products/Sources/formale Sprachen/Isabelle/FOL image not shown  

Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: IFOL.thy   Sprache: Isabelle

Original von: Isabelle©

(*  Title:      FOL/IFOL.thy
    Author:     Lawrence C Paulson and Markus Wenzel
*)


section \<open>Intuitionistic first-order logic\<close>

theory IFOL
  imports Pure
  abbrevs "?<" = "\\<^sub>\\<^sub>1"
begin

ML_file \<open>~~/src/Tools/misc_legacy.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Provers/splitter.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Provers/hypsubst.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Tools/IsaPlanner/zipper.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Tools/IsaPlanner/isand.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Tools/IsaPlanner/rw_inst.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Provers/quantifier1.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Tools/intuitionistic.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Tools/project_rule.ML\<close>
ML_file \<open>~~/src/Tools/atomize_elim.ML\<close>


subsection \<open>Syntax and axiomatic basis\<close>

setup Pure_Thy.old_appl_syntax_setup
setup \<open>Proofterm.set_preproc (Proof_Rewrite_Rules.standard_preproc [])\<close>

class "term"
default_sort \<open>term\<close>

typedecl o

judgment
  Trueprop :: \<open>o \<Rightarrow> prop\<close>  (\<open>(_)\<close> 5)


subsubsection \<open>Equality\<close>

axiomatization
  eq :: \<open>['a, 'a] \<Rightarrow> o\<close>  (infixl \<open>=\<close> 50)
where
  refl: \<open>a = a\<close> and
  subst: \<open>a = b \<Longrightarrow> P(a) \<Longrightarrow> P(b)\<close>


subsubsection \<open>Propositional logic\<close>

axiomatization
  False :: \<open>o\<close> and
  conj :: \<open>[o, o] => o\<close>  (infixr \<open>\<and>\<close> 35) and
  disj :: \<open>[o, o] => o\<close>  (infixr \<open>\<or>\<close> 30) and
  imp :: \<open>[o, o] => o\<close>  (infixr \<open>\<longrightarrow>\<close> 25)
where
  conjI: \<open>\<lbrakk>P;  Q\<rbrakk> \<Longrightarrow> P \<and> Q\<close> and
  conjunct1: \<open>P \<and> Q \<Longrightarrow> P\<close> and
  conjunct2: \<open>P \<and> Q \<Longrightarrow> Q\<close> and

  disjI1: \<open>P \<Longrightarrow> P \<or> Q\<close> and
  disjI2: \<open>Q \<Longrightarrow> P \<or> Q\<close> and
  disjE: \<open>\<lbrakk>P \<or> Q; P \<Longrightarrow> R; Q \<Longrightarrow> R\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close> and

  impI: \<open>(P \<Longrightarrow> Q) \<Longrightarrow> P \<longrightarrow> Q\<close> and
  mp: \<open>\<lbrakk>P \<longrightarrow> Q; P\<rbrakk> \<Longrightarrow> Q\<close> and

  FalseE: \<open>False \<Longrightarrow> P\<close>


subsubsection \<open>Quantifiers\<close>

axiomatization
  All :: \<open>('a \<Rightarrow> o) \<Rightarrow> o\<close>  (binder \<open>\<forall>\<close> 10) and
  Ex :: \<open>('a \<Rightarrow> o) \<Rightarrow> o\<close>  (binder \<open>\<exists>\<close> 10)
where
  allI: \<open>(\<And>x. P(x)) \<Longrightarrow> (\<forall>x. P(x))\<close> and
  spec: \<open>(\<forall>x. P(x)) \<Longrightarrow> P(x)\<close> and
  exI: \<open>P(x) \<Longrightarrow> (\<exists>x. P(x))\<close> and
  exE: \<open>\<lbrakk>\<exists>x. P(x); \<And>x. P(x) \<Longrightarrow> R\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>


subsubsection \<open>Definitions\<close>

definition \<open>True \<equiv> False \<longrightarrow> False\<close>

definition Not (\<open>\<not> _\<close> [40] 40)
  where not_def: \<open>\<not> P \<equiv> P \<longrightarrow> False\<close>

definition iff  (infixr \<open>\<longleftrightarrow>\<close> 25)
  where \<open>P \<longleftrightarrow> Q \<equiv> (P \<longrightarrow> Q) \<and> (Q \<longrightarrow> P)\<close>

definition Uniq :: "('a \ o) \ o"
  where \<open>Uniq(P) \<equiv> (\<forall>x y. P(x) \<longrightarrow> P(y) \<longrightarrow> y = x)\<close>

definition Ex1 :: \<open>('a \<Rightarrow> o) \<Rightarrow> o\<close>  (binder \<open>\<exists>!\<close> 10)
  where ex1_def: \<open>\<exists>!x. P(x) \<equiv> \<exists>x. P(x) \<and> (\<forall>y. P(y) \<longrightarrow> y = x)\<close>

axiomatization where  \<comment> \<open>Reflection, admissible\<close>
  eq_reflection: \<open>(x = y) \<Longrightarrow> (x \<equiv> y)\<close> and
  iff_reflection: \<open>(P \<longleftrightarrow> Q) \<Longrightarrow> (P \<equiv> Q)\<close>

abbreviation not_equal :: \<open>['a, 'a] \<Rightarrow> o\<close>  (infixl \<open>\<noteq>\<close> 50)
  where \<open>x \<noteq> y \<equiv> \<not> (x = y)\<close>

