacion declaratoria

Introduciremos una notacion que hace mas dinamica e intuitiva la manera de escribir las cosas. Por supuesto el precio que esto tiene es que deberemos dedicarnos bastante a aprender a manejar esta notacion en forma precisa, para no perder rigor matematico.

7.10.1 Notacion declaratoria para terminos

Si \(t\) es un termino de tipo \(\tau\), entonces escribiremos \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\) para declarar que \(v_{1},...,v_{n}\) son variables distintas (con \(n\geq1\)) y tales que toda variable que ocurre en \(t\) pertenece a \(\{v_{1},...,v_{n}\}\) (no necesariamente toda \(v_{j}\) debe ocurrir en \(t\)).

El uso de declaraciones de la forma \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\) sera muy util cuando se lo convina con ciertas convenciones notacionales que describiremos a continuacion.

adhocprefixConvencion Notacional 1:adhocsufix Cuando hayamos hecho la declaracion \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\), si \(P_{1},...,P_{n}\) son palabras cualesquiera (no necesariamente terminos), entonces \(t(P_{1},...,P_{n})\) denotara la palabra que resulta de reemplazar simultaneamente cada ocurrencia de \(v_{1}\) en \(t\), por \(P_{1}\), cada ocurrencia de \(v_{2}\) en \(t\), por \(P_{2}\), etc.

Notese que cuando las palabras \(P_{i}^{\prime}s\) son terminos, \(t(P_{1},...,P_{n})\) es un termino (Lema 7.7). Ademas notese que en esta convencion notacional, el orden de las variables \(v_{1},...,v_{n}\) es clave. Por ejemplo si \(\tau=(\emptyset,\{\mathrm{FU}\},\emptyset,\{(\mathrm{FU},2)\})\) y \(t=\mathrm{FU}(\mathrm{FU}(x_{2},x_{16}),x_{3})\) y declaramos \(t=_{d}t(x_{3},x_{2},x_{16})\), entonces

  1. adhocprefix-adhocsufix Si declaramos \(t=_{d}t(x_{3},x_{2},x_{16})\), entonces \(t(\#\#,\blacktriangle\#\blacktriangle,@@)\) denotara la palabra \(\mathrm{FU}(\mathrm{FU}(\blacktriangle\#\blacktriangle,@@),\#\#)\)

  2. adhocprefix-adhocsufix Si declaramos \(t=_{d}t(x_{16},x_{3},x_{2})\), entonces \(t(\#\#,\blacktriangle\#\blacktriangle,@@)\) denotara la palabra \(\mathrm{FU}(\mathrm{FU}(@@,\#\#),\blacktriangle\#\blacktriangle)\)

Tambien podriamos haber declarado \(t=_{d}t(x_{3},x_{200},x_{2},x_{16},x_{100})\) y en tal caso \(t(\#\#,!!!!,\blacktriangle\#\blacktriangle,@@,!!)\) denotara la palabra \(\mathrm{FU}(\mathrm{FU}(\blacktriangle\#\blacktriangle,@@),\#\#)\)

adhocprefixConvencion Notacional 2:adhocsufix Cuando hayamos declarado \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\), si \(\mathbf{A}\) es un modelo de tipo \(\tau\) y \(a_{1},...,a_{n}\in A\), entonces con \(t^{\mathbf{A}}[a_{1}...,a_{n}]\) denotaremos al elemento \(t^{\mathbf{A}}[\vec{b}]\), donde \(\vec{b}\) es una asignacion tal que a cada \(v_{i}\) le asigna el valor \(a_{i}\). (Notese que esta notacion es inhambigua gracias al Lema 7.13.)

