[例] 合法的归纳假设与循环论证

取 [定义] 项的集合 中的有限项,树的术语见 [定义] 树的基本术语 ,归纳方法采用 [定理] 结构归纳原理(structural induction) 。

取 𝑃( 𝑡 ) 为“𝑡 至少含有一个叶子”。常量本身就是叶子,基础情形成立。证明 𝑃( pred 𝑡 1 ) 时, 归纳假设 𝑃( 𝑡 1 ) 给出 𝑡 1 中有一个叶子;加上 pred 根以后,那个叶子仍然存在。证明 𝑃( if 𝑡 1 then 𝑡 2 else 𝑡 3 ) 时,任取一个孩子中的叶子即可。对于 pred ( succ 0 ),先验证 𝑃( 0 ),再推出 𝑃( succ 0 ),最后推出整项的性质,没有一步用到尚未证明的结论。

反过来,试图证明错误命题 𝑄( 𝑡 ):“𝑡 不含 pred”,然后在 pred 𝑡 1 的情形里说“假定 𝑄( pred 𝑡 1 ),所以它不含 pred”,就是循环论证(circular reasoning):用待证结论本身支持待证结论。它至多证明了 𝑄( pred 𝑡 1 )⟹𝑄( pred 𝑡 1 ),没有证明归纳步骤要求的 𝑄( 𝑡 1 )⟹𝑄( pred 𝑡 1 )。实际取 𝑡 1=0,前者 𝑄( 0 ) 为真,后者 𝑄( pred 0 ) 为假,反例立刻出现。

循环也可以藏在两步里:“为了证明父项满足 𝑃,先用父项满足 𝑃 来证明子项满足 𝑃,再由子项推出父项”。两句话合起来仍然没有独立的起点。

References

[定理] 结构归纳原理(structural induction) [structural-induction]

[定义] 项的集合 [set-of-terms]

[定义] 树的基本术语 [tree-terminology]

[定义] 归纳假设 [induction-hypothesis]

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