products/sources/formale sprachen/Isabelle/ZF image not shown  

Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: Trancl.thy   Sprache: Isabelle

Original von: Isabelle©

(*  Title:      ZF/Trancl.thy
    Author:     Lawrence C Paulson, Cambridge University Computer Laboratory
    Copyright   1992  University of Cambridge
*)


section\<open>Relations: Their General Properties and Transitive Closure\<close>

theory Trancl imports Fixedpt Perm begin

definition
  refl     :: "[i,i]=>o"  where
    "refl(A,r) == (\x\A. \ r)"

definition
  irrefl   :: "[i,i]=>o"  where
    "irrefl(A,r) == \x\A. \ r"

definition
  sym      :: "i=>o"  where
    "sym(r) == \x y. : r \ : r"

definition
  asym     :: "i=>o"  where
    "asym(r) == \x y. :r \ ~ :r"

definition
  antisym  :: "i=>o"  where
    "antisym(r) == \x y.:r \ :r \ x=y"

definition
  trans    :: "i=>o"  where
    "trans(r) == \x y z. : r \ : r \ : r"

definition
  trans_on :: "[i,i]=>o"  (\<open>trans[_]'(_')\<close>)  where
    "trans[A](r) == \x\A. \y\A. \z\A.
                          <x,y>: r \<longrightarrow> <y,z>: r \<longrightarrow> <x,z>: r"

definition
  rtrancl :: "i=>i"  (\<open>(_^*)\<close> [100] 100)  (*refl/transitive closure*)  where
    "r^* == lfp(field(r)*field(r), %s. id(field(r)) \ (r O s))"

definition
  trancl  :: "i=>i"  (\<open>(_^+)\<close> [100] 100)  (*transitive closure*)  where
    "r^+ == r O r^*"

definition
  equiv    :: "[i,i]=>o"  where
    "equiv(A,r) == r \ A*A & refl(A,r) & sym(r) & trans(r)"


subsection\<open>General properties of relations\<close>

subsubsection\<open>irreflexivity\<close>

lemma irreflI:
    "[| !!x. x \ A ==> \ r |] ==> irrefl(A,r)"
by (simp add: irrefl_def)

lemma irreflE: "[| irrefl(A,r); x \ A |] ==> \ r"
by (simp add: irrefl_def)

subsubsection\<open>symmetry\<close>

lemma symI:
     "[| !!x y.: r ==> : r |] ==> sym(r)"
by (unfold sym_def, blast)

lemma symE: "[| sym(r); : r |] ==> : r"
by (unfold sym_def, blast)

subsubsection\<open>antisymmetry\<close>

lemma antisymI:
     "[| !!x y.[| : r; : r |] ==> x=y |] ==> antisym(r)"
by (simp add: antisym_def, blast)

lemma antisymE: "[| antisym(r); : r; : r |] ==> x=y"
by (simp add: antisym_def, blast)

subsubsection\<open>transitivity\<close>

lemma transD: "[| trans(r); :r; :r |] ==> :r"
by (unfold trans_def, blast)

lemma trans_onD:
    "[| trans[A](r); :r; :r; a \ A; b \ A; c \ A |] ==> :r"
by (unfold trans_on_def, blast)

lemma trans_imp_trans_on: "trans(r) ==> trans[A](r)"
by (unfold trans_def trans_on_def, blast)

lemma trans_on_imp_trans: "[|trans[A](r); r \ A*A|] ==> trans(r)"
by (simp add: trans_on_def trans_def, blast)


subsection\<open>Transitive closure of a relation\<close>

lemma rtrancl_bnd_mono:
     "bnd_mono(field(r)*field(r), %s. id(field(r)) \ (r O s))"
by (rule bnd_monoI, blast+)

lemma rtrancl_mono: "r<=s ==> r^* \ s^*"
apply (unfold rtrancl_def)
apply (rule lfp_mono)
apply (rule rtrancl_bnd_mono)+
apply blast
done

(* @{term"r^* = id(field(r)) \<union> ( r O r^* )"}    *)
lemmas rtrancl_unfold =
     rtrancl_bnd_mono [THEN rtrancl_def [THEN def_lfp_unfold]]

(** The relation rtrancl **)

(*  @{term"r^* \<subseteq> field(r) * field(r)"}  *)
lemmas rtrancl_type = rtrancl_def [THEN def_lfp_subset]

lemma relation_rtrancl: "relation(r^*)"
apply (simp add: relation_def)
apply (blast dest: rtrancl_type [THEN subsetD])
done

(*Reflexivity of rtrancl*)
lemma rtrancl_refl: "[| a \ field(r) |] ==> \ r^*"
apply (rule rtrancl_unfold [THEN ssubst])
apply (erule idI [THEN UnI1])
done