Nuevamente cabe destacar que en esta convencion notacional, el orden de las variables \(v_{1},...,v_{n}\) es clave. Por ejemplo si \(\tau\) y \(t\) son los dados en el ejemplo anterior y \(\mathbf{A}\) es dado por \(A=\{1,2,3\}\) y \(\mathrm{FU}^{\mathbf{A}}(i,j)=j\), para cada \(i,j\in A\), tenemos que

  1. adhocprefix-adhocsufix Si declaramos \(t=_{d}t(x_{3},x_{2},x_{16})\), entonces \(t^{\mathbf{A}}[2,1,3]=\mathrm{FU}(\mathrm{FU}(x_{2},x_{16}),x_{3})^{\mathbf{A}}[2,1,3]=\mathrm{FU^{\mathbf{A}}}(\mathrm{FU^{\mathbf{A}}}(1,3),2)=2\)

  2. adhocprefix-adhocsufix Si declaramos \(t=_{d}t(x_{16},x_{3},x_{2})\), entonces \(t^{\mathbf{A}}[2,1,3]=\mathrm{FU}(\mathrm{FU}(x_{2},x_{16}),x_{3})^{\mathbf{A}}[2,1,3]=\mathrm{FU^{\mathbf{A}}}(\mathrm{FU^{\mathbf{A}}}(3,2),1)=1\)

Tambien podriamos haber declarado \(t=_{d}t(x_{3},x_{200},x_{2},x_{16},x_{100})\) y en tal caso \(t^{\mathbf{A}}[2,10,1,3,1000]=2\).

Lectura unica de terminos declarados

Para establecer nuestra Convencion Notacional 3, debemos antes probar un lema de "lectura de terminos declarados", el cual sera muy util para hacer demostraciones usando la notacion declaratoria.

7.24 ([Lectura unica de terminos declarados). Sea \(\tau\) un tipo cualquiera y supongamos \(t\in T^{\tau}\). Si \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\), entonces se da una y solo una de las siguientes:

  1. adhocprefix(1)adhocsufix \(t=c,\) para algun \(c\in\mathcal{C}\)

  2. adhocprefix(2)adhocsufix \(t=v_{j},\) para algun \(j\)

  3. adhocprefix(3)adhocsufix \(t=f(t_{1},...,t_{m})\), con \(f\in\mathcal{F}_{m}\) y \(t_{1},...,t_{m}\in T^{\tau}\) unicos y tales que las variables que ocurren en cada uno de ellos estan en \(\{v_{1},...,v_{n}\}\)

Proof. Rutina  


adhocprefixConvencion Notacional 3:adhocsufix Cuando hayamos declarado \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\) y se el caso (3) del Lema 7.24 supondremos tacitamente que tambien hemos hecho las declaraciones \(t_{1}=_{d}t_{1}(v_{1},...,v_{n}),...,t_{m}=_{d}t_{m}(v_{1},...,v_{n})\).

Cabe destacar que esta ultima convencion notacional junto con la Convencion Notacional 1, nos dice que cuando se de el caso (3) del Lema 7.24, si \(P_{1},...,P_{n}\) son palabras cualesquiera, entonces \[t(P_{1},...,P_{n})=f(t_{1}(P_{1},...,P_{n}),...,t_{m}(P_{1},...,P_{n}))\]

Caracter recursivo de la notacion \(t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]\)

El siguiente lema se basa en la Convencion Notacional 3 y nos permite darle caracter recursivo a la notacion \(t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]\). Esto sera muy util para hacer demostraciones usando la notacion declaratoria.

7.25 ([Caracter recursivo de la notacion \(t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]\)). Sea \(\tau\) un tipo cualquiera y \(t\in T^{\tau}\). Supongamos \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\). Sea \(\mathbf{A}\) un modelo de tipo \(\tau\). Sean \(a_{1},...,a_{n}\in A\). Se tiene que:

  1. adhocprefix(1)adhocsufix Si \(t=c,\) entonces \(t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]=c^{\mathbf{A}}\)

  2. adhocprefix(2)adhocsufix Si \(t=v_{j},\) entonces \(t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]=a_{j}\)

  3. adhocprefix(3)adhocsufix Si \(t=f(t_{1},...,t_{m})\), con \(f\in\mathcal{F}_{m}\) y \(t_{1},...,t_{m}\in T^{\tau}\), entonces \[t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]=f^{\mathbf{A}}(t_{1}^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}],...,t_{m}^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}])\]

Proof. (1) y (2) son triviales.