syntax "_Uniq" :: "pttrn \ o \ o" ("(2\\<^sub>\\<^sub>1 _./ _)" [0, 10] 10)
translations "\\<^sub>\\<^sub>1x. P" \ "CONST Uniq (\x. P)"

print_translation \<open>
 [Syntax_Trans.preserve_binder_abs_tr' \<^const_syntax>\Uniq\ \<^syntax_const>\_Uniq\]
\<close> \<comment> \<open>to avoid eta-contraction of body\<close>


subsubsection \<open>Old-style ASCII syntax\<close>

notation (ASCII)
  not_equal  (infixl \<open>~=\<close> 50) and
  Not  (\<open>~ _\<close> [40] 40) and
  conj  (infixr \<open>&\<close> 35) and
  disj  (infixr \<open>|\<close> 30) and
  All  (binder \<open>ALL \<close> 10) and
  Ex  (binder \<open>EX \<close> 10) and
  Ex1  (binder \<open>EX! \<close> 10) and
  imp  (infixr \<open>-->\<close> 25) and
  iff  (infixr \<open><->\<close> 25)


subsection \<open>Lemmas and proof tools\<close>

lemmas strip = impI allI

lemma TrueI: \<open>True\<close>
  unfolding True_def by (rule impI)


subsubsection \<open>Sequent-style elimination rules for \<open>\<and>\<close> \<open>\<longrightarrow>\<close> and \<open>\<forall>\<close>\<close>

lemma conjE:
  assumes major: \<open>P \<and> Q\<close>
    and r: \<open>\<lbrakk>P; Q\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
proof (rule r)
  show "P"
    by (rule major [THEN conjunct1])
  show "Q"
    by (rule major [THEN conjunct2])
qed

lemma impE:
  assumes major: \<open>P \<longrightarrow> Q\<close>
    and \<open>P\<close>
  and r: \<open>Q \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
proof (rule r)
  show "Q"
    by (rule mp [OF major \<open>P\<close>])
qed

lemma allE:
  assumes major: \<open>\<forall>x. P(x)\<close>
    and r: \<open>P(x) \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
proof (rule r)
  show "P(x)"
    by (rule major [THEN spec])
qed

text \<open>Duplicates the quantifier; for use with \<^ML>\<open>eresolve_tac\<close>.\<close>
lemma all_dupE:
  assumes major: \<open>\<forall>x. P(x)\<close>
    and r: \<open>\<lbrakk>P(x); \<forall>x. P(x)\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
proof (rule r)
  show "P(x)"
    by (rule major [THEN spec])
qed (rule major)



subsubsection \<open>Negation rules, which translate between \<open>\<not> P\<close> and \<open>P \<longrightarrow> False\<close>\<close>

lemma notI: \<open>(P \<Longrightarrow> False) \<Longrightarrow> \<not> P\<close>
  unfolding not_def by (erule impI)

lemma notE\<open>\<lbrakk>\<not> P; P\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>
  unfolding not_def by (erule mp [THEN FalseE])

lemma rev_notE: \<open>\<lbrakk>P; \<not> P\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>
  by (erule notE)

text \<open>This is useful with the special implication rules for each kind of \<open>P\<close>.\<close>
lemma not_to_imp:
  assumes \<open>\<not> P\<close>
    and r: \<open>P \<longrightarrow> False \<Longrightarrow> Q\<close>
  shows \<open>Q\<close>
  apply (rule r)
  apply (rule impI)
  apply (erule notE [OF \<open>\<not> P\<close>])
  done

text \<open>
  For substitution into an assumption \<open>P\<close>, reduce \<open>Q\<close> to \<open>P \<longrightarrow> Q\<close>, substitute into this implication, then apply \<open>impI\<close> to
  move \<open>P\<close> back into the assumptions.
\<close>
lemma rev_mp: \<open>\<lbrakk>P; P \<longrightarrow> Q\<rbrakk> \<Longrightarrow> Q\<close>
  by (erule mp)

text \<open>Contrapositive of an inference rule.\<close>
lemma contrapos:
  assumes major: \<open>\<not> Q\<close>
    and minor: \<open>P \<Longrightarrow> Q\<close>
  shows \<open>\<not> P\<close>
  apply (rule major [THEN notETHEN notI])
  apply (erule minor)
  done


subsubsection \<open>Modus Ponens Tactics\<close>

text \<open>
  Finds \<open>P \<longrightarrow> Q\<close> and P in the assumptions, replaces implication by
  \<open>Q\<close>.
\<close>
ML \<open>
  fun mp_tac ctxt i =
    eresolve_tac ctxt @{thms notE impE} i THEN assume_tac ctxt i;
  fun eq_mp_tac ctxt i =
    eresolve_tac ctxt @{thms notE impE} i THEN eq_assume_tac i;
\<close>


subsection \<open>If-and-only-if\<close>

lemma iffI: \<open>\<lbrakk>P \<Longrightarrow> Q; Q \<Longrightarrow> P\<rbrakk> \<Longrightarrow> P \<longleftrightarrow> Q\<close>
  unfolding iff_def
  by (rule conjI; erule impI)

lemma iffE:
  assumes major: \<open>P \<longleftrightarrow> Q\<close>
    and r: \<open>\<lbrakk>P \<longrightarrow> Q; Q \<longrightarrow> P\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  using major
  unfolding iff_def
  apply (rule conjE)
  apply (erule r)
  apply assumption
  done


subsubsection \<open>Destruct rules for \<open>\<longleftrightarrow>\<close> similar to Modus Ponens\<close>

