(-a) × (-a) = a × a


121

Wir alle wissen, dass (hoffentlich), aber können Sie es beweisen?(a)×(a)=a×a

Ihre Aufgabe ist es, diese Tatsache mit den Ringaxiomen zu beweisen. Was sind die Ringaxiome? Die Ringaxiome sind eine Liste von Regeln, denen zwei Binäroperationen an einer Menge folgen müssen. Die beiden Operationen sind Addition und Multiplikation . Für diese Herausforderung gibt es hier die Ringaxiome, bei denen und geschlossene binäre Operationen auf einer Menge , eine geschlossene unäre Operation auf ist und , , Mitglieder von :+×+×SSabcS

  1. a+(b+c)=(a+b)+c

  2. a+0=a

  3. a+(a)=0

  4. a+b=b+a *

  5. a×(b×c)=(a×b)×c

  6. a×1=a

  7. 1×a=a

  8. a×(b+c)=(a×b)+(a×c)

  9. (b+c)×a=(b×a)+(c×a)

Ihr Beweis sollte eine Folge von Gleichheiten sein, von denen jede die Anwendung eines Axioms ist.

Sie können die Axiome entweder auf den gesamten Ausdruck oder auf einen Teilausdruck anwenden. Wenn wir zum Beispiel haben, können wir Axiom 4 nur auf den Term , den Term oder den gesamten Ausdruck als Ganzes anwenden . Die Variablen können auch für beliebig komplexe Ausdrücke stehen, zum Beispiel können wir Axiom 4 auf anwenden , um . In jedem Schritt des Beweises können Sie nur ein Axiom auf einen Ausdruck anwenden . Alle Axiome sind bidirektional, dh die Substitution kann in beide Richtungen erfolgen. Dinge wie die folgenden sind nicht erlaubt(a+c)+(b+c)(b+c)(a+c)((a×c)+b)+((a)+1)((a)+1)+((a×c)+b)

(a + b) + (c + d) = (a + (b + c)) + d Ax. 1

Dies sollte in zwei Schritten erfolgen:

(a + b) + (c + d) = ((a + b) + c) + d Ax. 1
                  = (a + (b + c)) + d Ax. 1

Tatsachen, die Sie normalerweise für selbstverständlich halten, die aber nicht in der Liste der Axiome aufgeführt sind, können nicht angenommen werden , z. B. ist wahr, erfordert jedoch mehrere Schritte, um eine Vorformulierung durchzuführen.(a)=(1)×a

Der Benutzer Anthony hat freundlicherweise einen Online-Proof-Validator bereitgestellt , der als Ersatz für TIO verwendet werden kann.

Beispielbeweis

Hier ist ein Beispiel für den Beweis, dass wobei die verwendeten Axiome rechts von jedem Schritt angegeben sind.(a)=a

 -(-a) = (-(-a)) + 0          Ax. 2
       = 0 + (-(-a))          Ax. 4
       = (a + (-a)) + (-(-a)) Ax. 3
       = a + ((-a) + (-(-a))) Ax. 1
       = a + 0                Ax. 3
       = a                    Ax. 2

Probieren Sie es online!

Sie müssen durch sukzessive Substitution beweisen, wie oben gezeigt.(a)×(a)=a×a

Wertung

Dies ist daher werden Ihre Antworten in mehreren Schritten bewertet, um von zu , wobei eine niedrigere Punktzahl besser ist.(a)×(a)a×a

Lemmas

Einige Antworten haben Lemmas in ihren Beweisen verwendet, daher beschreibe ich, wie dies bewertet werden sollte, um Verwirrung zu vermeiden. Für die Uneingeweihten sind Lemmas Beweise für Tatsachen, die Sie später im Beweis verwenden. In der realen Mathematik können sie hilfreich sein, um Ihre Gedanken zu ordnen oder Informationen klar an den Leser zu übermitteln. Bei dieser Herausforderung sollte sich die Verwendung von Deckspelzen nicht direkt auf Ihre Punktzahl auswirken. (Obwohl die Organisation von Beweisen das Golfen möglicherweise einfacher oder schwerer macht)

Wenn Sie sich für die Verwendung von Lemmas entscheiden, kostet dies bei jeder Verwendung so viele Schritte, wie erforderlich sind, um dieses Lemma zu beweisen. Zum Beispiel ist hier die Punktezahl eines Beweises unter Verwendung von Deckspelzen.

Lemma:
a × 0 = 0

Proof (7 steps):
a × 0 = (a × 0) + 0                        Ax. 2 (1)
      = (a × 0) + ((a × b) + (-(a × b)))   Ax. 3 (1)
      = ((a × 0) + (a × b)) + (-(a × b))   Ax. 1 (1)
      = (a × (0 + b)) + (-(a × b))         Ax. 8 (1)
      = (a × (b + 0)) + (-(a × b))         Ax. 4 (1)
      = (a × b) + (-(a × b))               Ax. 2 (1)
      = 0                                  Ax. 3 (1)

Theorem:
(a × 0) + (b × 0) = 0

Proof (15 steps):
(a × 0) + (b × 0) = 0 + (b × 0)  Lemma (7)
                  = (b × 0) + 0  Ax. 4 (1)
                  = b × 0        Ax. 2 (1)
                  = 0            Lemma (7)

*: Es wurde darauf hingewiesen, dass dieses Axiom nicht unbedingt erforderlich ist, um diese Eigenschaft zu beweisen. Sie dürfen es jedoch weiterhin verwenden.