(3) Sea \(\vec{b}\) una asignacion tal que a cada \(v_{i}\) le asigna el valor \(a_{i}\). Tenemos que \[\begin{aligned} t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}] & =t^{\mathbf{A}}[\vec{b}]\text{ (por def. de }t^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]\text{)}\\ & =f^{\mathbf{A}}(t_{1}^{\mathbf{A}}[\vec{b}],...,t_{m}^{\mathbf{A}}[\vec{b}])\text{ (por def. de }t^{\mathbf{A}}[\vec{b}]\text{)}\\ & =f^{\mathbf{A}}(t_{1}^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}],...,t_{m}^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}])\text{ (por def. de cada }t_{i}^{\mathbf{A}}[a_{1},....,a_{n}]\text{)} \end{aligned}\]  


7.10.2 Notacion declaratoria para formulas

Si \(\varphi\) es una formula de tipo \(\tau\), entonces escribiremos \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\) para declarar que \(v_{1},...,v_{n}\) son variables distintas (con \(n\geq1\)) tales que \(Li(\varphi)\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\). Tal como para el caso de terminos, el uso de declaraciones de la forma \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\) sera muy util cuando se convina con ciertas convenciones notacionales que describiremos a continuacion.

adhocprefixConvencion Notacional 4:adhocsufix Cuando hayamos hecho la declaracion \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\), si \(P_{1},...,P_{n}\) son palabras cualesquiera, entonces \(\varphi(P_{1},...,P_{n})\) denotara la palabra que resulta de reemplazar simultaneamente cada ocurrencia libre de \(v_{1}\) en \(\varphi\), por \(P_{1}\), cada ocurrencia libre de \(v_{2}\) en \(\varphi\), por \(P_{2}\), etc.

Notese que cuando las palabras \(P_{i}^{\prime}s\) son terminos, \(\varphi(P_{1},...,P_{n})\) es una formula. Ademas notese que tal como para el caso de terminos, en esta convencion notacional, el orden de las variables \(v_{1},...,v_{n}\) es clave. Es facil dar el ejemplo analogo al dado para terminos.

adhocprefixConvencion Notacional 5:adhocsufix Cuando hayamos declarado \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\), si \(\mathbf{A}\) es un modelo de tipo \(\tau\) y \(a_{1},...,a_{n}\in A\), entonces \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1}...,a_{n}]\) significara que \(\mathbf{A}\models\varphi[\vec{b}],\) donde \(\vec{b}\) es una asignacion tal que a cada \(v_{i}\) le asigna el valor \(a_{i}\). (Notese que esta definicion es inambigua gracias al Lema 7.14). En gral \(\mathbf{A}\not\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) significara que no sucede \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\)

Nuevamente cabe destacar que en esta convencion notacional, el orden de las variables \(v_{1},...,v_{n}\) es clave. Veamos un ejemplo. Sea \(\tau=(\emptyset,\{\mathrm{F}\},\{\mathrm{E}\},\{(\mathrm{F},1),(\mathrm{E},2)\})\) y sea \[\varphi=((\mathrm{F}(x_{16})\equiv\mathrm{F}(x_{17}))\wedge\forall x_{16}\mathrm{E}(x_{2},x_{16}))\] Sea \(\mathbf{A}\) el modelo de tipo \(\tau\) dado por \(A=\{1,2,3,4,5\}\), \(\mathrm{F}^{\mathbf{A}}(x)=\max\{x,3\}\) y \(\mathrm{E}^{\mathbf{A}}=\{1\}\times A\). Entonces

  1. adhocprefix-adhocsufix Si declaramos \(\varphi=_{d}\varphi(x_{2},x_{16},x_{17},x_{18})\) tenemos que \(\mathbf{A}\models\varphi[1,2,2,4]\)

  2. adhocprefix-adhocsufix Si declaramos \(\varphi=_{d}\varphi(x_{18},x_{16},x_{17},x_{2})\) tenemos que no se da que \(\mathbf{A}\models\varphi[1,2,2,4]\)

Lectura unica de formulas declaradas

Para establecer nuestra Convencion Notacional 6, debemos antes enunciar un "lema de lectura unica de formulas declaradas".