lemma iffD1: \<open>\<lbrakk>P \<longleftrightarrow> Q; P\<rbrakk> \<Longrightarrow> Q\<close>
  unfolding iff_def
  apply (erule conjunct1 [THEN mp])
  apply assumption
  done

lemma iffD2: \<open>\<lbrakk>P \<longleftrightarrow> Q; Q\<rbrakk> \<Longrightarrow> P\<close>
  unfolding iff_def
  apply (erule conjunct2 [THEN mp])
  apply assumption
  done

lemma rev_iffD1: \<open>\<lbrakk>P; P \<longleftrightarrow> Q\<rbrakk> \<Longrightarrow> Q\<close>
  apply (erule iffD1)
  apply assumption
  done

lemma rev_iffD2: \<open>\<lbrakk>Q; P \<longleftrightarrow> Q\<rbrakk> \<Longrightarrow> P\<close>
  apply (erule iffD2)
  apply assumption
  done

lemma iff_refl: \<open>P \<longleftrightarrow> P\<close>
  by (rule iffI)

lemma iff_sym: \<open>Q \<longleftrightarrow> P \<Longrightarrow> P \<longleftrightarrow> Q\<close>
  apply (erule iffE)
  apply (rule iffI)
  apply (assumption | erule mp)+
  done

lemma iff_trans: \<open>\<lbrakk>P \<longleftrightarrow> Q; Q \<longleftrightarrow> R\<rbrakk> \<Longrightarrow> P \<longleftrightarrow> R\<close>
  apply (rule iffI)
  apply (assumption | erule iffE | erule (1) notE impE)+
  done


subsection \<open>Unique existence\<close>

text \<open>
  NOTE THAT the following 2 quantifications:

    \<^item> \<open>\<exists>!x\<close> such that [\<open>\<exists>!y\<close> such that P(x,y)]   (sequential)
    \<^item> \<open>\<exists>!x,y\<close> such that P(x,y)                   (simultaneous)

  do NOT mean the same thing. The parser treats \<open>\<exists>!x y.P(x,y)\<close> as sequential.
\<close>

lemma ex1I: \<open>P(a) \<Longrightarrow> (\<And>x. P(x) \<Longrightarrow> x = a) \<Longrightarrow> \<exists>!x. P(x)\<close>
  unfolding ex1_def
  apply (assumption | rule exI conjI allI impI)+
  done

text \<open>Sometimes easier to use: the premises have no shared variables. Safe!\<close>
lemma ex_ex1I: \<open>\<exists>x. P(x) \<Longrightarrow> (\<And>x y. \<lbrakk>P(x); P(y)\<rbrakk> \<Longrightarrow> x = y) \<Longrightarrow> \<exists>!x. P(x)\<close>
  apply (erule exE)
  apply (rule ex1I)
   apply assumption
  apply assumption
  done

lemma ex1E: \<open>\<exists>! x. P(x) \<Longrightarrow> (\<And>x. \<lbrakk>P(x); \<forall>y. P(y) \<longrightarrow> y = x\<rbrakk> \<Longrightarrow> R) \<Longrightarrow> R\<close>
  unfolding ex1_def
  apply (assumption | erule exE conjE)+
  done


subsubsection \<open>\<open>\<longleftrightarrow>\<close> congruence rules for simplification\<close>

text \<open>Use \<open>iffE\<close> on a premise. For \<open>conj_cong\<close>, \<open>imp_cong\<close>, \<open>all_cong\<close>, \<open>ex_cong\<close>.\<close>
ML \<open>
  fun iff_tac ctxt prems i =
    resolve_tac ctxt (prems RL @{thms iffE}) i THEN
    REPEAT1 (eresolve_tac ctxt @{thms asm_rl mp} i);
\<close>

method_setup iff =
  \<open>Attrib.thms >>
    (fn prems => fn ctxt => SIMPLE_METHOD' (iff_tac ctxt prems))\

lemma conj_cong:
  assumes \<open>P \<longleftrightarrow> P'\<close>
    and \<open>P' \<Longrightarrow> Q \<longleftrightarrow> Q'\<close>
  shows \<open>(P \<and> Q) \<longleftrightarrow> (P' \<and> Q')\<close>
  apply (insert assms)
  apply (assumption | rule iffI conjI | erule iffE conjE mp | iff assms)+
  done

text \<open>Reversed congruence rule!  Used in ZF/Order.\<close>
lemma conj_cong2:
  assumes \<open>P \<longleftrightarrow> P'\<close>
    and \<open>P' \<Longrightarrow> Q \<longleftrightarrow> Q'\<close>
  shows \<open>(Q \<and> P) \<longleftrightarrow> (Q' \<and> P')\<close>
  apply (insert assms)
  apply (assumption | rule iffI conjI | erule iffE conjE mp | iff assms)+
  done

lemma disj_cong:
  assumes \<open>P \<longleftrightarrow> P'\<close> and \<open>Q \<longleftrightarrow> Q'\<close>
  shows \<open>(P \<or> Q) \<longleftrightarrow> (P' \<or> Q')\<close>
  apply (insert assms)
  apply (erule iffE disjE disjI1 disjI2 |
    assumption | rule iffI | erule (1) notE impE)+
  done

lemma imp_cong:
  assumes \<open>P \<longleftrightarrow> P'\<close>
    and \<open>P' \<Longrightarrow> Q \<longleftrightarrow> Q'\<close>
  shows \<open>(P \<longrightarrow> Q) \<longleftrightarrow> (P' \<longrightarrow> Q')\<close>
  apply (insert assms)
  apply (assumption | rule iffI impI | erule iffE | erule (1) notE impE | iff assms)+
  done