†: Da nicht in der gewünschten Gleichheit vorkommt, ist jeder Beweis, der diese Axiome verwendet, nicht minimal. Das heißt, diese Axiome können nicht helfen, die gewünschte Tatsache zu beweisen. Sie wurden nur der Vollständigkeit halber aufgenommen.1


8
Soll ein Programm, das wir schreiben, dieses Problem lösen oder nur die Antwort ausdrucken?
Tahg

8
@Tahg Du sollst es beweisen und deinen Beweis als Antwort einreichen. Dies unterscheidet sich von den meisten (wenn nicht allen) Problemen, die Sie hier sehen werden.
HyperNeutrino

8
Ich bin frustrierend nahe gekommen, als mir klar wurde, dass ein * 0 = 0 nicht in der Liste der Axiome enthalten ist.
Sparr

8
Ähm ... Ich könnte mich irren, aber ist das nicht unangebracht? Sollten Antworten keinen Code enthalten?
Totalhuman

35
@icrieverytim Wenn es hilft, stellen Sie sich die Axiom-Liste als Programmiersprache mit neun eingebauten Parameter-Substitutionsfunktionen vor. Dies ist ein Code-Golf für eine Funktion, die eine bestimmte Eingabe in eine bestimmte Ausgabe umwandelt.
Sparr

Antworten:


47

18 Schritte

(-a)*(-a) = ((-a)*(-a))+0                                             Axiom 2
          = ((-a)*(-a))+(((a*a)+(a*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a)))))        Axiom 3
          = (((-a)*(-a))+((a*a)+(a*(-a))))+(-((a*a)+(a*(-a))))        Axiom 1
          = (((a*a)+(a*(-a)))+((-a)*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a))))        Axiom 4
          = ((a*a)+((a*(-a))+((-a)*(-a))))+(-((a*a)+(a*(-a))))        Axiom 1
          = ((a*a)+((a+(-a))*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a))))               Axiom 9
          = ((a*a)+(0*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a))))                      Axiom 3
          = ((a*(a+0))+(0*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a))))                  Axiom 2
          = ((a*(a+(a+(-a))))+(0*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a))))           Axiom 3
          = (((a*a)+(a*(a+(-a))))+(0*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a))))       Axiom 8
          = ((a*a)+((a*(a+(-a)))+(0*(-a))))+(-((a*a)+(a*(-a))))       Axiom 1
          = (a*a)+(((a*(a+(-a)))+(0*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a)))))       Axiom 1
          = (a*a)+((((a*a)+(a*(-a)))+(0*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a)))))   Axiom 8
          = (a*a)+(((a*a)+((a*(-a))+(0*(-a))))+(-((a*a)+(a*(-a)))))   Axiom 1
          = (a*a)+(((a*a)+((a+0)*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a)))))          Axiom 9
          = (a*a)+(((a*a)+(a*(-a)))+(-((a*a)+(a*(-a)))))              Axiom 2
          = (a*a)+0                                                   Axiom 3
          = a*a                                                       Axiom 2

Ich habe ein Programm geschrieben, um meine Lösung zu überprüfen. Also, wenn Sie einen Fehler darin finden, dann ist mein Programm auch falsch.


@Etoplay Hast du aus Neugier dein Programm in Prolog geschrieben?
Jalil Compaoré

23
Es wäre toll, wenn Sie Ihr Programm aufnehmen könnten. Es könnte sicherlich dazu beitragen, andere Lösungen zu überprüfen.
Sriotchilism O'Zaic

2
Wie sind Sie von der ersten zur zweiten Zeile gekommen, indem Sie nur ein Axiom einmal angewendet haben?
SztupY

4
@SztupY Axiom 3 v + (-v) = 0lassen v = ((a*a)+(a*(-a))und Sie bekommen es in Schritt 1.
MT0


29

18 Schritte

Anders als die bereits veröffentlichte 18-Stufen-Lösung.

a*a = a*a + 0                                                 A2
    = a*a + ((a*(-a) + a*(-a)) + (-(a*(-a) + a*(-a))))        A3
    = (a*a + (a*(-a) + a*(-a))) + (-(a*(-a) + a*(-a)))        A1
    = (a*a + a*((-a) + (-a))) + (-(a*(-a) + a*(-a)))          A8
    = a*(a + ((-a) + (-a))) + (-(a*(-a) + a*(-a)))            A8
    = a*((a + (-a)) + (-a)) + (-(a*(-a) + a*(-a)))            A1
    = a*(0 + (-a)) + (-(a*(-a) + a*(-a)))                     A3
    = a*((-a) + 0) + (-(a*(-a) + a*(-a)))                     A4
    = a*(-a) + (-(a*(-a) + a*(-a)))                           A2
    = (a + 0)*(-a) + (-(a*(-a) + a*(-a)))                     A2
    = (a + (a + (-a)))*(-a) + (-(a*(-a) + a*(-a)))            A3
    = ((a + a) + (-a))*(-a) + (-(a*(-a) + a*(-a)))            A1
    = ((-a) + (a + a))*(-a) + (-(a*(-a) + a*(-a)))            A4
    = ((-a)*(-a) + (a + a)*(-a)) + (-(a*(-a) + a*(-a)))       A9
    = ((-a)*(-a) + (a*(-a) + a*(-a))) + (-(a*(-a) + a*(-a)))  A9
    = (-a)*(-a) + ((a*(-a) + a*(-a)) + (-(a*(-a) + a*(-a))))  A1
    = (-a)*(-a) + 0                                           A3
    = (-a)*(-a)                                               A2

Es ist interessant zu sehen, wie jemand es rückwärts macht. Alle Schritte sind reversibel, so dass dies ein guter Beweis ist.
Sriotchilism O'Zaic

Dass es auf den Kopf geht, ist meistens Zufall. Der Beweis ist eigentlich ziemlich symmetrisch: Ich benutze zwei ähnliche Abfolgen von Schritten, um von einem Ende zum Mittelteil zu gelangen a*(-a) + stuff.
Emil Jeřábek


28

29 26 Schritte

Keine Deckspelzen!

