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2 <!-- =========== Terms, declarations and definitions ============ -->
3
4 <chapter id="sec_terms">
5   <title>Syntax</title>
6   <para>To describe syntax in this manual we use the following conventions:</para>
7   <orderedlist>
8     <listitem><para>Non terminal symbols are emphasized and have a link to their
9         definition. E.g.: &term;</para></listitem>
10     <listitem><para>Terminal symbols are in bold. E.g.:
11         <emphasis role="bold">theorem</emphasis></para></listitem>
12     <listitem><para>Optional sequences of elements are put in square brackets.
13         E.g.: [<emphasis role="bold">in</emphasis> &term;]</para></listitem>
14     <listitem><para>Alternatives are put in square brakets and they are
15         separated by vertical bars. E.g.: [<emphasis role="bold">&lt;</emphasis>|<emphasis role="bold">&gt;</emphasis>]</para></listitem>
16     <listitem><para>Repetitions of a sequence of elements are given by putting the
17     sequence in square brackets, that are followed by three dots. The empty
18     sequence is a valid repetition.
19     E.g.: [<emphasis role="bold">and</emphasis> &term;]…</para></listitem>
20     <listitem><para>Characters belonging to a set of characters are given
21      by listing the set elements in square brackets. Hyphens are used to
22      specify ranges of characters in the set.
23      E.g.: [<emphasis role="bold">a</emphasis>-<emphasis role="bold">zA</emphasis>-<emphasis role="bold">Z0</emphasis>-<emphasis role="bold">9_-</emphasis>]</para></listitem>
24   </orderedlist>
25   <sect1 id="terms_and_co">
26   <title>Terms &amp; co.</title>
27   <sect2 id="lexical">
28   <title>Lexical conventions</title>
29   <para>
30     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
31       <title>id</title>
32       <tgroup cols="4">
33       <tbody>
34        <row>
35         <entry id="id">&id;</entry>
36         <entry>::=</entry>
37         <entry><emphasis>〈〈any sequence of letters, underscores or valid <ulink url="http://www.w3.org/TR/2004/REC-xml-20040204/#NT-Digit">XML digits</ulink> prefixed by a latin letter ([a-zA-Z]) and post-fixed by a possible empty sequence of decorators ([?'`])〉〉</emphasis></entry>
38        </row>
39       </tbody>
40      </tgroup>
41     </table>
42     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
43       <title>nat</title>
44       <tgroup cols="4">
45       <tbody>
46        <row>
47         <entry id="nat">&nat;</entry>
48         <entry>::=</entry>
49         <entry><emphasis>〈〈any sequence of valid <ulink url="http://www.w3.org/TR/2004/REC-xml-20040204/#NT-Digit">XML digits</ulink></emphasis></entry>
50        </row>
51       </tbody>
52      </tgroup>
53     </table>
54     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
55       <title>char</title>
56       <tgroup cols="4">
57       <tbody>
58        <row>
59         <entry id="char">&char;</entry>
60         <entry>::=</entry>
61         <entry>[<emphasis role="bold">a</emphasis>-<emphasis role="bold">zA</emphasis>-<emphasis role="bold">Z0</emphasis>-<emphasis role="bold">9_-</emphasis>]</entry>
62        </row>
63       </tbody>
64      </tgroup>
65     </table>
66     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
67       <title>uri-step</title>
68       <tgroup cols="4">
69       <tbody>
70        <row>
71         <entry id="uri-step">&uri-step;</entry>
72         <entry>::=</entry>
73         <entry>&char;[&char;]…</entry>
74        </row>
75       </tbody>
76      </tgroup>
77     </table>
78     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
79       <title>uri</title>
80       <tgroup cols="4">
81       <tbody>
82        <row>
83         <entry id="uri">&uri;</entry>
84         <entry>::=</entry>
85         <entry>[<emphasis role="bold">cic:/</emphasis>|<emphasis role="bold">theory:/</emphasis>]&uri-step;[<emphasis role="bold">/</emphasis>&uri-step;]…<emphasis role="bold">.</emphasis>&id;[<emphasis role="bold">.</emphasis>&id;]…[<emphasis role="bold">#xpointer(</emphasis>&nat;<emphasis role="bold">/</emphasis>&nat;[<emphasis role="bold">/</emphasis>&nat;]…<emphasis role="bold">)</emphasis>]</entry>
86        </row>
87       </tbody>
88      </tgroup>
89     </table>
90   </para>
91   </sect2>
92   <sect2 id="terms">
93   <title>Terms</title>
94   <para>
95   <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
96     <title>Terms</title>
97     <tgroup cols="4">
98     <tbody>
99      <row>
100       <entry id="term">&term;</entry>
101       <entry>::=</entry>
102       <entry>&sterm;</entry>
103       <entry>simple or delimited term</entry>
104      </row>
105      <row>
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107       <entry>|</entry>
108       <entry>&term; &term;</entry>
109       <entry>application</entry>
110      </row>
111      <row>