lemma iff_cong: \<open>\<lbrakk>P \<longleftrightarrow> P'; Q \<longleftrightarrow> Q'\<rbrakk> \<Longrightarrow> (P \<longleftrightarrow> Q) \<longleftrightarrow> (P' \<longleftrightarrow> Q')\<close>
  apply (erule iffE | assumption | rule iffI | erule (1) notE impE)+
  done

lemma not_cong: \<open>P \<longleftrightarrow> P' \<Longrightarrow> \<not> P \<longleftrightarrow> \<not> P'\<close>
  apply (assumption | rule iffI notI | erule (1) notE impE | erule iffE notE)+
  done

lemma all_cong:
  assumes \<open>\<And>x. P(x) \<longleftrightarrow> Q(x)\<close>
  shows \<open>(\<forall>x. P(x)) \<longleftrightarrow> (\<forall>x. Q(x))\<close>
  apply (assumption | rule iffI allI | erule (1) notE impE | erule allE | iff assms)+
  done

lemma ex_cong:
  assumes \<open>\<And>x. P(x) \<longleftrightarrow> Q(x)\<close>
  shows \<open>(\<exists>x. P(x)) \<longleftrightarrow> (\<exists>x. Q(x))\<close>
  apply (erule exE | assumption | rule iffI exI | erule (1) notE impE | iff assms)+
  done

lemma ex1_cong:
  assumes \<open>\<And>x. P(x) \<longleftrightarrow> Q(x)\<close>
  shows \<open>(\<exists>!x. P(x)) \<longleftrightarrow> (\<exists>!x. Q(x))\<close>
  apply (erule ex1E spec [THEN mp] | assumption | rule iffI ex1I | erule (1) notE impE | iff assms)+
  done


subsection \<open>Equality rules\<close>

lemma sym: \<open>a = b \<Longrightarrow> b = a\<close>
  apply (erule subst)
  apply (rule refl)
  done

lemma trans: \<open>\<lbrakk>a = b; b = c\<rbrakk> \<Longrightarrow> a = c\<close>
  apply (erule subst, assumption)
  done

lemma not_sym: \<open>b \<noteq> a \<Longrightarrow> a \<noteq> b\<close>
  apply (erule contrapos)
  apply (erule sym)
  done

text \<open>
  Two theorems for rewriting only one instance of a definition:
  the first for definitions of formulae and the second for terms.
\<close>

lemma def_imp_iff: \<open>(A \<equiv> B) \<Longrightarrow> A \<longleftrightarrow> B\<close>
  apply unfold
  apply (rule iff_refl)
  done

lemma meta_eq_to_obj_eq: \<open>(A \<equiv> B) \<Longrightarrow> A = B\<close>
  apply unfold
  apply (rule refl)
  done

lemma meta_eq_to_iff: \<open>x \<equiv> y \<Longrightarrow> x \<longleftrightarrow> y\<close>
  by unfold (rule iff_refl)

text \<open>Substitution.\<close>
lemma ssubst: \<open>\<lbrakk>b = a; P(a)\<rbrakk> \<Longrightarrow> P(b)\<close>
  apply (drule sym)
  apply (erule (1) subst)
  done

text \<open>A special case of \<open>ex1E\<close> that would otherwise need quantifier
  expansion.\<close>
lemma ex1_equalsE: \<open>\<lbrakk>\<exists>!x. P(x); P(a); P(b)\<rbrakk> \<Longrightarrow> a = b\<close>
  apply (erule ex1E)
  apply (rule trans)
   apply (rule_tac [2] sym)
   apply (assumption | erule spec [THEN mp])+
  done


subsection \<open>Simplifications of assumed implications\<close>

text \<open>
  Roy Dyckhoff has proved that \<open>conj_impE\<close>, \<open>disj_impE\<close>, and
  \<open>imp_impE\<close> used with \<^ML>\<open>mp_tac\<close> (restricted to atomic formulae) is
  COMPLETE for intuitionistic propositional logic.

  See R. Dyckhoff, Contraction-free sequent calculi for intuitionistic logic
  (preprint, University of St Andrews, 1991).
\<close>

lemma conj_impE:
  assumes major: \<open>(P \<and> Q) \<longrightarrow> S\<close>
    and r: \<open>P \<longrightarrow> (Q \<longrightarrow> S) \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  by (assumption | rule conjI impI major [THEN mp] r)+

lemma disj_impE:
  assumes major: \<open>(P \<or> Q) \<longrightarrow> S\<close>
    and r: \<open>\<lbrakk>P \<longrightarrow> S; Q \<longrightarrow> S\<rbrakk> \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  by (assumption | rule disjI1 disjI2 impI major [THEN mp] r)+

text \<open>Simplifies the implication.  Classical version is stronger.
  Still UNSAFE since Q must be provable -- backtracking needed.\<close>
lemma imp_impE:
  assumes major: \<open>(P \<longrightarrow> Q) \<longrightarrow> S\<close>
    and r1: \<open>\<lbrakk>P; Q \<longrightarrow> S\<rbrakk> \<Longrightarrow> Q\<close>
    and r2: \<open>S \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  by (assumption | rule impI major [THEN mp] r1 r2)+