Kommentar, wenn Sie etwas falsch sehen. (Es ist sehr einfach, einen Fehler zu machen)

(-a) × (-a) = ((-a) + 0) × (-a)                                                  Ax. 2
            = ((-a) + (a + (-a))) × (-a)                                         Ax. 3
            = ((a + (-a)) + (-a)) × (-a)                                         Ax. 4
            = (a + ((-a) + (-a))) × (-a)                                         Ax. 1
            = (a × (-a)) + (((-a) + (-a)) × (-a))                                Ax. 9
            = (a × ((-a) + 0)) + (((-a) + (-a)) × (-a))                          Ax. 2
            = (a × ((-a) + (a + (-a)))) + (((-a) + (-a)) × (-a))                 Ax. 3
            = (a × ((a + (-a)) + (-a))) + (((-a) + (-a)) × (-a))                 Ax. 4
            = (a × (a + ((-a) + (-a)))) + (((-a) + (-a)) × (-a))                 Ax. 1
            = ((a × a) + (a × ((-a) + (-a)))) + (((-a) + (-a)) × (-a))           Ax. 8
            = (a × a) + ((a × ((-a) + (-a))) + (((-a) + (-a)) × (-a)))           Ax. 1
            = (a × a) + (((a × (-a)) + (a × (-a))) + (((-a) + (-a)) × (-a)))     Ax. 8
            = (a × a) + (((a + a) × (-a)) + (((-a) + (-a)) × (-a)))              Ax. 9
            = (a × a) + (((a + a) + ((-a) + (-a))) × (-a))                       Ax. 9
            = (a × a) + ((((a + a) + (-a)) + (-a)) × (-a))                       Ax. 1
            = (a × a) + (((a + (a + (-a))) + (-a)) × (-a))                       Ax. 1
            = (a × a) + (((a + 0) + (-a)) × (-a))                                Ax. 3
            = (a × a) + ((a + (-a)) × (-a))                                      Ax. 2
            = (a × a) + (0 × (-a))                                               Ax. 3
            = (a × a) + ((0 × (-a)) + 0)                                         Ax. 2
            = (a × a) + ((0 × (-a)) + ((0 × (-a)) + (-(0 × (-a)))))              Ax. 3
            = (a × a) + (((0 × (-a)) + (0 × (-a))) + (-(0 × (-a))))              Ax. 1
            = (a × a) + (((0 + 0) × (-a)) + (-(0 × (-a))))                       Ax. 9
            = (a × a) + ((0 × (-a)) + (-(0 × (-a))))                             Ax. 2
            = (a × a) + 0                                                        Ax. 3
            = (a × a)                                                            Ax. 2

Guthaben geht an Maltysen für 0 × (-a) = 0



14

18 Schritte

Nicht der erste 18-Stufen-Beweis, aber einfacher als die anderen.

(-a)*(-a)
= (-a)*(-a) + 0                             [Axiom 2]
= (-a)*(-a) + ((-a)*a + -((-a)*a))          [Axiom 3]
= ((-a)*(-a) + (-a)*a) + -((-a)*a)          [Axiom 1]
= ((-a)*(-a) + ((-a) + 0)*a) + -((-a)*a)    [Axiom 2]
= ((-a)*(-a) + ((-a)*a + 0*a)) + -((-a)*a)  [Axiom 9]
= (((-a)*(-a) + (-a)*a) + 0*a) + -((-a)*a)  [Axiom 1]
= ((-a)*((-a) + a) + 0*a) + -((-a)*a)       [Axiom 8]
= ((-a)*(a + (-a)) + 0*a) + -((-a)*a)       [Axiom 4]
= ((-a)*0 + 0*a) + -((-a)*a)                [Axiom 3]
= (0*a + (-a)*0) + -((-a)*a)                [Axiom 4]
= ((a + (-a))*a + (-a)*0) + -((-a)*a)       [Axiom 3]
= ((a*a + (-a)*a) + (-a)*0) + -((-a)*a)     [Axiom 9]
= (a*a + ((-a)*a + (-a)*0)) + -((-a)*a)     [Axiom 1]
= (a*a + (-a)*(a + 0)) + -((-a)*a)          [Axiom 8]
= (a*a + (-a)*a) + -((-a)*a)                [Axiom 2]
= a*a + ((-a)*a + -((-a)*a))                [Axiom 1]
= a*a + 0                                   [Axiom 3]
= a*a                                       [Axiom 2]

Bestätigen


9
A2: (-a) x (-a) = ((-a) + 0) x (-a)
A3:             = ((-a) + (a + (-a))) x (-a)
A9:             = ((-a) x (-a)) + ((a + (-a)) x (-a))
A4:             = ((-a) x (-a)) + (((-a) + a) x (-a))
A9:             = ((-a) x (-a)) + (((-a) x (-a)) + (a x (-a)))
A1:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + (a x (-a))
A2:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + (a x ((-a) + 0))
A3:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + (a x ((-a) + (a + (-a))))
A8:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + ((a x (-a)) + (a x (a + (-a))))
A8:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + ((a x (-a)) + ((a x a) + (a x (-a))))
A4:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + ((a x (-a)) + ((a x (-a)) + (a x a)))
A1:             = (((-a) x (-a)) + ((-a) x (-a))) + (((a x (-a)) + (a x (-a))) + (a x a))
A8:             = ((-a) x ((-a) + (-a))) + (((a x (-a)) + (a x (-a))) + (a x a))
A8:             = ((-a) x ((-a) + (-a))) + ((a x ((-a) + (-a))) + (a x a))
A1:             = (((-a) x ((-a) + (-a))) + (a x ((-a) + (-a)))) + (a x a)
A9:             = (((-a) + a) x ((-a) + (-a))) + (a x a)
A4:             = ((a + (-a)) x ((-a) + (-a))) + (a x a)
Lemma:          = (0 x ((-a) + (-a))) + (a x a)
A3:             = 0 + (a x a)
A4:             = (a x a) + 0
A2:             = (a x a)

Lemma: 0 = 0 x a

A3: 0 = (0 x a) + (-(0 x a))
A2:   = ((0 + 0) x a) + (-(0 x a))
A9:   = ((0 x a) + (0 x a)) + (-(0 x a))
A1:   = (0 x a) + ((0 x a) + (-(0 x a)))
A3:   = (0 x a) + 0
A2:   = (0 x a)

27 26 Schritte Vielen Dank, dass Sie Funky Computer Man eine doppelte Zeile bemerkt haben.


1
Willkommen auf der Seite! Ich bin nicht sicher, warum Sie ein Lemma erstellen, um es nur einmal zu verwenden, aber ich nehme an, dass es nicht gegen die Regeln verstößt.
Sriotchilism O'Zaic

@FunkyComputerMan Vielen Dank! Du hast recht; Ich bin mir nicht sicher, was ich gedacht habe, als ich das Lemma geschrieben habe ^^. Und danke für deine Bearbeitung und deine Bemerkung.
Jalil Compaoré

1
@ JalilCompaoré Ich denke, Sie können das letzte speichern, A3indem Sie sich zuerst A2auf das zweite (-a) und nicht auf das erste anwenden . Ich bin mir jedoch nicht sicher, da ich momentan keine Zeit habe, mich damit zu befassen.
H.PWiz

7

6 + 7 + 7 + 6 + 3 = 29 Schritte

Ich hoffe wirklich, dass ich nichts vermasselt habe, hinterlasse einen Kommentar, wenn du denkst, dass ich es getan habe.

