Bitácora · Lógica · Guía 8

El testigo lo construís vos

Probar que algo existe no siempre es salir a buscarlo. Acá el testigo se escribe con lo que ya estaba en la mesa, y la prueba entera son cuatro líneas.

Guía 8, Ejercicio 16 (b), pág. 25. El tipo tiene un solo símbolo y ninguna relación: τ=(∅,{Op},∅,{(Op,1)})

Y la teoría tiene un solo axioma propio: T=({∀x(Op(Op(x))=x)},τ)

Hay que dar una prueba elemental en T de ∀x∃y(Op(y)=x)

En castellano: Op no se saltea a nadie. Cada elemento es Op de alguien.

Un enunciado existencial suele significar trabajo: hay que exhibir un testigo, y en general ese testigo aparece porque otra sentencia lo promete y una ELECCION lo nombra. Acá no. El testigo sale de una cuenta, y se lo puede señalar con el dedo.

La mariposa · el testigo se escribe

Este ejercicio no tiene dónde mirarse: no hay orden que dibujar, no hay grafo que pintar, no hay diagrama de Hasse. Un símbolo de operación, un axioma y nada más. Eso no lo vuelve más difícil — lo vuelve más corto: la intuición acá es algebraica y entra en un renglón.

El axioma dice que Op aplicada dos veces vuelve al punto de partida. Entonces, si quiero llegar a un a cualquiera, ya sé por dónde entrar: por Op(a). Porque Op(Op(a))=a dice exactamente eso: Op de Op(a) da a.

El testigo no se busca: se escribe. Y no hace falta ningún otro axioma para escribirlo — alcanza con instanciar el único que hay, y en el término correcto.

Abajo, el axioma todavía cuantificado. Elegí por cuál término particularizarlo y mirá qué ecuación queda; después probá qué y le sirve a a.

Simulación 1 La cadena de la sustitución — los dos pasos de arriba son, letra por letra, las líneas 2 y 3 de la prueba formal.
El axioma propio
∀x(Op(Op(x))=x)
La instancia
Lo que hay que llegar a leer
lado derecho — testigo que la ecuación ofrece — sirve —

Con x:=Op(a) la ecuación es cierta y no sirve: a la derecha queda Op(a), así que lo que se probó es que Op(a) tiene preimagen, no que la tenga a. Con x:=a, en cambio, a queda a la derecha — y entonces la ecuación ya es de la forma Op(y)=a, sin tocarle una letra. El y que hacía falta estaba adentro.

El escarabajo · la prueba, cuatro líneas

La misma cuenta, escrita como la pide la cátedra: línea numerada y justificación.

1. ∀x(Op(Op(x))=x) AXIOMAPROPIO
2. Op(Op(a))=a PARTICULARIZACION(1)
3. ∃y(Op(y)=a) EXISTENCIA(2)
4. ∀x∃y(Op(y)=x) GENERALIZACION(3)

Ninguna de las cuatro abre un bloque: no hay hipótesis, no hay absurdo, no hay elección. Por eso tampoco hay nada que descargar antes de generalizar, y la prueba termina donde termina la cuenta.

La línea 3 es la que vale la nota. EXISTENCIA no inventa ningún objeto: lee la ecuación que ya estaba escrita — Op(Op(a))=a — como «Op de algo da a», y le tapa ese algo con un ∃y. El algo es Op(a), y estaba a la vista desde la línea 2.

Y la línea 4 puede poner el ∀ porque a nunca vino de una elección: se lo nombró en la línea 2 particularizando un ∀, que es la forma de fijar un elemento arbitrario. Generalizar sobre un testigo elegido es el paso que la cátedra prohíbe, y acá no hay ninguno que elegir.

Son los dos modos de tratar un existencial, y conviene verlos uno al lado del otro. En Si no sale ninguna flecha, entra una —el Ejercicio 15 de esta misma guía— el testigo viene de una ELECCION: te lo dan, no podés tocarlo y hay que descargarlo antes de generalizar. Acá lo fabricás vos y sabés exactamente quién es.

La regla de corrección del parcial pide que, si una resolución usa un resultado de alguna de las guías, lo enuncie y lo pruebe por separado. En esta no hay nada que agregar: las cuatro líneas citan el único axioma propio de la teoría y tres reglas del formulario, y ningún lema.

Lo medido

El axioma no es decorativo. Sobre cuatro elementos hay 256 funciones unarias posibles — las que salen de decidir, elemento por elemento, adónde va cada uno. En 232 de ellas la sentencia es falsa: hay algún elemento sin preimagen. Las 10 que cumplen el axioma la cumplen todas: 0 fallas. Repetido sobre cinco elementos, la misma cuenta: 3125 funciones, 3005 en las que falla, 26 que cumplen el axioma y 0 fallas entre esas 26.

Y el testigo tiene que ser Op(a), no a. De esas 10, en una sola —la identidad— cada elemento es su propio testigo. En las otras 9 hay algún elemento con Op(a)≠a, y ahí y:=a no alcanza. Sobre cinco elementos: 1 de 26. Que el axioma no obligue a Op a dejar nada quieto es justamente por qué el testigo hay que construirlo.

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Sirve para el Ejercicio 16 (b) de la Guía 8, pág. 25. Las otras pruebas elementales escritas enteras están en Dos pruebas elementales y en Maximal no es máximo.