text \<open>Simplifies the implication.  Classical version is stronger.
  Still UNSAFE since ~P must be provable -- backtracking needed.\<close>
lemma not_impE: \<open>\<not> P \<longrightarrow> S \<Longrightarrow> (P \<Longrightarrow> False) \<Longrightarrow> (S \<Longrightarrow> R) \<Longrightarrow> R\<close>
  apply (drule mp)
   apply (rule notI | assumption)+
  done

text \<open>Simplifies the implication. UNSAFE.\<close>
lemma iff_impE:
  assumes major: \<open>(P \<longleftrightarrow> Q) \<longrightarrow> S\<close>
    and r1: \<open>\<lbrakk>P; Q \<longrightarrow> S\<rbrakk> \<Longrightarrow> Q\<close>
    and r2: \<open>\<lbrakk>Q; P \<longrightarrow> S\<rbrakk> \<Longrightarrow> P\<close>
    and r3: \<open>S \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  by (assumption | rule iffI impI major [THEN mp] r1 r2 r3)+

text \<open>What if \<open>(\<forall>x. \<not> \<not> P(x)) \<longrightarrow> \<not> \<not> (\<forall>x. P(x))\<close> is an assumption?
  UNSAFE.\<close>
lemma all_impE:
  assumes major: \<open>(\<forall>x. P(x)) \<longrightarrow> S\<close>
    and r1: \<open>\<And>x. P(x)\<close>
    and r2: \<open>S \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  by (rule allI impI major [THEN mp] r1 r2)+

text \<open>
  Unsafe: \<open>\<exists>x. P(x)) \<longrightarrow> S\<close> is equivalent
  to \<open>\<forall>x. P(x) \<longrightarrow> S\<close>.\<close>
lemma ex_impE:
  assumes major: \<open>(\<exists>x. P(x)) \<longrightarrow> S\<close>
    and r: \<open>P(x) \<longrightarrow> S \<Longrightarrow> R\<close>
  shows \<open>R\<close>
  by (assumption | rule exI impI major [THEN mp] r)+

text \<open>Courtesy of Krzysztof Grabczewski.\<close>
lemma disj_imp_disj: \<open>P \<or> Q \<Longrightarrow> (P \<Longrightarrow> R) \<Longrightarrow> (Q \<Longrightarrow> S) \<Longrightarrow> R \<or> S\<close>
  apply (erule disjE)
  apply (rule disjI1) apply assumption
  apply (rule disjI2) apply assumption
  done

ML \<open>
structure Project_Rule = Project_Rule
(
  val conjunct1 = @{thm conjunct1}
  val conjunct2 = @{thm conjunct2}
  val mp = @{thm mp}
)
\<close>

ML_file \<open>fologic.ML\<close>

lemma thin_refl: \<open>\<lbrakk>x = x; PROP W\<rbrakk> \<Longrightarrow> PROP W\<close> .

ML \<open>
structure Hypsubst = Hypsubst
(
  val dest_eq = FOLogic.dest_eq
  val dest_Trueprop = FOLogic.dest_Trueprop
  val dest_imp = FOLogic.dest_imp
  val eq_reflection = @{thm eq_reflection}
  val rev_eq_reflection = @{thm meta_eq_to_obj_eq}
  val imp_intr = @{thm impI}
  val rev_mp = @{thm rev_mp}
  val subst = @{thm subst}
  val sym = @{thm sym}
  val thin_refl = @{thm thin_refl}
);
open Hypsubst;
\<close>

ML_file \<open>intprover.ML\<close>


subsection \<open>Intuitionistic Reasoning\<close>

setup \<open>Intuitionistic.method_setup \<^binding>\<open>iprover\<close>\<close>

lemma impE':
  assumes 1: \<open>P \<longrightarrow> Q\<close>
    and 2: \<open>Q \<Longrightarrow> R\<close>
    and 3: \<open>P \<longrightarrow> Q \<Longrightarrow> P\<close>
  shows \<open>R\<close>
proof -
  from 3 and 1 have \<open>P\<close> .
  with 1 have \<open>Q\<close> by (rule impE)
  with 2 show \<open>R\<close> .
qed

lemma allE':
  assumes 1: \<open>\<forall>x. P(x)\<close>
    and 2: \<open>P(x) \<Longrightarrow> \<forall>x. P(x) \<Longrightarrow> Q\<close>
  shows \<open>Q\<close>
proof -
  from 1 have \<open>P(x)\<close> by (rule spec)
  from this and 1 show \<open>Q\<close> by (rule 2)
qed

lemma notE':
  assumes 1: \<open>\<not> P\<close>
    and 2: \<open>\<not> P \<Longrightarrow> P\<close>
  shows \<open>R\<close>
proof -
  from 2 and 1 have \<open>P\<close> .
  with 1 show \<open>R\<close> by (rule notE)
qed

lemmas [Pure.elim!] = disjE iffE FalseE conjE exE
  and [Pure.intro!] = iffI conjI impI TrueI notI allI refl
  and [Pure.elim 2] = allE notE' impE'
  and [Pure.intro] = exI disjI2 disjI1

setup \<open>
  Context_Rules.addSWrapper
    (fn ctxt => fn tac => hyp_subst_tac ctxt ORELSE' tac)
\<close>


lemma iff_not_sym: \<open>\<not> (Q \<longleftrightarrow> P) \<Longrightarrow> \<not> (P \<longleftrightarrow> Q)\<close>
  by iprover

lemmas [sym] = sym iff_sym not_sym iff_not_sym
  and [Pure.elim?] = iffD1 iffD2 impE


lemma eq_commute: \<open>a = b \<longleftrightarrow> b = a\<close>
  by iprover


subsection \<open>Polymorphic congruence rules\<close>

lemma subst_context: \<open>a = b \<Longrightarrow> t(a) = t(b)\<close>
  by iprover

lemma subst_context2: \<open>\<lbrakk>a = b; c = d\<rbrakk> \<Longrightarrow> t(a,c) = t(b,d)\<close>
  by iprover

lemma subst_context3: \<open>\<lbrakk>a = b; c = d; e = f\<rbrakk> \<Longrightarrow> t(a,c,e) = t(b,d,f)\<close>
  by iprover

text \<open>
  Useful with \<^ML>\<open>eresolve_tac\<close> for proving equalities from known
  equalities.