Lemma 1. a*0=0 (6 steps)

0 = a*0 + -(a*0)  axiom 3
= a*(0+0) + -(a*0) axiom 2
= (a*0 + a*0) + -(a*0) axiom 8
= a*0 + (a*0 + -(a*0)) axiom 1
= a*0 + 0 axiom 3
= a*0 axiom 2

Lemma 2. a*(-b) = -(a*b) (7 steps)

a*(-b) = a*(-b) + 0 axiom 2
= a*(-b) + (a*b + -(a*b)) axiom 3
= (a*(-b) + a*b) + -(a*b) axiom 1
= a*(-b+b) + -(a*b) axiom 8
= a*0 + -(a*b) axiom 3
= 0 + -(a*b) lemma 1
= -(a*b) axiom 2

Lemma 3. (-a)*b = -(a*b) (7 steps)
    same as above

Lemma 4. -(-(a)) = a (6 steps)

 -(-a) = (-(-a)) + 0    axiom 2
 = 0 + (-(-a))          axiom 4
 = (a + (-a)) + (-(-a)) axiom 3
 = a + ((-a) + (-(-a))) axiom 1
 = a + 0                axiom 3
 = a                    axiom 2

Theorem. -a*-a=0 (3 steps)

-a*-a = -(a*(-a)) lemma 3
= -(-(a*a)) lemma 2
= a*a lemma 4

Q.E.D.

3
Ich glaube nicht, dass Sie
Lemmas

11
"Theorem. -A * -a = 0" sollte = a * a sein?
Sparr

2
@ H.PWiz Ich habe kein Problem damit, dass Leute Lemmas verwenden, aber sie kosten jedes Mal so viele Schritte, wie sie lang sind. Ich würde davon abraten, sie zu verwenden, da sie Optimierungen im Wege stehen können, aber für mich ist dieser Beitrag in Ordnung.
Sriotchilism O'Zaic

4
in einer einzigen Anwendung von Axiom 2 von "0 + - (a * b)" auf "- (a * b)" zu wechseln, ist nicht richtig. Sie müssen Axiom 4 verwenden, um die Seiten des + zuerst zu tauschen.
Sparr

2
So wie ich es lese, sind Lemma 2/3 6 Schritte plus eine Instanz von Lemma 1 für 12 Schritte, Lemma 4 ist 6 Schritte für insgesamt 30 Schritte. Vermisse ich hier etwas?
Tahg

6

23 Schritte

(-a) * (-a) = ((-a) * (-a)) + 0                                 ✔ axiom 2
            = ((-a) * (-a)) + (((-a) * a) + -((-a) * a))        ✔ axiom 3
            = (((-a) * (-a)) + (-a) * a) + -((-a) * a)          ✔ axiom 1
            = (-a) * (-a + a) + -((-a) * a)                     ✔ axiom 8
            = (-a) * (a + (-a)) + -((-a) * a)                   ✔ axiom 4
            = ((-a) * 0) + -((-a) * a)                          ✔ axiom 3
            = (((-a) * 0) + 0) + -((-a) * a)                    ✔ axiom 2
            = ((-a) * 0 + ((-a)*0 + -((-a)*0))) + -((-a) * a)   ✔ axiom 3
            = (((-a) * 0 + (-a)*0) + -((-a)*0)) + -((-a) * a)   ✔ axiom 1
            = ((-a) * (0 + 0) + -((-a)*0)) + -((-a) * a)        ✔ axiom 8
            = ((-a) * 0 + -((-a)*0)) + -((-a) * a)              ✔ axiom 2
            = 0 + -((-a) * a)                                   ✔ axiom 3
            = (0* a) + -(0*a) + -((-a) * a)                     ✔ axiom 3
            = ((0+0)* a) + -(0*a) + -((-a) * a)                 ✔ axiom 2
            = ((0 * a ) + (0*a) + -(0*a)) + -((-a) * a)         ✔ axiom 9
            = ((0 * a ) + ((0*a) + -(0*a))) + -((-a) * a)       ✔ axiom 1
            = ((0 * a ) + 0) + -((-a) * a)                      ✔ axiom 3
            = (0 * a ) + -((-a) * a)                            ✔ axiom 2
            = ((a + -a) * a ) + -((-a) * a)                     ✔ axiom 3
            = ((a * a) + (-a) * a) + -((-a) * a)                ✔ axiom 9
            = (a * a) + (((-a) * a) + -((-a) * a))              ✔ axiom 1
            = (a * a) + 0                                       ✔ axiom 3
            = a * a                                             ✔ axiom 2

Probieren Sie es online!

Ja, Sie haben das richtig gelesen, ich habe einen Proof-Checker für dieses Puzzle geschrieben (natürlich besteht die Möglichkeit, dass der Checker selbst falsch ist)


5

34 Schritte

Lemma 1: 0=0*a (8 steps)
    0
A3: a*0 + -(a*0)
A4: -(a*0) + a*0
A2: -(a*0) + a*(0+0)
A8: -(a*0) + (a*0 + a*0)
A1: (-(a*0) + a*0) + a*0
A3: 0 + a*0
A4: a*0 + 0
A2: a*0

Theorem: -a*-a = a*a (49 steps)