112       <entry/>
113       <entry>|</entry>
114       <entry><emphasis role="bold">λ</emphasis>&args;<emphasis role="bold">.</emphasis>&term;</entry>
115       <entry>λ-abstraction</entry>
116      </row>
117      <row>
118       <entry/>
119       <entry>|</entry>
120       <entry><emphasis role="bold">Π</emphasis>&args;<emphasis role="bold">.</emphasis>&term;</entry>
121       <entry>dependent product meant to define a datatype</entry>
122      </row>
123      <row>
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125       <entry>|</entry>
126       <entry><emphasis role="bold">∀</emphasis>&args;<emphasis role="bold">.</emphasis>&term;</entry>
127       <entry>dependent product meant to define a proposition</entry>
128      </row>
129      <row>
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131       <entry>|</entry>
132       <entry>&term; <emphasis role="bold">→</emphasis> &term;</entry>
133       <entry>non-dependent product (logical implication or function space)</entry>
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135      <row>
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137       <entry>|</entry>
138       <entry><emphasis role="bold">let</emphasis> [&id;|(&id;<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;)] <emphasis role="bold">≝</emphasis> &term; <emphasis role="bold">in</emphasis> &term;</entry>
139       <entry>local definition</entry>
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141      <row>
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143       <entry>|</entry>
144       <entry><emphasis role="bold">let</emphasis>
145       [<emphasis role="bold">co</emphasis>]<emphasis role="bold">rec</emphasis>
146       &id; [&id;|<emphasis role="bold">(</emphasis>&id;[<emphasis role="bold">,</emphasis>&term;]… <emphasis role="bold">:</emphasis>&term;<emphasis role="bold">)</emphasis>]… [<emphasis role="bold">on</emphasis> &nat;]
147       [<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;]
148       <emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;
149       </entry>
150       <entry>(co)recursive definitions</entry>
151      </row>
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155       <entry>
156       [<emphasis role="bold">and</emphasis>
157       [&id;|<emphasis role="bold">(</emphasis>&id;[<emphasis role="bold">,</emphasis>&term;]… <emphasis role="bold">:</emphasis>&term;<emphasis role="bold">)</emphasis>]… [<emphasis role="bold">on</emphasis> &nat;]
158       [<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;]
159       <emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]…
160       </entry>
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166       <entry>
167       <emphasis role="bold">in</emphasis> &term;
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173       <entry>|</entry>
174       <entry>…</entry>
175       <entry>user provided notation</entry>
176      </row>
177     </tbody>
178    </tgroup>
179   </table>
180
181   <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
182     <title>Simple terms</title>
183     <tgroup cols="4">
184     <tbody>
185      <row>
186       <entry id="sterm">&sterm;</entry>
187       <entry>::=</entry>
188       <entry><emphasis role="bold">(</emphasis>&term;<emphasis role="bold">)</emphasis></entry>
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190      </row>
191      <row>
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193       <entry>|</entry>
194       <entry>&id;[<emphasis role="bold">\subst[</emphasis>
195        &id;<emphasis role="bold">≔</emphasis>&term;
196        [<emphasis role="bold">;</emphasis>&id;<emphasis role="bold">≔</emphasis>&term;]…
197        <emphasis role="bold">]</emphasis>]
198       </entry>
199       <entry>identifier with optional explicit named substitution</entry>
200      </row>
201      <row>
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203       <entry>|</entry>
204       <entry>&uri;</entry>
205       <entry>a qualified reference</entry>
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209       <entry>|</entry>
210       <entry><emphasis role="bold">Prop</emphasis></entry>
211       <entry>the impredicative sort of propositions</entry>
212      </row>
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215       <entry>|</entry>
216       <entry><emphasis role="bold">Set</emphasis></entry>
217       <entry>the impredicate sort of datatypes</entry>
218      </row>
219      <row>
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221       <entry>|</entry>
222       <entry><emphasis role="bold">Type</emphasis></entry>
223       <entry>one predicative sort of datatypes</entry>
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227       <entry>|</entry>
228       <entry><emphasis role="bold">?</emphasis></entry>
229       <entry>implicit argument</entry>
230      </row>