        a = b
        |   |
        c = d
\<close>
lemma box_equals: \<open>\<lbrakk>a = b; a = c; b = d\<rbrakk> \<Longrightarrow> c = d\<close>
  by iprover

text \<open>Dual of \<open>box_equals\<close>: for proving equalities backwards.\<close>
lemma simp_equals: \<open>\<lbrakk>a = c; b = d; c = d\<rbrakk> \<Longrightarrow> a = b\<close>
  by iprover


subsubsection \<open>Congruence rules for predicate letters\<close>

lemma pred1_cong: \<open>a = a' \<Longrightarrow> P(a) \<longleftrightarrow> P(a')\<close>
  by iprover

lemma pred2_cong: \<open>\<lbrakk>a = a'; b = b'\<rbrakk> \<Longrightarrow> P(a,b) \<longleftrightarrow> P(a',b')\<close>
  by iprover

lemma pred3_cong: \<open>\<lbrakk>a = a'; b = b'; c = c'\<rbrakk> \<Longrightarrow> P(a,b,c) \<longleftrightarrow> P(a',b',c')\<close>
  by iprover

text \<open>Special case for the equality predicate!\<close>
lemma eq_cong: \<open>\<lbrakk>a = a'; b = b'\<rbrakk> \<Longrightarrow> a = b \<longleftrightarrow> a' = b'\<close>
  by iprover


subsection \<open>Atomizing meta-level rules\<close>

lemma atomize_all [atomize]: \<open>(\<And>x. P(x)) \<equiv> Trueprop (\<forall>x. P(x))\<close>
proof
  assume \<open>\<And>x. P(x)\<close>
  then show \<open>\<forall>x. P(x)\<close> ..
next
  assume \<open>\<forall>x. P(x)\<close>
  then show \<open>\<And>x. P(x)\<close> ..
qed

lemma atomize_imp [atomize]: \<open>(A \<Longrightarrow> B) \<equiv> Trueprop (A \<longrightarrow> B)\<close>
proof
  assume \<open>A \<Longrightarrow> B\<close>
  then show \<open>A \<longrightarrow> B\<close> ..
next
  assume \<open>A \<longrightarrow> B\<close> and \<open>A\<close>
  then show \<open>B\<close> by (rule mp)
qed

lemma atomize_eq [atomize]: \<open>(x \<equiv> y) \<equiv> Trueprop (x = y)\<close>
proof
  assume \<open>x \<equiv> y\<close>
  show \<open>x = y\<close> unfolding \<open>x \<equiv> y\<close> by (rule refl)
next
  assume \<open>x = y\<close>
  then show \<open>x \<equiv> y\<close> by (rule eq_reflection)
qed

lemma atomize_iff [atomize]: \<open>(A \<equiv> B) \<equiv> Trueprop (A \<longleftrightarrow> B)\<close>
proof
  assume \<open>A \<equiv> B\<close>
  show \<open>A \<longleftrightarrow> B\<close> unfolding \<open>A \<equiv> B\<close> by (rule iff_refl)
next
  assume \<open>A \<longleftrightarrow> B\<close>
  then show \<open>A \<equiv> B\<close> by (rule iff_reflection)
qed

lemma atomize_conj [atomize]: \<open>(A &&& B) \<equiv> Trueprop (A \<and> B)\<close>
proof
  assume conj: \<open>A &&& B\<close>
  show \<open>A \<and> B\<close>
  proof (rule conjI)
    from conj show \<open>A\<close> by (rule conjunctionD1)
    from conj show \<open>B\<close> by (rule conjunctionD2)
  qed
next
  assume conj: \<open>A \<and> B\<close>
  show \<open>A &&& B\<close>
  proof -
    from conj show \<open>A\<close> ..
    from conj show \<open>B\<close> ..
  qed
qed

lemmas [symmetric, rulify] = atomize_all atomize_imp
  and [symmetric, defn] = atomize_all atomize_imp atomize_eq atomize_iff


subsection \<open>Atomizing elimination rules\<close>

lemma atomize_exL[atomize_elim]: \<open>(\<And>x. P(x) \<Longrightarrow> Q) \<equiv> ((\<exists>x. P(x)) \<Longrightarrow> Q)\<close>
  by rule iprover+

lemma atomize_conjL[atomize_elim]: \<open>(A \<Longrightarrow> B \<Longrightarrow> C) \<equiv> (A \<and> B \<Longrightarrow> C)\<close>
  by rule iprover+

lemma atomize_disjL[atomize_elim]: \<open>((A \<Longrightarrow> C) \<Longrightarrow> (B \<Longrightarrow> C) \<Longrightarrow> C) \<equiv> ((A \<or> B \<Longrightarrow> C) \<Longrightarrow> C)\<close>
  by rule iprover+

lemma atomize_elimL[atomize_elim]: \<open>(\<And>B. (A \<Longrightarrow> B) \<Longrightarrow> B) \<equiv> Trueprop(A)\<close> ..