    -a * -a
A2: (-a+0) * -a
A2: (-a+0) * (-a+0)
A3: (-a+(a+-a)) * (-a+0)
A3: (-a+(a+-a)) * (-a+(a+-a))
A8: -a*(-a+(a+-a)) + (a+-a)*(-a+(a+-a))
A8: -a*(-a+(a+-a)) + -a*(-a+(a+-a)) + a*(-a+(a+-a))
A3: -a*(-a+0)      + -a*(-a+(a+-a)) + a*(-a+(a+-a))
A3: -a*(-a+0)      + -a*(-a+0)      + a*(-a+(a+-a))
A8: -a*(-a+0)      + -a*(-a+0)      + a*-a + a*(a+-a)
A8: -a*(-a+0)      + -a*(-a+0)      + a*-a + a*a + a*-a
A2: -a*-a          + -a*(-a+0)      + a*-a + a*a + a*-a
A2: -a*-a          + -a*-a          + a*-a + a*a + a*-a
A8: -a*-a          + (-a+a)*-a             + a*a + a*-a
A3: -a*-a          + 0*-a                  + a*a + a*-a
L1: -a*-a          + 0                     + a*a + a*-a
A2: -a*-a                                  + a*a + a*-a
A4: a*a + -a*-a + a*-a
A8: a*a + (-a+a)*-a
A3: a*a + 0*-a
L1: a*a + 0
A2: a*a

1
Nach einer Weile fällt mir ein Mangel an Parens auf. Da die Assoziierungskosten Schritte betragen, würde es meiner Meinung nach einfacher sein, Ihren Nachweis zu überprüfen, wenn Sie die Eltern mit einbeziehen.
Sriotchilism O'Zaic

Verbessere und aktualisiere mich immer noch. Ich werde versuchen, alle Parens einzuschließen, wenn ich fertig bin.
Sparr

5

25 Schritte

Hinweis: Aufgrund der Frage gehe ich davon aus, dass die Regeln der Logik (einschließlich der Gleichheit) impliziert sind und nicht für die Gesamtschrittzahl gelten. Das heißt, Dinge wie "wenn x = y, dann y = x" und "wenn ((P UND Q) UND R) dann (P UND (Q UND R))" können implizit verwendet werden.

Lemma Z [6 - Stufen] : 0*a = 0:

0 = (0*a) + (-(0*a))       | Ax. 3
  = ((0+0)*a) + (-(0*a))   | Ax. 2
  = (0*a + 0*a) + (-(0*a)) | Ax. 9
  = 0*a + (0*a + (-(0*a))) | Ax. 1
  = 0*a + (0)              | Ax. 3
  = 0*a                    | Ax. 2

Lemma M [12 Schritte] :(-a)*b = -(a*b)

(-a)*b = (-a)*b + 0                | Ax. 2
       = (-a)*b + (a*b + (-(a*b))) | Ax. 3
       = ((-a)*b + a*b) + (-(a*b)) | Ax. 5
       = ((-a)+a)*b + (-(a*b))     | Ax. 9
       = 0*b + (-(a*b))            | Ax. 3
       = 0 + (-(a*b))              | Lem. Z [6]
       = -(a*b)                    | Ax. 2

Satz [25 Schritte] :(-a)*(-a) = a*a

(-a)*(-a) = (-a)*(-a) + 0                | Ax. 2
          = 0 + (-a)*(-a)                | Ax. 4
          = (a*a + (-(a*a))) + (-a)*(-a) | Ax. 3
          = a*a + ((-(a*a)) + (-a)*(-a)) | Ax. 1
          = a*a + ((-a)*a + (-a)*(-a))   | Lem. M [12]
          = a*a + ((-a)*(a + (-a)))      | Ax. 8
          = a*a + ((-a)*0)               | Ax. 3
          = a*a + 0                      | Lem. Z [6]
          = a*a                          | Ax. 2

Ich habe das Gefühl, dass es hier Raum für Verbesserungen gibt. Zum Beispiel verwende ich die kommutative Eigenschaft der Addition, obwohl dies für unnötig gehalten wird, da (-a)*(-a) = a*adies in algebraischen Strukturen der Fall ist, in denen die Addition nicht kommutativ ist. Andererseits ist in diesen Strukturen die additive Identität kommutativ, und das ist alles, was ich für den Beweis brauchte. Ich weiß nicht. Im Allgemeinen scheint die Struktur des Beweises eher richtungslos zu sein; Ich habe das Problem nur so lange angepackt, bis es funktioniert hat. Ich wette, es gibt Optimierungsbedarf.

Das hat Spaß gemacht - vielen Dank für die interessante und kreative Frage OP! Ich habe solche Herausforderungen noch nie gesehen. hoffentlich wird zur Sache!


Ich sehe, wie der in Lemma Z verwendete Ansatz 0=(-a)*0in 6 Schritten einen äquivalenten Beweis liefern kann. Technisch hat es aber ein eigenes Lemma verdient, nicht wahr?
SmileAndNod

4

22 23 Schritte

Neue Antwort, da meine vorherige fehlerhaft war. Lassen Sie mich zunächst einige allgemeine Kommentare hinzufügen:

  • Das Problem erlaubt es nicht, Terme auf beiden Seiten einer Gleichung hinzuzufügen. Stattdessen können wir nur eine Anfangszeichenfolge ändern.
  • Die Multiplikation wird nicht als kommutativ angenommen.
  • Wir erhalten eine Einheit 1 , aber sie spielt im Puzzle keine Rolle, da sie ausschließlich an den Regeln beteiligt ist, die sie definieren.

Nun zum Beweis (beachte, dass ich n = (-a) definiere , um das Lesen zu vereinfachen):

(-a)×(-a) :=
n×n =
n×n + 0 =                                [Ax. 2]
n×n + [n×a + -(n×a)] =                   [Ax. 3]
[n×n + n×a] + -(n×a) =                   [Ax. 1]
[n×(n+a)] + -(n×a) =                     [Ax. 8]
[n×(n+a) + 0] + -(n×a) =                 [Ax. 2]
[n×(n+a) + (n×a + -(n×a))] + -(n×a) =    [Ax. 3]
[(n×(n+a) + n×a) + -(n×a)] + -(n×a) =    [Ax. 1]
[n×((n+a) + a) + -(n×a)] + -(n×a) =      [Ax. 8]
[n×((a+n) + a) + -(n×a)] + -(n×a) =      [Ax. 4]
[n×(0 + a) + -(n×a)] + -(n×a) =          [Ax. 3]
[n×(a + 0) + -(n×a)] + -(n×a) =          [Ax. 4]
[n×a + -(n×a)] + -(n×a) =                [Ax. 2]
[(n+0)×a + -(n×a)] + -(n×a) =            [Ax. 2]
[(0+n)×a + -(n×a)] + -(n×a) =            [Ax. 4]
[((a+n)+n)×a + -(n×a)] + -(n×a) =        [Ax. 3]
[((a+n)×a+n×a) + -(n×a)] + -(n×a) =      [Ax. 9]
[(a+n)×a+(n×a + -(n×a))] + -(n×a) =      [Ax. 1]
[(a+n)×a + 0] + -(n×a) =                 [Ax. 3]
[(a+n)×a] + -(n×a) =                     [Ax. 2]
[a×a+n×a] + -(n×a) =                     [Ax. 9]
a×a+[n×a + -(n×a)] =                     [Ax. 1]
a×a+0 =                                  [Ax. 3]
a×a                                      [Ax. 2]

