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2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

Completeness Theorems for First-Order Logic Analysed in Constructive Type Theory

verfasst von : Yannick Forster, Dominik Kirst, Dominik Wehr

Erschienen in: Logical Foundations of Computer Science

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

We study various formulations of the completeness of first-order logic phrased in constructive type theory and mechanised in the Coq proof assistant. Specifically, we examine the completeness of variants of classical and intuitionistic natural deduction and sequent calculi with respect to model-theoretic, algebraic, and game semantics. As completeness with respect to standard model-theoretic semantics is not readily constructive, we analyse the assumptions necessary for particular syntax fragments and discuss non-standard semantics admitting assumption-free completeness. We contribute a reusable Coq library for first-order logic containing all results covered in this paper.

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Fußnoten
1
Accepted in Russian constructivism while in conflict with Brouwer’s intuitionism.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bauer, A.: First steps in synthetic computability theory. Electron. Notes Theor. Comput. Sci. 155, 5–31 (2006). Proceedings of the 21st Annual Conference on Mathematical Foundations of Programming Semantics (MFPS XXI)CrossRef Bauer, A.: First steps in synthetic computability theory. Electron. Notes Theor. Comput. Sci. 155, 5–31 (2006). Proceedings of the 21st Annual Conference on Mathematical Foundations of Programming Semantics (MFPS XXI)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Berardi, S.: Intuitionistic completeness for first order classical logic. J. Symbolic Logic 64(1), 304–312 (1999)MathSciNetCrossRef Berardi, S.: Intuitionistic completeness for first order classical logic. J. Symbolic Logic 64(1), 304–312 (1999)MathSciNetCrossRef
3.
Zurück zum Zitat Berger, U., Schwichtenberg, H.: An inverse of the evaluation functional for typed lambda-calculus. In: 1991 Proceedings Sixth Annual IEEE Symposium on Logic in Computer Science, pp. 203–211. IEEE (1991) Berger, U., Schwichtenberg, H.: An inverse of the evaluation functional for typed lambda-calculus. In: 1991 Proceedings Sixth Annual IEEE Symposium on Logic in Computer Science, pp. 203–211. IEEE (1991)
5.
Zurück zum Zitat Braselmann, P., Koepke, P.: Gödel’s completeness theorem. Formalized Math. 13(1), 49–53 (2005) Braselmann, P., Koepke, P.: Gödel’s completeness theorem. Formalized Math. 13(1), 49–53 (2005)
6.
Zurück zum Zitat Constable, R., Bickford, M.: Intuitionistic completeness of first-order logic. Ann. Pure Appl. Logic 165(1), 164–198 (2014)MathSciNetCrossRef Constable, R., Bickford, M.: Intuitionistic completeness of first-order logic. Ann. Pure Appl. Logic 165(1), 164–198 (2014)MathSciNetCrossRef
7.
Zurück zum Zitat Coquand, T., Mannaa, B.: The independence of Markov’s principle in type theory. Logical Methods Comput. Sci. 13(3), 18605974 (2017). arXiv: 1602.04530 Coquand, T., Mannaa, B.: The independence of Markov’s principle in type theory. Logical Methods Comput. Sci. 13(3), 18605974 (2017). arXiv:​ 1602.​04530
8.
Zurück zum Zitat de Bruijn, N.G.: Lambda calculus notation with nameless dummies, a tool for automatic formula manipulation, with application to the Church-Rosser theorem. Indagationes Mathematicae (Proceedings) 75(5), 381–392 (1972)MathSciNetCrossRef de Bruijn, N.G.: Lambda calculus notation with nameless dummies, a tool for automatic formula manipulation, with application to the Church-Rosser theorem. Indagationes Mathematicae (Proceedings) 75(5), 381–392 (1972)MathSciNetCrossRef
9.
Zurück zum Zitat Delaware, B., d S Oliveira, B.C., Schrijvers, T.: Meta-theory à la carte. In: ACM SIGPLAN Notices, vol. 48, pp. 207–218. ACM (2013) Delaware, B., d S Oliveira, B.C., Schrijvers, T.: Meta-theory à la carte. In: ACM SIGPLAN Notices, vol. 48, pp. 207–218. ACM (2013)
11.
Zurück zum Zitat Felscher, W.: Dialogues, strategies, and intuitionistic provability. Ann. Pure Appl. Logic 28(3), 217–254 (1985)MathSciNetCrossRef Felscher, W.: Dialogues, strategies, and intuitionistic provability. Ann. Pure Appl. Logic 28(3), 217–254 (1985)MathSciNetCrossRef
14.