subsection \<open>Calculational rules\<close>

lemma forw_subst: \<open>a = b \<Longrightarrow> P(b) \<Longrightarrow> P(a)\<close>
  by (rule ssubst)

lemma back_subst: \<open>P(a) \<Longrightarrow> a = b \<Longrightarrow> P(b)\<close>
  by (rule subst)

text \<open>
  Note that this list of rules is in reverse order of priorities.
\<close>

lemmas basic_trans_rules [trans] =
  forw_subst
  back_subst
  rev_mp
  mp
  trans


subsection \<open>``Let'' declarations\<close>

nonterminal letbinds and letbind

definition Let :: \<open>['a::{}, 'a => 'b] \<Rightarrow> ('b::{})\<close>
  where \<open>Let(s, f) \<equiv> f(s)\<close>

syntax
  "_bind"       :: \<open>[pttrn, 'a] => letbind\<close>           (\<open>(2_ =/ _)\<close> 10)
  ""            :: \<open>letbind => letbinds\<close>              (\<open>_\<close>)
  "_binds"      :: \<open>[letbind, letbinds] => letbinds\<close>  (\<open>_;/ _\<close>)
  "_Let"        :: \<open>[letbinds, 'a] => 'a\<close>             (\<open>(let (_)/ in (_))\<close> 10)

translations
  "_Let(_binds(b, bs), e)"  == "_Let(b, _Let(bs, e))"
  "let x = a in e"          == "CONST Let(a, \x. e)"

lemma LetI:
  assumes \<open>\<And>x. x = t \<Longrightarrow> P(u(x))\<close>
  shows \<open>P(let x = t in u(x))\<close>
  unfolding Let_def
  apply (rule refl [THEN assms])
  done


subsection \<open>Intuitionistic simplification rules\<close>

lemma conj_simps:
  \<open>P \<and> True \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>True \<and> P \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>P \<and> False \<longleftrightarrow> False\<close>
  \<open>False \<and> P \<longleftrightarrow> False\<close>
  \<open>P \<and> P \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>P \<and> P \<and> Q \<longleftrightarrow> P \<and> Q\<close>
  \<open>P \<and> \<not> P \<longleftrightarrow> False\<close>
  \<open>\<not> P \<and> P \<longleftrightarrow> False\<close>
  \<open>(P \<and> Q) \<and> R \<longleftrightarrow> P \<and> (Q \<and> R)\<close>
  by iprover+

lemma disj_simps:
  \<open>P \<or> True \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>True \<or> P \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>P \<or> False \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>False \<or> P \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>P \<or> P \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>P \<or> P \<or> Q \<longleftrightarrow> P \<or> Q\<close>
  \<open>(P \<or> Q) \<or> R \<longleftrightarrow> P \<or> (Q \<or> R)\<close>
  by iprover+

lemma not_simps:
  \<open>\<not> (P \<or> Q) \<longleftrightarrow> \<not> P \<and> \<not> Q\<close>
  \<open>\<not> False \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>\<not> True \<longleftrightarrow> False\<close>
  by iprover+

lemma imp_simps:
  \<open>(P \<longrightarrow> False) \<longleftrightarrow> \<not> P\<close>
  \<open>(P \<longrightarrow> True) \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>(False \<longrightarrow> P) \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>(True \<longrightarrow> P) \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>(P \<longrightarrow> P) \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>(P \<longrightarrow> \<not> P) \<longleftrightarrow> \<not> P\<close>
  by iprover+

lemma iff_simps:
  \<open>(True \<longleftrightarrow> P) \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>(P \<longleftrightarrow> True) \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>(P \<longleftrightarrow> P) \<longleftrightarrow> True\<close>
  \<open>(False \<longleftrightarrow> P) \<longleftrightarrow> \<not> P\<close>
  \<open>(P \<longleftrightarrow> False) \<longleftrightarrow> \<not> P\<close>
  by iprover+

text \<open>The \<open>x = t\<close> versions are needed for the simplification
  procedures.\<close>
lemma quant_simps:
  \<open>\<And>P. (\<forall>x. P) \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>(\<forall>x. x = t \<longrightarrow> P(x)) \<longleftrightarrow> P(t)\<close>
  \<open>(\<forall>x. t = x \<longrightarrow> P(x)) \<longleftrightarrow> P(t)\<close>
  \<open>\<And>P. (\<exists>x. P) \<longleftrightarrow> P\<close>
  \<open>\<exists>x. x = t\<close>
  \<open>\<exists>x. t = x\<close>
  \<open>(\<exists>x. x = t \<and> P(x)) \<longleftrightarrow> P(t)\<close>
  \<open>(\<exists>x. t = x \<and> P(x)) \<longleftrightarrow> P(t)\<close>
  by iprover+

text \<open>These are NOT supplied by default!\<close>
lemma distrib_simps:
  \<open>P \<and> (Q \<or> R) \<longleftrightarrow> P \<and> Q \<or> P \<and> R\<close>
  \<open>(Q \<or> R) \<and> P \<longleftrightarrow> Q \<and> P \<or> R \<and> P\<close>
  \<open>(P \<or> Q \<longrightarrow> R) \<longleftrightarrow> (P \<longrightarrow> R) \<and> (Q \<longrightarrow> R)\<close>
  by iprover+

