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2  La preuve réparée

Nous devons donc être plus fins, et remplacer la construction du lemme 1 par une construction plus précise, qui assure en plus que B¥ vérifie la propriété 4.


Lemme 7   Pour toute branche cohérente finie B, il existe une branche cohérente maximale B¥ contenant B, et qui soit de plus saturée.
Preuve : La construction du lemme 1 consiste grosso modo à ajouter des formules signées à B de sorte à préserver la cohérence, et ce jusqu'à ce que pour toute formule F, soit +F soit -F ait été rajoutée. L'idée ici va être que, dès que l'on souhaite ajouter une formule d à B, on va aussi lui ajouter d1 (y), où y est une variable fraîche.

Notons que : (a) pour toute branche finie cohérente B' contenant d, alors B' È {d1 (y)} est encore une branche finie cohérente, pour toute variable y non libre dans B'. Considérons le cas où B' contient d de la forme +" x · F1, et montrons que B' È {+F1 [y/x]} est encore cohérente. En effet, supposons le contraire, écrivons B' sous la forme B'' È {+" x · F1}, et B'' sous forme de séquent comme G ¾® D. Si B' È {+F1 [y/x]} n'était pas cohérente, nous aurions par définition une preuve de G ¾® D, " x· F1, F1 [y/x]. Comme y n'est pas libre dans B', nous pouvons donc appliquer la règle (" R) et en déduire G ¾® D, " x· F1, " x· F1, c'est-à-dire B'; mais ceci contredit la cohérence de B'. (Le cas ou d est de la forme -$ x · F1 est symétrique, et utilise la règle $L.)

Nous construisons maintenant une suite croissante de branches finies cohérentes Bn contenant B comme suit. Fixons une énumération ± F1, ± F2, ..., ± Fn, ..., de toutes les formules signées. Nous construisons Bn par récurrence sur n comme suit. Pour n=0, posons Bn = B. Si n³ 1, et si Bn-1 ÈFn} est incohérente, alors soit Bn = Bn-1. Si n³ 1, et si Bn-1 ÈFn} est cohérente, alors de deux choses l'une : ou bien ± Fn est une formule de la forme d, et l'on pose alors Bn = Bn-1 È {d, d1 (y)}, où y est une variable quelconque non libre dans Bn-1 È {d} (Bn est alors bien finie et cohérente, par (a)); ou bien ± Fn n'est pas une formule de la forme d, et l'on pose alors Bn = Bn-1 ÈFn}.

Posons B¥= Èn³ 0 Bn. B¥ contient B0, donc B. De plus, B¥ est cohérente : sinon, B¥ contiendrait une sous-branche finie prouvable, et cette branche serait incluse dans un Bn pour n assez grand, ce qui contredirait la cohérence de Bn. B¥ est maximale : supposons que non, alors il existerait une formule signée ± Fn (n³ 1) en-dehors de B¥ telle que B¥ÈFn} soit cohérente; mais comme ± Fn n'est pas dans B¥, en particulier ± Fn n'est pas dans Bn, donc par construction de Bn, Bn-1 ÈFn} doit être incohérente, donc prouvable (en tant que séquent); mais ceci contredit la cohérence de B¥ÈFn}. Finalement, B¥ est saturée. En effet, il suffit de vérifier 4., puisque 1.--3. sont des conséquences du fait que B¥ est cohérente maximale, par le lemme 2. Or, pour toute formule d dans B¥, d s'écrit ± Fn pour un (unique) n³ 1. Comme d est dans B¥, B¥ÈFn} est cohérente, donc Bn-1 ÈFn} (qui est un sous-ensemble fini du précédent) est cohérent. Mais par construction, on a alors Bn = Bn-1 ÈFn, d1 (y)} pour une certaine variable y, et donc d1 (y) Î Bn, d'où d1 (y) Î B¥ : B¥ est bien saturée. ¤

La preuve est maintenant réparée :


Théorème 8   LK est complet : tout séquent valide est prouvable.
Preuve : Par le théorème 6 et le lemme 7. ¤




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