Zurück zum Zitat Forster, Y., Kirst, D., Smolka, G.: On synthetic undecidability in Coq, with an application to the Entscheidungsproblem. In: International Conference on Certified Programs and Proofs, pp. 38–51. ACM (2019) Forster, Y., Kirst, D., Smolka, G.: On synthetic undecidability in Coq, with an application to the Entscheidungsproblem. In: International Conference on Certified Programs and Proofs, pp. 38–51. ACM (2019)
15.
Zurück zum Zitat Forster, Y., Kunze, F.: Verified extraction from Coq to a Lambda-Calculus. In: Coq Workshop, vol. 2016 (2016) Forster, Y., Kunze, F.: Verified extraction from Coq to a Lambda-Calculus. In: Coq Workshop, vol. 2016 (2016)
16.
Zurück zum Zitat Forster, Y., Kunze, F.: A certifying extraction with time bounds from Coq to call-by-value Lambda Calculus. In: Harrison, J., O’Leary, J., Tolmach, A. (eds.) 10th International Conference on Interactive Theorem Proving, volume 141 of Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), Dagstuhl, Germany, pp. 17:1–17:19. Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik (2019) Forster, Y., Kunze, F.: A certifying extraction with time bounds from Coq to call-by-value Lambda Calculus. In: Harrison, J., O’Leary, J., Tolmach, A. (eds.) 10th International Conference on Interactive Theorem Proving, volume 141 of Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), Dagstuhl, Germany, pp. 17:1–17:19. Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik (2019)
18.
Zurück zum Zitat Gödel, K.: Die Vollständigkeit der Axiome des logischen Funktionenkalküls. Monatshefte für Mathematik und Physik 37, 349–360 (1930)MathSciNetCrossRef Gödel, K.: Die Vollständigkeit der Axiome des logischen Funktionenkalküls. Monatshefte für Mathematik und Physik 37, 349–360 (1930)MathSciNetCrossRef
20.
Zurück zum Zitat Hasenjaeger, G.: Eine Bemerkung zu Henkin’s Beweis für die Vollständigkeit des Prädikatenkalküls der Ersten Stufe. J. Symbolic Logic 18(1), 42–48 (1953)MathSciNetCrossRef Hasenjaeger, G.: Eine Bemerkung zu Henkin’s Beweis für die Vollständigkeit des Prädikatenkalküls der Ersten Stufe. J. Symbolic Logic 18(1), 42–48 (1953)MathSciNetCrossRef
21.
Zurück zum Zitat Henkin, L.: The completeness of the first-order functional calculus. J. Symbolic Logic 14(3), 159–166 (1949)MathSciNetCrossRef Henkin, L.: The completeness of the first-order functional calculus. J. Symbolic Logic 14(3), 159–166 (1949)MathSciNetCrossRef
22.
Zurück zum Zitat Herbelin, H., Ilik, D.: An analysis of the constructive content of Henkin’s proof of Gödel’s completeness theorem. Draft (2016) Herbelin, H., Ilik, D.: An analysis of the constructive content of Henkin’s proof of Gödel’s completeness theorem. Draft (2016)
24.
Zurück zum Zitat Ilik, D.: Constructive completeness proofs and delimited control. Ph.D. thesis, Ecole Polytechnique X (2010) Ilik, D.: Constructive completeness proofs and delimited control. Ph.D. thesis, Ecole Polytechnique X (2010)
25.
Zurück zum Zitat Ishihara, H.: Reverse mathematics in Bishop’s constructive mathematics. Philosophia Scientae 6, 43–59 (2006)CrossRef Ishihara, H.: Reverse mathematics in Bishop’s constructive mathematics. Philosophia Scientae 6, 43–59 (2006)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Keuchel, S., Schrijvers, T.: Generic datatypes à la carte. In: ACM SIGPLAN Workshop on Generic Programming, pp. 13–24. ACM (2013) Keuchel, S., Schrijvers, T.: Generic datatypes à la carte. In: ACM SIGPLAN Workshop on Generic Programming, pp. 13–24. ACM (2013)
27.
Zurück zum Zitat Kirst, D., Smolka, G.: Categoricity results and large model constructions for second-order ZF in dependent type theory. J. Autom. Reasoning 63, 415–438 (2018)MathSciNetCrossRef Kirst, D., Smolka, G.: Categoricity results and large model constructions for second-order ZF in dependent type theory. J. Autom. Reasoning 63, 415–438 (2018)MathSciNetCrossRef
28.