lemma subst_all:
  \<open>(\<And>x. x = a \<Longrightarrow> PROP P(x)) \<equiv> PROP P(a)\<close>
  \<open>(\<And>x. a = x \<Longrightarrow> PROP P(x)) \<equiv> PROP P(a)\<close>
proof -
  show \<open>(\<And>x. x = a \<Longrightarrow> PROP P(x)) \<equiv> PROP P(a)\<close>
  proof (rule equal_intr_rule)
    assume *: \<open>\<And>x. x = a \<Longrightarrow> PROP P(x)\<close>
    show \<open>PROP P(a)\<close>
      by (rule *) (rule refl)
  next
    fix x
    assume \<open>PROP P(a)\<close> and \<open>x = a\<close>
    from \<open>x = a\<close> have \<open>x \<equiv> a\<close>
      by (rule eq_reflection)
    with \<open>PROP P(a)\<close> show \<open>PROP P(x)\<close>
      by simp
  qed
  show \<open>(\<And>x. a = x \<Longrightarrow> PROP P(x)) \<equiv> PROP P(a)\<close>
  proof (rule equal_intr_rule)
    assume *: \<open>\<And>x. a = x \<Longrightarrow> PROP P(x)\<close>
    show \<open>PROP P(a)\<close>
      by (rule *) (rule refl)
  next
    fix x
    assume \<open>PROP P(a)\<close> and \<open>a = x\<close>
    from \<open>a = x\<close> have \<open>a \<equiv> x\<close>
      by (rule eq_reflection)
    with \<open>PROP P(a)\<close> show \<open>PROP P(x)\<close>
      by simp
  qed
qed


subsubsection \<open>Conversion into rewrite rules\<close>

lemma P_iff_F: \<open>\<not> P \<Longrightarrow> (P \<longleftrightarrow> False)\<close>
  by iprover
lemma iff_reflection_F: \<open>\<not> P \<Longrightarrow> (P \<equiv> False)\<close>
  by (rule P_iff_F [THEN iff_reflection])

lemma P_iff_T: \<open>P \<Longrightarrow> (P \<longleftrightarrow> True)\<close>
  by iprover
lemma iff_reflection_T: \<open>P \<Longrightarrow> (P \<equiv> True)\<close>
  by (rule P_iff_T [THEN iff_reflection])


subsubsection \<open>More rewrite rules\<close>

lemma conj_commute: \<open>P \<and> Q \<longleftrightarrow> Q \<and> P\<close> by iprover
lemma conj_left_commute: \<open>P \<and> (Q \<and> R) \<longleftrightarrow> Q \<and> (P \<and> R)\<close> by iprover
lemmas conj_comms = conj_commute conj_left_commute

lemma disj_commute: \<open>P \<or> Q \<longleftrightarrow> Q \<or> P\<close> by iprover
lemma disj_left_commute: \<open>P \<or> (Q \<or> R) \<longleftrightarrow> Q \<or> (P \<or> R)\<close> by iprover
lemmas disj_comms = disj_commute disj_left_commute

lemma conj_disj_distribL: \<open>P \<and> (Q \<or> R) \<longleftrightarrow> (P \<and> Q \<or> P \<and> R)\<close> by iprover
lemma conj_disj_distribR: \<open>(P \<or> Q) \<and> R \<longleftrightarrow> (P \<and> R \<or> Q \<and> R)\<close> by iprover

lemma disj_conj_distribL: \<open>P \<or> (Q \<and> R) \<longleftrightarrow> (P \<or> Q) \<and> (P \<or> R)\<close> by iprover
lemma disj_conj_distribR: \<open>(P \<and> Q) \<or> R \<longleftrightarrow> (P \<or> R) \<and> (Q \<or> R)\<close> by iprover

lemma imp_conj_distrib: \<open>(P \<longrightarrow> (Q \<and> R)) \<longleftrightarrow> (P \<longrightarrow> Q) \<and> (P \<longrightarrow> R)\<close> by iprover
lemma imp_conj: \<open>((P \<and> Q) \<longrightarrow> R) \<longleftrightarrow> (P \<longrightarrow> (Q \<longrightarrow> R))\<close> by iprover
lemma imp_disj: \<open>(P \<or> Q \<longrightarrow> R) \<longleftrightarrow> (P \<longrightarrow> R) \<and> (Q \<longrightarrow> R)\<close> by iprover

lemma de_Morgan_disj: \<open>(\<not> (P \<or> Q)) \<longleftrightarrow> (\<not> P \<and> \<not> Q)\<close> by iprover

lemma not_ex: \<open>(\<not> (\<exists>x. P(x))) \<longleftrightarrow> (\<forall>x. \<not> P(x))\<close> by iprover
lemma imp_ex: \<open>((\<exists>x. P(x)) \<longrightarrow> Q) \<longleftrightarrow> (\<forall>x. P(x) \<longrightarrow> Q)\<close> by iprover

lemma ex_disj_distrib: \<open>(\<exists>x. P(x) \<or> Q(x)) \<longleftrightarrow> ((\<exists>x. P(x)) \<or> (\<exists>x. Q(x)))\<close>
  by iprover

lemma all_conj_distrib: \<open>(\<forall>x. P(x) \<and> Q(x)) \<longleftrightarrow> ((\<forall>x. P(x)) \<and> (\<forall>x. Q(x)))\<close>
  by iprover

end

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.14 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤





Download des
Quellennavigators
Download des
sprechenden Kalenders

in der Quellcodebibliothek suchen




Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.


Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.


Bot Zugriff