@H.PWiz warum kannst du nicht in einem Schritt von nzu gehen 0 + n? Ist das nicht nur A2? Die Regeln sagen, dass die Variablen auch für beliebig komplexe Ausdrücke stehen können
jq170727

@ jq170727 Axiom 2 sagt nur das a + 0 = anicht das 0 + a = a. Sie benötigen einen zusätzlichen kommutativen Schritt, um von nnach zu gelangen 0 + n.
Sriotchilism O'Zaic

@H.PWiz kannst du das Axiom nicht umgekehrt lesen?
jq170727

1
@ jq170727 Nein, dafür muss Kommutativität verwendet werden.
Jalil Compaoré

4

304 Schritte

Community-Wiki, da dieser Beweis durch die FindEquationalProof- Funktion von Mathematica generiert wird.

Der Beweis ist ziemlich lang. Mathematica weiß nicht, wie man Golf spielt.

Dies ist der Code, der Mathematica den Beweis erzeugt (erfordert Mathematica 11.3), in denen p, t, nMittel +, ×, die -jeweils:

ringAxioms = {ForAll[{a, b, c}, p[a, p[b, c]] == p[p[a, b], c]],
   ForAll[a, p[a, 0] == a],
   ForAll[a, p[a, n[a]] == 0],
   ForAll[{a, b}, p[a, b] == p[b, a]],
   ForAll[{a, b, c}, t[a, t[b, c]] == t[t[a, b], c]],
   ForAll[a, t[a, 1] == a], ForAll[a, t[1, a] == a],
   ForAll[{a, b, c}, t[a, p[b, c]] == p[t[a, b], t[a, c]]],
   ForAll[{a, b, c}, t[p[b, c], a] == p[t[b, a], t[c, a]]]};

proof = FindEquationalProof[t[n[a], n[a]] == t[a, a], ringAxioms];

proof["ProofNotebook"]

Es ist nicht einfach, die Schritte direkt zu zählen, deshalb berechne ich sie anhand der Anzahl der Pfade von den Axiomen bis zur Schlussfolgerung im "Beweisgraphen".

graph = proof["ProofGraph"];
score = Sum[
  Length[FindPath[graph, axiom, "Conclusion 1", Infinity, 
    All]], {axiom, 
   Select[VertexList[graph], StringMatchQ["Axiom " ~~ __]]}]

Probieren Sie es online!

Dies ist der vom Code erzeugte Beweis:

Axiom 1

We are given that:

x1==p[x1, 0]

Axiom 2

We are given that:

x1==t[x1, 1]

Axiom 3

We are given that:

x1==t[1, x1]

Axiom 4

We are given that:

p[x1, x2]==p[x2, x1]

Axiom 5

We are given that:

p[x1, p[x2, x3]]==p[p[x1, x2], x3]

Axiom 6

We are given that:

p[x1, n[x1]]==0

Axiom 7

We are given that:

p[t[x1, x2], t[x3, x2]]==t[p[x1, x3], x2]

Axiom 8

We are given that:

p[t[x1, x2], t[x1, x3]]==t[x1, p[x2, x3]]

Axiom 9

We are given that:

t[x1, t[x2, x3]]==t[t[x1, x2], x3]

Hypothesis 1

We would like to show that:

t[n[a], n[a]]==t[a, a]

Critical Pair Lemma 1

The following expressions are equivalent:

p[0, x1]==x1

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, x2_]\[TwoWayRule]p[x2_, x1_]

contains a subpattern of the form:

p[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, 0]->x1

where these rules follow from Axiom 4 and Axiom 1 respectively.

Critical Pair Lemma 2

The following expressions are equivalent:

p[x1, p[n[x1], x2]]==p[0, x2]

Proof

Note that the input for the rule:

p[p[x1_, x2_], x3_]->p[x1, p[x2, x3]]

contains a subpattern of the form:

p[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, n[x1_]]->0

where these rules follow from Axiom 5 and Axiom 6 respectively.

Critical Pair Lemma 3

The following expressions are equivalent:

t[p[1, x1], x2]==p[x2, t[x1, x2]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[t[x1_, x2_], t[x3_, x2_]]->t[p[x1, x3], x2]

contains a subpattern of the form:

t[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

t[1, x1_]->x1

where these rules follow from Axiom 7 and Axiom 3 respectively.

Critical Pair Lemma 4

The following expressions are equivalent:

t[x1, p[1, x2]]==p[x1, t[x1, x2]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[t[x1_, x2_], t[x1_, x3_]]->t[x1, p[x2, x3]]

contains a subpattern of the form:

t[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

t[x1_, 1]->x1

where these rules follow from Axiom 8 and Axiom 2 respectively.

Critical Pair Lemma 5

The following expressions are equivalent:

t[p[1, x1], 0]==t[x1, 0]

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, t[x2_, x1_]]->t[p[1, x2], x1]

contains a subpattern of the form:

p[x1_, t[x2_, x1_]]

which can be unified with the input for the rule:

p[0, x1_]->x1

where these rules follow from Critical Pair Lemma 3 and Critical Pair Lemma 1 respectively.

Critical Pair Lemma 6

The following expressions are equivalent:

t[0, 0]==t[1, 0]

Proof

Note that the input for the rule:

t[p[1, x1_], 0]->t[x1, 0]

contains a subpattern of the form:

p[1, x1_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, 0]->x1

where these rules follow from Critical Pair Lemma 5 and Axiom 1 respectively.