231      <row>
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234       <entry><emphasis role="bold">?n</emphasis>
235       [<emphasis role="bold">[</emphasis>
236       [<emphasis role="bold">_</emphasis>|&term;]…
237       <emphasis role="bold">]</emphasis>]</entry>
238       <entry>metavariable</entry>
239      </row>
240      <row>
241       <entry/>
242       <entry>|</entry>
243         <entry><emphasis role="bold">match</emphasis> &term; 
244         [ <emphasis role="bold">in</emphasis> &term; ]
245         [ <emphasis role="bold">return</emphasis> &term; ]
246         <emphasis role="bold">with</emphasis>
247       </entry>
248       <entry>case analysis</entry>
249      </row>
250      <row>
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254        <emphasis role="bold">[</emphasis> 
255        &match_pattern; <emphasis role="bold"> ⇒ </emphasis> &term;
256          [
257          <emphasis role="bold">|</emphasis>
258          &match_pattern; <emphasis role="bold"> ⇒ </emphasis> &term;
259          ]…<emphasis role="bold">]</emphasis> </entry>
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264       <entry>|</entry>
265       <entry><emphasis role="bold">(</emphasis>&term;<emphasis role="bold">:</emphasis>&term;<emphasis role="bold">)</emphasis></entry>
266       <entry>cast</entry>
267      </row>
268      <row>
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270       <entry>|</entry>
271       <entry>…</entry>
272       <entry>user provided notation at precedence 90</entry>
273      </row>
274     </tbody>
275    </tgroup>
276   </table>
277
278   <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
279     <title>Arguments</title>
280     <tgroup cols="4">
281     <tbody>
282      <row>
283       <entry id="args">&args;</entry>
284       <entry>::=</entry>
285       <entry>
286        <emphasis role="bold">_</emphasis>[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;]
287       </entry>
288       <entry>ignored argument</entry>
289      </row>
290      <row>
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292       <entry>|</entry>
293       <entry>
294        <emphasis role="bold">(</emphasis><emphasis role="bold">_</emphasis>[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;]<emphasis role="bold">)</emphasis>
295       </entry>
296       <entry>ignored argument</entry>
297      </row>
298      <row>
299       <entry/>
300       <entry>|</entry>
301       <entry>&id;[<emphasis role="bold">,</emphasis>&id;]…[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;]</entry>
302       <entry></entry>
303      </row>
304      <row>
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306       <entry>|</entry>
307       <entry><emphasis role="bold">(</emphasis>&id;[<emphasis role="bold">,</emphasis>&id;]…[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;]<emphasis role="bold">)</emphasis></entry>
308       <entry/>
309      </row>
310     </tbody>
311    </tgroup>
312   </table>
313
314   <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
315     <title>Miscellaneous arguments</title>
316     <tgroup cols="4">
317     <tbody>
318      <row>
319       <entry id="args2">&args2;</entry>
320       <entry>::=</entry>
321       <entry>&id;</entry>
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323      </row>
324      <row>
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326       <entry>|</entry>
327       <entry><emphasis role="bold">(</emphasis>&id;[<emphasis role="bold">,</emphasis>&id;]…<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;<emphasis role="bold">)</emphasis></entry>
328       <entry/>
329      </row>
330     </tbody>
331    </tgroup>
332   </table>
333
334   <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
335     <title>Pattern matching</title>
336     <tgroup cols="4">
337     <tbody>
338      <row>
339       <entry id="match_pattern">&match_pattern;</entry>
340       <entry>::=</entry>
341       <entry>&id;</entry>
342       <entry>0-ary constructor</entry>
343      </row>
344      <row>
345       <entry/>
346       <entry>|</entry>
347       <entry><emphasis role="bold">(</emphasis>&id; &id; [&id;]…<emphasis role="bold">)</emphasis></entry>
348       <entry>n-ary constructor (binds the n arguments)</entry>
349      </row>
350     </tbody>
351    </tgroup>
352   </table>
353   </para>
354
355   </sect2>
356   </sect1>
357
358   <sect1 id="axiom_definition_declaration">
359    <title>Definitions and declarations</title>
360    <sect2 id="axiom">
361     <title><emphasis role="bold">axiom</emphasis> &id;<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;</title>
362     <titleabbrev>axiom</titleabbrev>
363     <para><userinput>axiom H: P</userinput></para>
364     <para><command>H</command> is declared as an axiom that states <command>P</command></para>
365   </sect2>
366   <sect2 id="definition">