Zurück zum Zitat Kreisel, G.: On weak completeness of intuitionistic predicate logic. J. Symbolic Logic 27(2), 139–158 (1962)MathSciNetCrossRef Kreisel, G.: On weak completeness of intuitionistic predicate logic. J. Symbolic Logic 27(2), 139–158 (1962)MathSciNetCrossRef
29.
Zurück zum Zitat Kreisel, G., Troelstra, A.S.: Formal systems for some branches of intuitionistic analysis. Ann. Math. Logic 1(3), 229–387 (1970)MathSciNetCrossRef Kreisel, G., Troelstra, A.S.: Formal systems for some branches of intuitionistic analysis. Ann. Math. Logic 1(3), 229–387 (1970)MathSciNetCrossRef
30.
Zurück zum Zitat Krivine, J.-L.: Une preuve formelle et intuitionniste du théorème de complétude de la logique classique. Bull. Symbolic Logic 2(4), 405–421 (1996)MathSciNetCrossRef Krivine, J.-L.: Une preuve formelle et intuitionniste du théorème de complétude de la logique classique. Bull. Symbolic Logic 2(4), 405–421 (1996)MathSciNetCrossRef
31.
Zurück zum Zitat Krivtsov, V.N.: An intuitionistic completeness theorem for classical predicate logic. Studia Logica 96(1), 109–115 (2010)MathSciNetCrossRef Krivtsov, V.N.: An intuitionistic completeness theorem for classical predicate logic. Studia Logica 96(1), 109–115 (2010)MathSciNetCrossRef
32.
Zurück zum Zitat Krivtsov, V.N.: Semantical completeness of first-order predicate logic and the weak fan theorem. Studia Logica 103(3), 623–638 (2015)MathSciNetCrossRef Krivtsov, V.N.: Semantical completeness of first-order predicate logic and the weak fan theorem. Studia Logica 103(3), 623–638 (2015)MathSciNetCrossRef
33.
Zurück zum Zitat Leivant, D.: Failure of completeness properties of intuitionistic predicate logic for constructive models. Annales scientifiques de l’Université de Clermont. Mathématiques 60(13), 93–107 (1976) Leivant, D.: Failure of completeness properties of intuitionistic predicate logic for constructive models. Annales scientifiques de l’Université de Clermont. Mathématiques 60(13), 93–107 (1976)
34.
Zurück zum Zitat Lorenzen, P.: Logik und Agon. Atti del XII Congresso Internazionale di Filosofia 4, 187–194 (1960) Lorenzen, P.: Logik und Agon. Atti del XII Congresso Internazionale di Filosofia 4, 187–194 (1960)
35.
Zurück zum Zitat Lorenzen, P.: Ein dialogisches Konstruktivitätskriterium. In: Proceedings of the Symposium on Foundations of Mathematics (Warsaw, 2–9 September 1959), pp. 193–200 (1961) Lorenzen, P.: Ein dialogisches Konstruktivitätskriterium. In: Proceedings of the Symposium on Foundations of Mathematics (Warsaw, 2–9 September 1959), pp. 193–200 (1961)
37.
Zurück zum Zitat Mannaa, B., Coquand, T.: The independence of Markov’s principle in type theory. Logical Methods Comput. Sci. 13(3:10), 1–28 (2017) Mannaa, B., Coquand, T.: The independence of Markov’s principle in type theory. Logical Methods Comput. Sci. 13(3:10), 1–28 (2017)
39.
Zurück zum Zitat McCarty, C.: Completeness and incompleteness for intuitionistic logic. J. Symbolic Logic 73(4), 1315–1327 (2008)MathSciNetCrossRef McCarty, C.: Completeness and incompleteness for intuitionistic logic. J. Symbolic Logic 73(4), 1315–1327 (2008)MathSciNetCrossRef
40.
Zurück zum Zitat McCarty, D.C., et al.: Incompleteness in intuitionistic metamathematics. Notre Dame J. Formal Logic 32(3), 323–358 (1991)MathSciNetCrossRef McCarty, D.C., et al.: Incompleteness in intuitionistic metamathematics. Notre Dame J. Formal Logic 32(3), 323–358 (1991)MathSciNetCrossRef
42.