Substitution Lemma 1

It can be shown that:

t[0, 0]==0

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 6, and apply the substitution:

t[1, x1_]->x1

which follows from Axiom 3.

Critical Pair Lemma 7

The following expressions are equivalent:

t[x1, 0]==t[p[x1, 1], 0]

Proof

Note that the input for the rule:

t[p[1, x1_], 0]->t[x1, 0]

contains a subpattern of the form:

p[1, x1_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, x2_]\[TwoWayRule]p[x2_, x1_]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 5 and Axiom 4 respectively.

Critical Pair Lemma 8

The following expressions are equivalent:

t[0, p[1, x1]]==t[0, x1]

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, t[x1_, x2_]]->t[x1, p[1, x2]]

contains a subpattern of the form:

p[x1_, t[x1_, x2_]]

which can be unified with the input for the rule:

p[0, x1_]->x1

where these rules follow from Critical Pair Lemma 4 and Critical Pair Lemma 1 respectively.

Critical Pair Lemma 9

The following expressions are equivalent:

t[p[x1, 1], p[1, 0]]==p[p[x1, 1], t[x1, 0]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, t[x1_, x2_]]->t[x1, p[1, x2]]

contains a subpattern of the form:

t[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

t[p[x1_, 1], 0]->t[x1, 0]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 4 and Critical Pair Lemma 7 respectively.

Substitution Lemma 2

It can be shown that:

t[p[x1, 1], 1]==p[p[x1, 1], t[x1, 0]]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 9, and apply the substitution:

p[x1_, 0]->x1

which follows from Axiom 1.

Substitution Lemma 3

It can be shown that:

p[x1, 1]==p[p[x1, 1], t[x1, 0]]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 2, and apply the substitution:

t[x1_, 1]->x1

which follows from Axiom 2.

Substitution Lemma 4

It can be shown that:

p[x1, 1]==p[x1, p[1, t[x1, 0]]]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 3, and apply the substitution:

p[p[x1_, x2_], x3_]->p[x1, p[x2, x3]]

which follows from Axiom 5.

Critical Pair Lemma 10

The following expressions are equivalent:

t[0, x1]==t[0, p[x1, 1]]

Proof

Note that the input for the rule:

t[0, p[1, x1_]]->t[0, x1]

contains a subpattern of the form:

p[1, x1_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, x2_]\[TwoWayRule]p[x2_, x1_]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 8 and Axiom 4 respectively.

Critical Pair Lemma 11

The following expressions are equivalent:

t[p[1, 0], p[x1, 1]]==p[p[x1, 1], t[0, x1]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, t[x2_, x1_]]->t[p[1, x2], x1]

contains a subpattern of the form:

t[x2_, x1_]

which can be unified with the input for the rule:

t[0, p[x1_, 1]]->t[0, x1]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 3 and Critical Pair Lemma 10 respectively.

Substitution Lemma 5

It can be shown that:

t[1, p[x1, 1]]==p[p[x1, 1], t[0, x1]]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 11, and apply the substitution:

p[x1_, 0]->x1

which follows from Axiom 1.

Substitution Lemma 6

It can be shown that:

p[x1, 1]==p[p[x1, 1], t[0, x1]]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 5, and apply the substitution:

t[1, x1_]->x1

which follows from Axiom 3.

Substitution Lemma 7

It can be shown that:

p[x1, 1]==p[x1, p[1, t[0, x1]]]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 6, and apply the substitution:

p[p[x1_, x2_], x3_]->p[x1, p[x2, x3]]

which follows from Axiom 5.

Substitution Lemma 8

It can be shown that:

p[x1, p[n[x1], x2]]==x2

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 2, and apply the substitution:

p[0, x1_]->x1

which follows from Critical Pair Lemma 1.

Critical Pair Lemma 12

The following expressions are equivalent:

n[n[x1]]==p[x1, 0]

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, p[n[x1_], x2_]]->x2

contains a subpattern of the form:

p[n[x1_], x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, n[x1_]]->0

where these rules follow from Substitution Lemma 8 and Axiom 6 respectively.

Substitution Lemma 9

It can be shown that:

n[n[x1]]==x1

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 12, and apply the substitution:

p[x1_, 0]->x1

which follows from Axiom 1.

Critical Pair Lemma 13

The following expressions are equivalent:

x1==p[n[x2], p[x2, x1]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[x1_, p[n[x1_], x2_]]->x2

contains a subpattern of the form:

n[x1_]

which can be unified with the input for the rule:

n[n[x1_]]->x1

where these rules follow from Substitution Lemma 8 and Substitution Lemma 9 respectively.

Critical Pair Lemma 14

The following expressions are equivalent:

t[x1, x2]==p[n[x2], t[p[1, x1], x2]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[n[x1_], p[x1_, x2_]]->x2

contains a subpattern of the form:

p[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, t[x2_, x1_]]->t[p[1, x2], x1]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 13 and Critical Pair Lemma 3 respectively.

Critical Pair Lemma 15

The following expressions are equivalent:

t[x1, x2]==p[n[x1], t[x1, p[1, x2]]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[n[x1_], p[x1_, x2_]]->x2

contains a subpattern of the form:

p[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, t[x1_, x2_]]->t[x1, p[1, x2]]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 13 and Critical Pair Lemma 4 respectively.

Critical Pair Lemma 16

The following expressions are equivalent:

p[1, t[x1, 0]]==p[n[x1], p[x1, 1]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[n[x1_], p[x1_, x2_]]->x2

contains a subpattern of the form:

p[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, p[1, t[x1_, 0]]]->p[x1, 1]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 13 and Substitution Lemma 4 respectively.

Substitution Lemma 10

It can be shown that:

p[1, t[x1, 0]]==1

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 16, and apply the substitution:

p[n[x1_], p[x1_, x2_]]->x2

which follows from Critical Pair Lemma 13.

Critical Pair Lemma 17

The following expressions are equivalent:

t[t[x1, 0], 0]==t[1, 0]

Proof

Note that the input for the rule:

t[p[1, x1_], 0]->t[x1, 0]

contains a subpattern of the form:

p[1, x1_]

which can be unified with the input for the rule:

p[1, t[x1_, 0]]->1

where these rules follow from Critical Pair Lemma 5 and Substitution Lemma 10 respectively.