(*Closure under composition with r  *)
lemma rtrancl_into_rtrancl: "[| \ r^*; \ r |] ==> \ r^*"
apply (rule rtrancl_unfold [THEN ssubst])
apply (rule compI [THEN UnI2], assumption, assumption)
done

(*rtrancl of r contains all pairs in r  *)
lemma r_into_rtrancl: " \ r ==> \ r^*"
by (rule rtrancl_refl [THEN rtrancl_into_rtrancl], blast+)

(*The premise ensures that r consists entirely of pairs*)
lemma r_subset_rtrancl: "relation(r) ==> r \ r^*"
by (simp add: relation_def, blast intro: r_into_rtrancl)

lemma rtrancl_field: "field(r^*) = field(r)"
by (blast intro: r_into_rtrancl dest!: rtrancl_type [THEN subsetD])


(** standard induction rule **)

lemma rtrancl_full_induct [case_names initial step, consumes 1]:
  "[| \ r^*;
      !!x. x \<in> field(r) ==> P(<x,x>);
      !!x y z.[| P(<x,y>); <x,y>: r^*; <y,z>: r |]  ==>  P(<x,z>) |]
   ==>  P(<a,b>)"
by (erule def_induct [OF rtrancl_def rtrancl_bnd_mono], blast)

(*nice induction rule.
  Tried adding the typing hypotheses y,z \<in> field(r), but these
  caused expensive case splits!*)

lemma rtrancl_induct [case_names initial step, induct set: rtrancl]:
  "[| \ r^*;
      P(a);
      !!y z.[| <a,y> \<in> r^*;  <y,z> \<in> r;  P(y) |] ==> P(z)
   |] ==> P(b)"
(*by induction on this formula*)
apply (subgoal_tac "\y. = \ P (y) ")
(*now solve first subgoal: this formula is sufficient*)
apply (erule spec [THEN mp], rule refl)
(*now do the induction*)
apply (erule rtrancl_full_induct, blast+)
done

(*transitivity of transitive closure!! -- by induction.*)
lemma trans_rtrancl: "trans(r^*)"
apply (unfold trans_def)
apply (intro allI impI)
apply (erule_tac b = z in rtrancl_induct, assumption)
apply (blast intro: rtrancl_into_rtrancl)
done

lemmas rtrancl_trans = trans_rtrancl [THEN transD]

(*elimination of rtrancl -- by induction on a special formula*)
lemma rtranclE:
    "[| \ r^*; (a=b) ==> P;
        !!y.[| <a,y> \<in> r^*;   <y,b> \<in> r |] ==> P |]
     ==> P"
apply (subgoal_tac "a = b | (\y. \ r^* & \ r) ")
(*see HOL/trancl*)
apply blast
apply (erule rtrancl_induct, blast+)
done


(**** The relation trancl ****)

(*Transitivity of r^+ is proved by transitivity of r^*  *)
lemma trans_trancl: "trans(r^+)"
apply (unfold trans_def trancl_def)
apply (blast intro: rtrancl_into_rtrancl
                    trans_rtrancl [THEN transD, THEN compI])
done

lemmas trans_on_trancl = trans_trancl [THEN trans_imp_trans_on]

lemmas trancl_trans = trans_trancl [THEN transD]

(** Conversions between trancl and rtrancl **)

lemma trancl_into_rtrancl: " \ r^+ ==> \ r^*"
apply (unfold trancl_def)
apply (blast intro: rtrancl_into_rtrancl)
done

(*r^+ contains all pairs in r  *)
lemma r_into_trancl: " \ r ==> \ r^+"
apply (unfold trancl_def)
apply (blast intro!: rtrancl_refl)
done

(*The premise ensures that r consists entirely of pairs*)
lemma r_subset_trancl: "relation(r) ==> r \ r^+"
by (simp add: relation_def, blast intro: r_into_trancl)


(*intro rule by definition: from r^* and r  *)
lemma rtrancl_into_trancl1: "[| \ r^*; \ r |] ==> \ r^+"
by (unfold trancl_def, blast)

(*intro rule from r and r^*  *)
lemma rtrancl_into_trancl2:
    "[| \ r; \ r^* |] ==> \ r^+"
apply (erule rtrancl_induct)
 apply (erule r_into_trancl)
apply (blast intro: r_into_trancl trancl_trans)
done

(*Nice induction rule for trancl*)
lemma trancl_induct [case_names initial step, induct set: trancl]:
  "[| \ r^+;
      !!y.  [| <a,y> \<in> r |] ==> P(y);
      !!y z.[| <a,y> \<in> r^+;  <y,z> \<in> r;  P(y) |] ==> P(z)
   |] ==> P(b)"
apply (rule compEpair)
apply (unfold trancl_def, assumption)
(*by induction on this formula*)
apply (subgoal_tac "\z. \ r \ P (z) ")
(*now solve first subgoal: this formula is sufficient*)
 apply blast
apply (erule rtrancl_induct)
apply (blast intro: rtrancl_into_trancl1)+
done

