連結の理論
Theory of Concatination.$ \sf TC
参考文献
Y. Cheng; "Current research on Gödel's incompleteness theorems"
A. Grzegorczyk; "Undecidability without arithmetization"
A. Grzegorczyk, K. Zdanowski; "Undecidability and concatenation"
H. Yoshihiro; "算術体系とconcatenationの体系"
モチベーション
Andrzej Grzegorczykによるものが多い
多分Raymond Smullyanとかも似たような研究はしてるんじゃないかと思う
Cocatenation,つまりアルファベットや文字列の結合に関する考察は,W. V. Quineの1946年の論文(W. V. Quine; "Concatenation as a Basis for Arithmetic")にその研究の先駆を見ることができる.彼のconcatenationに関する考察の動機 は, ゲーデルによる不完全性定理の証明の本質は算術 (数を扱う能力) にあるのではな く,concatenationに関する能力 (文字列を識別する能力) にあると考えられる点 にある.このよ うな背景の下 に concatenationに関する理論 は,Tarskiによる編集者公理と呼ばれる公理が導入され,広く研究されるようになった.
Y. Horihata; "Weak subsystems of first and second order arithmetic"の要旨より引用
https://tohoku.repo.nii.ac.jp/index.php?action=pages_view_main&active_action=repository_action_common_download&item_id=88607&item_no=1&attribute_id=18&file_no=1&page_id=33&block_id=46
Def
連結の理論の言語$ \mathscr{L}_\mathsf{TC} := \lang \alpha,\beta; \frown; = \rang
$ \sf TCは以下の公理を持つ
1. $ \forall_{x,y,z}.\lbrack x \frown (y \frown z) = (x \frown y) \frown z \rbrack
2. $ \forall_{x,y,u,v}.\lbrack x \frown y = u \frown v \to \\ ((x = y \land y = v) \lor \exists_w.\lbrack (u = x \frown w \land w \frown v = y) \lor (x = u \frown w \land w \lor y = v) \rbrack ) \rbrack
example
$ \alpha\beta \frown \beta\alpha = \alpha\beta \frown \beta\alpha \implies \alpha\beta = \alpha\beta ~\&~ \beta\alpha = \beta\alpha
$ \alpha \frown \alpha\beta\alpha = \alpha\alpha\beta \frown \alpha \implies \alpha\alpha\beta = \alpha \frown \alpha\beta ~\&~ \alpha\beta \frown \alpha = \alpha\beta\alpha
このとき$ w = \alpha\beta
$ \alpha\beta\alpha \frown \beta = \alpha \frown \beta\alpha\beta \implies \alpha\beta\alpha = \alpha \frown \beta\alpha ~\&~ \beta\alpha \frown \beta = \beta\alpha\beta
このとき$ w = \beta\alpha
編集者公理と言われる?
3. $ \forall_{x,y}.\lbrack \alpha \neq x \frown y \rbrack
4. $ \forall_{x,y}.\lbrack \beta \neq x \frown y \rbrack
5. $ \alpha \neq \beta
Thm
$ \sf TCは不完全であり,本質的に決定不能でもある.
remark:
前者はA. Grzegorczyk; "Undecidability without arithmetization"
後者はA. Grzegorczyk, K. Zdanowski; "Undecidability and concatenation"
remark:
すなわち算術を陽に扱わなくともGödelの第1不完全性定理は証明出来るということがわかっている
remark:
本質的決定不能性は下の$ \sf Qの理論の相互解釈可能性から即座に導かれる.
memo?: 連結の理論とRobinson算術の相互解釈可能性
連結の理論はRobinson算術と相互に解釈性があるらしい?
M. Ganea; "Arithmetic on semigroups"では$ \sf Q^-と$ \sf TCが相互に解釈可能を示す.
ところで$ \sf Q^-は$ \sf Qと互いに解釈可能
結果として$ \sf Qと$ \sf TCは互いに解釈可能.
A. Visser; "Growing commas: a study of sequentiality and concatenation"では直接$ \sf Qと$ \sf TCが相互解釈可能であることを示している.
その他の独立な証明は以下.
S. Rachel; "Concatenation as a basis for Q and the intuitionistic varient of Nelson’s classic result"
V. Svejdar; "On interpretability in the theory of concatenation"