Substitution Lemma 11

It can be shown that:

t[x1, t[0, 0]]==t[1, 0]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 17, and apply the substitution:

t[t[x1_, x2_], x3_]->t[x1, t[x2, x3]]

which follows from Axiom 9.

Substitution Lemma 12

It can be shown that:

t[x1, 0]==t[1, 0]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 11, and apply the substitution:

t[0, 0]->0

which follows from Substitution Lemma 1.

Substitution Lemma 13

It can be shown that:

t[x1, 0]==0

Proof

We start by taking Substitution Lemma 12, and apply the substitution:

t[1, x1_]->x1

which follows from Axiom 3.

Critical Pair Lemma 18

The following expressions are equivalent:

t[x1, t[0, x2]]==t[0, x2]

Proof

Note that the input for the rule:

t[t[x1_, x2_], x3_]->t[x1, t[x2, x3]]

contains a subpattern of the form:

t[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

t[x1_, 0]->0

where these rules follow from Axiom 9 and Substitution Lemma 13 respectively.

Critical Pair Lemma 19

The following expressions are equivalent:

p[1, t[0, x1]]==p[n[x1], p[x1, 1]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[n[x1_], p[x1_, x2_]]->x2

contains a subpattern of the form:

p[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, p[1, t[0, x1_]]]->p[x1, 1]

where these rules follow from Critical Pair Lemma 13 and Substitution Lemma 7 respectively.

Substitution Lemma 14

It can be shown that:

p[1, t[0, x1]]==1

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 19, and apply the substitution:

p[n[x1_], p[x1_, x2_]]->x2

which follows from Critical Pair Lemma 13.

Critical Pair Lemma 20

The following expressions are equivalent:

t[0, t[0, x1]]==t[0, 1]

Proof

Note that the input for the rule:

t[0, p[1, x1_]]->t[0, x1]

contains a subpattern of the form:

p[1, x1_]

which can be unified with the input for the rule:

p[1, t[0, x1_]]->1

where these rules follow from Critical Pair Lemma 8 and Substitution Lemma 14 respectively.

Substitution Lemma 15

It can be shown that:

t[0, x1]==t[0, 1]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 20, and apply the substitution:

t[x1_, t[0, x2_]]->t[0, x2]

which follows from Critical Pair Lemma 18.

Substitution Lemma 16

It can be shown that:

t[0, x1]==0

Proof

We start by taking Substitution Lemma 15, and apply the substitution:

t[x1_, 1]->x1

which follows from Axiom 2.

Critical Pair Lemma 21

The following expressions are equivalent:

t[n[1], x1]==p[n[x1], t[0, x1]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[n[x1_], t[p[1, x2_], x1_]]->t[x2, x1]

contains a subpattern of the form:

p[1, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, n[x1_]]->0

where these rules follow from Critical Pair Lemma 14 and Axiom 6 respectively.

Substitution Lemma 17

It can be shown that:

t[n[1], x1]==p[n[x1], 0]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 21, and apply the substitution:

t[0, x1_]->0

which follows from Substitution Lemma 16.

Substitution Lemma 18

It can be shown that:

t[n[1], x1]==n[x1]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 17, and apply the substitution:

p[x1_, 0]->x1

which follows from Axiom 1.

Critical Pair Lemma 22

The following expressions are equivalent:

t[n[1], t[x1, x2]]==t[n[x1], x2]

Proof

Note that the input for the rule:

t[t[x1_, x2_], x3_]->t[x1, t[x2, x3]]

contains a subpattern of the form:

t[x1_, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

t[n[1], x1_]->n[x1]

where these rules follow from Axiom 9 and Substitution Lemma 18 respectively.

Substitution Lemma 19

It can be shown that:

n[t[x1, x2]]==t[n[x1], x2]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 22, and apply the substitution:

t[n[1], x1_]->n[x1]

which follows from Substitution Lemma 18.

Critical Pair Lemma 23

The following expressions are equivalent:

t[x1, n[1]]==p[n[x1], t[x1, 0]]

Proof

Note that the input for the rule:

p[n[x1_], t[x1_, p[1, x2_]]]->t[x1, x2]

contains a subpattern of the form:

p[1, x2_]

which can be unified with the input for the rule:

p[x1_, n[x1_]]->0

where these rules follow from Critical Pair Lemma 15 and Axiom 6 respectively.

Substitution Lemma 20

It can be shown that:

t[x1, n[1]]==p[n[x1], 0]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 23, and apply the substitution:

t[x1_, 0]->0

which follows from Substitution Lemma 13.

Substitution Lemma 21

It can be shown that:

t[x1, n[1]]==n[x1]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 20, and apply the substitution:

p[x1_, 0]->x1

which follows from Axiom 1.

Critical Pair Lemma 24

The following expressions are equivalent:

n[t[x1, x2]]==t[x1, t[x2, n[1]]]

Proof

Note that the input for the rule:

t[x1_, n[1]]->n[x1]

contains a subpattern of the form:

t[x1_, n[1]]

which can be unified with the input for the rule:

t[t[x1_, x2_], x3_]->t[x1, t[x2, x3]]

where these rules follow from Substitution Lemma 21 and Axiom 9 respectively.

Substitution Lemma 22

It can be shown that:

t[n[x1], x2]==t[x1, t[x2, n[1]]]

Proof

We start by taking Critical Pair Lemma 24, and apply the substitution:

n[t[x1_, x2_]]->t[n[x1], x2]

which follows from Substitution Lemma 19.

Substitution Lemma 23

It can be shown that:

t[n[x1], x2]==t[x1, n[x2]]

Proof

We start by taking Substitution Lemma 22, and apply the substitution:

t[x1_, n[1]]->n[x1]

which follows from Substitution Lemma 21.

Substitution Lemma 24

It can be shown that:

t[a, n[n[a]]]==t[a, a]

Proof

We start by taking Hypothesis 1, and apply the substitution:

t[n[x1_], x2_]->t[x1, n[x2]]

which follows from Substitution Lemma 23.

Conclusion 1

We obtain the conclusion:

True

Proof

Take Substitution Lemma 24, and apply the substitution:

n[n[x1_]]->x1

which follows from Substitution Lemma 9.
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