7.26 ([Lectura unica de formulas declaradas). Sea \(\tau\) un tipo cualquiera y \(\varphi\in F^{\tau}\). Supongamos \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\). Entonces se una y solo una de las siguientes:

  1. adhocprefix(1)adhocsufix \(\varphi=(t\equiv s)\), con \(t,s\in T^{\tau}\), unicos y tales que las variables que ocurren en \(t\) o en \(s\) estan todas en \(\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  2. adhocprefix(2)adhocsufix \(\varphi=r(t_{1},...,t_{m})\), con \(r\in\mathcal{R}_{m}\) y \(t_{1},...,t_{m}\in T^{\tau}\), unicos y tales que las variables que ocurren en cada \(t_{i}\) estan todas en \(\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  3. adhocprefix(3)adhocsufix \(\varphi=(\varphi_{1}\wedge\varphi_{2})\), con \(\varphi_{1},\varphi_{2}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\cup Li(\varphi_{2})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  4. adhocprefix(4)adhocsufix \(\varphi=(\varphi_{1}\vee\varphi_{2})\), con \(\varphi_{1},\varphi_{2}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\cup Li(\varphi_{2})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  5. adhocprefix(5)adhocsufix \(\varphi=(\varphi_{1}\rightarrow\varphi_{2})\), con \(\varphi_{1},\varphi_{2}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\cup Li(\varphi_{2})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  6. adhocprefix(6)adhocsufix \(\varphi=(\varphi_{1}\leftrightarrow\varphi_{2})\), con \(\varphi_{1},\varphi_{2}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\cup Li(\varphi_{2})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  7. adhocprefix(7)adhocsufix \(\varphi=\lnot\varphi_{1}\), con \(\varphi_{1}\in F^{\tau}\), unica y tal que \(Li(\varphi_{1})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  8. adhocprefix(8)adhocsufix \(\varphi=\forall v_{j}\varphi_{1}\), con \(v_{j}\in\{v_{1},...,v_{n}\}\) y \(\varphi_{1}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  9. adhocprefix(9)adhocsufix \(\varphi=\forall v\varphi_{1}\), con \(v\in Var-\{v_{1},...,v_{n}\}\) y \(\varphi_{1}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\subseteq\{v_{1},...,v_{n},v\}\)

  10. adhocprefix(10)adhocsufix \(\varphi=\exists v_{j}\varphi_{1}\), con \(v_{j}\in\{v_{1},...,v_{n}\}\) y \(\varphi_{1}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\subseteq\{v_{1},...,v_{n}\}\)

  11. adhocprefix(11)adhocsufix \(\varphi=\exists v\varphi_{1}\), con \(v\in Var-\{v_{1},...,v_{n}\}\) y \(\varphi_{1}\in F^{\tau}\), unicas y tales que \(Li(\varphi_{1})\subseteq\{v_{1},...,v_{n},v\}\)

Proof. Ejercicio (haga induccion en el \(k\) tal que \(\varphi\in F_{k}^{\tau}\)).  


adhocprefixConvencion Notacional 6:adhocsufix Cuando hayamos declarado \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\), entonces:

adhocprefix-adhocsufix si se da el caso (1) del Lema 7.26, supondremos tacitamente que tambien hemos hecho las declaraciones \(t=_{d}t(v_{1},...,v_{n})\) y \(s=_{d}s(v_{1},...,v_{n})\).

adhocprefix-adhocsufix si se da el caso (2) del Lema 7.26, supondremos tacitamente que tambien hemos hecho las declaraciones \(t_{1}=_{d}t_{1}(v_{1},...,v_{n}),...,t_{m}=_{d}t_{m}(v_{1},...,v_{n})\).

adhocprefix-adhocsufix si se da cualquiera de los casos (3), (4), (5) o (6) del Lema 7.26, supondremos tacitamente que tambien hemos hecho las declaraciones \(\varphi_{1}=_{d}\varphi_{1}(v_{1},...,v_{n})\) y \(\varphi_{2}=_{d}\varphi_{2}(v_{1},...,v_{n})\).