Zurück zum Zitat Plotkin, G.D.: Call-by-name, call-by-value and the lambda-calculus. Theor. Comput. Sci. 1(2), 125–159 (1975)MathSciNetCrossRef Plotkin, G.D.: Call-by-name, call-by-value and the lambda-calculus. Theor. Comput. Sci. 1(2), 125–159 (1975)MathSciNetCrossRef
44.
Zurück zum Zitat Schlichtkrull, A.: Formalization of the resolution calculus for first-order logic. J. Autom. Reason. 61(1–4), 455–484 (2018)MathSciNetCrossRef Schlichtkrull, A.: Formalization of the resolution calculus for first-order logic. J. Autom. Reason. 61(1–4), 455–484 (2018)MathSciNetCrossRef
45.
Zurück zum Zitat Schumm, G.F.: A Henkin-style completeness proof for the pure implicational calculus. Notre Dame J. Formal Logic 16(3), 402–404 (1975)MathSciNetCrossRef Schumm, G.F.: A Henkin-style completeness proof for the pure implicational calculus. Notre Dame J. Formal Logic 16(3), 402–404 (1975)MathSciNetCrossRef
46.
Zurück zum Zitat Scott, D.: The algebraic interpretation of quantifiers: intuitionistic and classical. In: Ehrenfeucht, V.M.A., Srebrny, M. (eds.) Andrzej Mostowski and Foundational Studies. IOS Press (2008) Scott, D.: The algebraic interpretation of quantifiers: intuitionistic and classical. In: Ehrenfeucht, V.M.A., Srebrny, M. (eds.) Andrzej Mostowski and Foundational Studies. IOS Press (2008)
48.
Zurück zum Zitat Sozeau, M., Mangin, C.: Equations reloaded: high-level dependently-typed functional programming and proving in Coq. Proc. ACM Program. Lang. 3(ICFP), 86 (2019)CrossRef Sozeau, M., Mangin, C.: Equations reloaded: high-level dependently-typed functional programming and proving in Coq. Proc. ACM Program. Lang. 3(ICFP), 86 (2019)CrossRef
49.
Zurück zum Zitat Stark, K., Schäfer, S., Kaiser, J.: Autosubst 2: reasoning with multi-sorted de Bruijn terms and vector substitutions. In: International Conference on Certified Programs and Proofs, pp. 166–180. ACM (2019) Stark, K., Schäfer, S., Kaiser, J.: Autosubst 2: reasoning with multi-sorted de Bruijn terms and vector substitutions. In: International Conference on Certified Programs and Proofs, pp. 166–180. ACM (2019)
51.
Zurück zum Zitat Timany, A., Sozeau, M.: Cumulative inductive types in Coq. In: Kirchner, H. (ed.) International Conference on Formal Structures for Computation and Deduction, volume 108 of Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), Dagstuhl, Germany,, pp. 29:1–29:16. Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik (2018) Timany, A., Sozeau, M.: Cumulative inductive types in Coq. In: Kirchner, H. (ed.) International Conference on Formal Structures for Computation and Deduction, volume 108 of Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), Dagstuhl, Germany,, pp. 29:1–29:16. Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik (2018)
52.
Zurück zum Zitat Underwood, J.: Aspects of the computational content of proofs. Technical report, Cornell University (1994) Underwood, J.: Aspects of the computational content of proofs. Technical report, Cornell University (1994)
53.
Zurück zum Zitat Veldman, W.: An intuitiomstic completeness theorem for intuitionistic predicate logic 1. J. Symbolic Logic 41(1), 159–166 (1976)MathSciNetMATH Veldman, W.: An intuitiomstic completeness theorem for intuitionistic predicate logic 1. J. Symbolic Logic 41(1), 159–166 (1976)MathSciNetMATH
54.
Zurück zum Zitat Wehr, D.: A constructive analysis of first-order completeness theorems in Coq. Bachelor’s thesis, Saarland University (2019) Wehr, D.: A constructive analysis of first-order completeness theorems in Coq. Bachelor’s thesis, Saarland University (2019)
55.
Zurück zum Zitat Wuttke, M.: Verified programming of turing machines in Coq. Bachelor’s thesis, Saarland University (2018) Wuttke, M.: Verified programming of turing machines in Coq. Bachelor’s thesis, Saarland University (2018)
Metadaten
Titel
Completeness Theorems for First-Order Logic Analysed in Constructive Type Theory
verfasst von
Yannick Forster
Dominik Kirst
Dominik Wehr
Copyright-Jahr
2020
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-36755-8_4