(*elimination of r^+ -- NOT an induction rule*)
lemma tranclE:
    "[| \ r^+;
        <a,b> \<in> r ==> P;
        !!y.[| <a,y> \<in> r^+; <y,b> \<in> r |] ==> P
     |] ==> P"
apply (subgoal_tac " \ r | (\y. \ r^+ & \ r) ")
apply blast
apply (rule compEpair)
apply (unfold trancl_def, assumption)
apply (erule rtranclE)
apply (blast intro: rtrancl_into_trancl1)+
done

lemma trancl_type: "r^+ \ field(r)*field(r)"
apply (unfold trancl_def)
apply (blast elim: rtrancl_type [THEN subsetD, THEN SigmaE2])
done

lemma relation_trancl: "relation(r^+)"
apply (simp add: relation_def)
apply (blast dest: trancl_type [THEN subsetD])
done

lemma trancl_subset_times: "r \ A * A ==> r^+ \ A * A"
by (insert trancl_type [of r], blast)

lemma trancl_mono: "r<=s ==> r^+ \ s^+"
by (unfold trancl_def, intro comp_mono rtrancl_mono)

lemma trancl_eq_r: "[|relation(r); trans(r)|] ==> r^+ = r"
apply (rule equalityI)
 prefer 2 apply (erule r_subset_trancl, clarify)
apply (frule trancl_type [THEN subsetD], clarify)
apply (erule trancl_induct, assumption)
apply (blast dest: transD)
done


(** Suggested by Sidi Ould Ehmety **)

lemma rtrancl_idemp [simp]: "(r^*)^* = r^*"
apply (rule equalityI, auto)
 prefer 2
 apply (frule rtrancl_type [THEN subsetD])
 apply (blast intro: r_into_rtrancl )
txt\<open>converse direction\<close>
apply (frule rtrancl_type [THEN subsetD], clarify)
apply (erule rtrancl_induct)
apply (simp add: rtrancl_refl rtrancl_field)
apply (blast intro: rtrancl_trans)
done

lemma rtrancl_subset: "[| R \ S; S \ R^* |] ==> S^* = R^*"
apply (drule rtrancl_mono)
apply (drule rtrancl_mono, simp_all, blast)
done

lemma rtrancl_Un_rtrancl:
     "[| relation(r); relation(s) |] ==> (r^* \ s^*)^* = (r \ s)^*"
apply (rule rtrancl_subset)
apply (blast dest: r_subset_rtrancl)
apply (blast intro: rtrancl_mono [THEN subsetD])
done

(*** "converse" laws by Sidi Ould Ehmety ***)

(** rtrancl **)

lemma rtrancl_converseD: ":converse(r)^* ==> :converse(r^*)"
apply (rule converseI)
apply (frule rtrancl_type [THEN subsetD])
apply (erule rtrancl_induct)
apply (blast intro: rtrancl_refl)
apply (blast intro: r_into_rtrancl rtrancl_trans)
done

lemma rtrancl_converseI: ":converse(r^*) ==> :converse(r)^*"
apply (drule converseD)
apply (frule rtrancl_type [THEN subsetD])
apply (erule rtrancl_induct)
apply (blast intro: rtrancl_refl)
apply (blast intro: r_into_rtrancl rtrancl_trans)
done

lemma rtrancl_converse: "converse(r)^* = converse(r^*)"
apply (safe intro!: equalityI)
apply (frule rtrancl_type [THEN subsetD])
apply (safe dest!: rtrancl_converseD intro!: rtrancl_converseI)
done

(** trancl **)

lemma trancl_converseD: ":converse(r)^+ ==> :converse(r^+)"
apply (erule trancl_induct)
apply (auto intro: r_into_trancl trancl_trans)
done

lemma trancl_converseI: ":converse(r^+) ==> :converse(r)^+"
apply (drule converseD)
apply (erule trancl_induct)
apply (auto intro: r_into_trancl trancl_trans)
done

lemma trancl_converse: "converse(r)^+ = converse(r^+)"
apply (safe intro!: equalityI)
apply (frule trancl_type [THEN subsetD])
apply (safe dest!: trancl_converseD intro!: trancl_converseI)
done

lemma converse_trancl_induct [case_names initial step, consumes 1]:
"[| :r^+; !!y. :r ==> P(y);
      !!y z. [| <y, z> \<in> r; <z, b> \<in> r^+; P(z) |] ==> P(y) |]
       ==> P(a)"
apply (drule converseI)
apply (simp (no_asm_use) add: trancl_converse [symmetric])
apply (erule trancl_induct)
apply (auto simp add: trancl_converse)
done

end

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.6 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