adhocprefix-adhocsufix si se da cualquiera de los casos (7), (8) o (10) del Lema 7.26, supondremos tacitamente que tambien hemos hecho la declaracion \(\varphi_{1}=_{d}\varphi_{1}(v_{1},...,v_{n})\).

adhocprefix-adhocsufix si se da el caso (9) o el caso (11) del Lema 7.26, supondremos tacitamente que tambien hemos hecho la declaracion \(\varphi_{1}=_{d}\varphi_{1}(v_{1},...,v_{n},v)\).

Caracter recursivo de la notacion \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\)

El siguiente lema se basa en la Convencion Notacional 6 y nos permite darle caracter recursivo a la notacion \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\). Esto sera muy util para hacer demostraciones usando la notacion declaratoria.

7.27 (Caracter recursivo de la notacion \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}\)]). ) Supongamos \(\varphi=_{d}\varphi(v_{1},...,v_{n})\). Sea \(\mathbf{A}=(A,i)\) un modelo de tipo \(\tau\) y sean \(a_{1},...,a_{n}\in A\). Entonces

  1. adhocprefix(1)adhocsufix Si \(\varphi=(t\equiv s)\), entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(t^{\mathbf{A}}[a_{1},...,a_{n}]=s^{\mathbf{A}}[a_{1},...,a_{n}]\)

  2. adhocprefix(2)adhocsufix Si \(\varphi=r(t_{1},...,t_{m})\), entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \((t_{1}^{\mathbf{A}}[a_{1},...,a_{n}],...,t_{m}^{\mathbf{A}}[a_{1},...,a_{n}])\in r^{\mathbf{A}}\)

  3. adhocprefix(3)adhocsufix Si \(\varphi=(\varphi_{1}\wedge\varphi_{2}),\) entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n}]\) y \(\mathbf{A}\models\varphi_{2}[a_{1},....,a_{n}]\)

  4. adhocprefix(4)adhocsufix Si \(\varphi=(\varphi_{1}\vee\varphi_{2}),\) entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n}]\) o \(\mathbf{A}\models\varphi_{2}[a_{1},....,a_{n}]\)

  5. adhocprefix(5)adhocsufix Si \(\varphi=(\varphi_{1}\rightarrow\varphi_{2}),\) entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{2}[a_{1},....,a_{n}]\) o \(\mathbf{A}\not\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n}]\)

  6. adhocprefix(6)adhocsufix Si \(\varphi=(\varphi_{1}\leftrightarrow\varphi_{2}),\) entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si ya sea \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n}]\) y \(\mathbf{A}\models\varphi_{2}[a_{1},....,a_{n}]\) o \(\mathbf{A}\not\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n}]\) y \(\mathbf{A}\not\models\varphi_{2}[a_{1},....,a_{n}]\)

  7. adhocprefix(7)adhocsufix Si \(\varphi=\lnot\varphi_{1},\) entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\not\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n}]\)

  8. adhocprefix(8)adhocsufix Si \(\varphi=\forall v_{j}\varphi_{1},\) entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a,...,a_{n}],\) para todo \(a\in A.\)

  9. adhocprefix(9)adhocsufix Si \(\varphi=\forall v\varphi_{1},\) con \(v\not\in\{v_{1},...,v_{n}\}\), entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n},a]\), para todo \(a\in A.\)

  10. adhocprefix(10)adhocsufix Si \(\varphi=\exists v_{j}\varphi_{1}\), entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a,...,a_{n}]\), para algun \(a\in A.\)

  11. adhocprefix(11)adhocsufix Si \(\varphi=\exists v\varphi_{1}\), con \(v\not\in\{v_{1},...,v_{n}\}\), entonces

    1. adhocprefix-adhocsufix \(\mathbf{A}\models\varphi[a_{1},....,a_{n}]\) si y solo si \(\mathbf{A}\models\varphi_{1}[a_{1},....,a_{n},a]\), para algun \(a\in A.\)

Proof. Rutina.