Kurs:Einführung in die mathematische Logik (Osnabrück 2011-2012)/Arbeitsblatt 5

Aufgabe

Axiomatisiere den Körperbegriff in einer geeigneten Sprache erster Stufe.

Eine Menge ${}K$ heißt ein Körper, wenn es zwei Verknüpfungen (genannt Addition und Multiplikation)

$+:K\times K\longrightarrow K{\text{ und }}\cdot :K\times K\longrightarrow K$

und zwei verschiedene Elemente ${}0,1\in K$ gibt, die die folgenden Eigenschaften erfüllen.

1. Axiome der Addition
   1. Assoziativgesetz: Für alle ${}a,b,c\in K$ gilt: ${}(a+b)+c=a+(b+c)$.
   2. Kommutativgesetz: Für alle ${}a,b\in K$ gilt ${}a+b=b+a$.
   3. ${}0$ ist das neutrale Element der Addition, d.h. für alle ${}a\in K$ ist ${}a+0=a$.
   4. Existenz des Negativen: Zu jedem ${}a\in K$ gibt es ein Element ${}b\in K$ mit ${}a+b=0$.
2. Axiome der Multiplikation
   1. Assoziativgesetz: Für alle ${}a,b,c\in K$ gilt: ${}(a\cdot b)\cdot c=a\cdot (b\cdot c)$.
   2. Kommutativgesetz: Für alle ${}a,b\in K$ gilt ${}a\cdot b=b\cdot a$.
   3. ${}1$ ist das neutrale Element der Multiplikation, d.h. für alle ${}a\in K$ ist ${}a\cdot 1=a$.
   4. Existenz des Inversen: Zu jedem ${}a\in K$ mit ${}a\neq 0$ gibt es ein Element ${}c\in K$ mit ${}a\cdot c=1$.
3. Distributivgesetz: Für alle ${}a,b,c\in K$ gilt ${}a\cdot (b+c)=(a\cdot b)+(a\cdot c)$.

Aufgabe

Axiomatisiere den Begriff eines angeordneten Körpers in einer geeigneten Sprache erster Stufe.

Ein Körper ${}K$ heißt angeordnet, wenn es eine totale Ordnung ${}\geq$ auf ${}K$ gibt, die die beiden Eigenschaften

1. Aus ${}a\geq b$ folgt ${}a+c\geq b+c$ (für beliebige ${}a,b,c\in K$),
2. Aus ${}a\geq 0$ und ${}b\geq 0$ folgt ${}ab\geq 0$ (für beliebige ${}a,b\in K$),

erfüllt.

Aufgabe

Zeige, dass die folgenden prädikatenlogischen Ausdrücke allgemeingültig sind.

1. $\forall x\forall y\forall z((x=y\wedge y=z)\rightarrow x=z).$

2. $(\forall x\alpha )\rightarrow \alpha$

   (wobei ${}\alpha$ ein Ausdruck ist).

3. $\alpha _{1}\wedge \alpha _{2}\wedge \alpha _{3}\rightarrow \beta ,$

   wobei ${}\alpha _{1},\alpha _{2},\alpha _{3}$ die Gruppenaxiome sind und

   $\beta :=\forall z(\forall x(zx=x\wedge xz=x)\rightarrow z=e)$

   ist.

Aufgabe

Es sei ${}\Gamma$ eine Ausdrucksmenge und ${}\alpha$ ein Ausdruck in einer Sprache erster Stufe. Zeige, dass ${}\Gamma \vDash \alpha$ genau dann gilt, wenn ${}\Gamma \cup \{\neg \alpha \}$ nicht erfüllbar ist.

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