367     <title><emphasis role="bold">definition</emphasis> &id;[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;] [<emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]</title>
368     <titleabbrev>definition</titleabbrev>
369     <para><userinput>definition f: T ≝ t</userinput></para>
370     <para><command>f</command> is defined as <command>t</command>;
371      <command>T</command> is its type. An error is raised if the type of
372      <command>t</command> is not convertible to <command>T</command>.</para>
373     <para><command>T</command> is inferred from <command>t</command> if
374       omitted.</para>
375     <para><command>t</command> can be omitted only if <command>T</command> is
376      given. In this case Matita enters in interactive mode and
377      <command>f</command> must be defined by means of tactics.</para>
378     <para>Notice that the command is equivalent to <command>theorem f: T ≝ t</command>.</para>
379   </sect2>
380   <sect2 id="inductive">
381     <title>[<emphasis role="bold">inductive</emphasis>|<emphasis role="bold">coinductive</emphasis>] &id; [&args2;]… <emphasis role="bold">:</emphasis> &term; <emphasis role="bold">≝</emphasis> [<emphasis role="bold">|</emphasis>] [&id;<emphasis role="bold">:</emphasis>&term;] [<emphasis role="bold">|</emphasis> &id;<emphasis role="bold">:</emphasis>&term;]…
382 [<emphasis role="bold">with</emphasis> &id; <emphasis role="bold">:</emphasis> &term; <emphasis role="bold">≝</emphasis> [<emphasis role="bold">|</emphasis>] [&id;<emphasis role="bold">:</emphasis>&term;] [<emphasis role="bold">|</emphasis> &id;<emphasis role="bold">:</emphasis>&term;]…]…
383 </title>
384     <titleabbrev>(co)inductive types declaration</titleabbrev>
385     <para><userinput>inductive i x y z: S ≝ k1:T1 | … | kn:Tn with i' : S' ≝ k1':T1' | … | km':Tm'</userinput></para>
386     <para>Declares a family of two mutually inductive types
387      <command>i</command> and <command>i'</command> whose types are
388      <command>S</command> and <command>S'</command>, which must be convertible
389      to sorts.</para>
390     <para>The constructors <command>ki</command> of type <command>Ti</command>
391      and <command>ki'</command> of type <command>Ti'</command> are also
392      simultaneously declared. The declared types <command>i</command> and
393      <command>i'</command> may occur in the types of the constructors, but
394      only in strongly positive positions according to the rules of the
395      calculus.</para>
396     <para>The whole family is parameterized over the arguments <command>x,y,z</command>.</para>
397     <para>If the keyword <command>coinductive</command> is used, the declared
398      types are considered mutually coinductive.</para>
399     <para>Elimination principles for the record are automatically generated
400      by Matita, if allowed by the typing rules of the calculus according to
401      the sort <command>S</command>. If generated,
402      they are named <command>i_ind</command>, <command>i_rec</command> and
403      <command>i_rect</command> according to the sort of their induction
404      predicate.</para> 
405   </sect2>
406   <sect2 id="record">
407     <title><emphasis role="bold">record</emphasis> &id; [&args2;]… <emphasis role="bold">:</emphasis> &term; <emphasis role="bold">≝</emphasis><emphasis role="bold">{</emphasis>[&id; [<emphasis role="bold">:</emphasis>|<emphasis role="bold">:&gt;</emphasis>] &term;] [<emphasis role="bold">;</emphasis>&id; [<emphasis role="bold">:</emphasis>|<emphasis role="bold">:&gt;</emphasis>] &term;]…<emphasis role="bold">}</emphasis></title>
408     <titleabbrev>record</titleabbrev>
409     <para><userinput>record id x y z: S ≝ { f1: T1; …; fn:Tn }</userinput></para>
410     <para>Declares a new record family <command>id</command> parameterized over
411      <command>x,y,z</command>.</para>
412     <para><command>S</command> is the type of the record
413      and it must be convertible to a sort.</para>
414     <para>Each field <command>fi</command> is declared by giving its type
415      <command>Ti</command>. A record without any field is admitted.</para>
416     <para>Elimination principles for the record are automatically generated
417      by Matita, if allowed by the typing rules of the calculus according to
418      the sort <command>S</command>. If generated,
419      they are named <command>i_ind</command>, <command>i_rec</command> and
420      <command>i_rect</command> according to the sort of their induction
421      predicate.</para> 
422     <para>For each field <command>fi</command> a record projection
423      <command>fi</command> is also automatically generated if projection
424      is allowed by the typing rules of the calculus according to the
425      sort <command>S</command>, the type <command>T1</command> and
426      the definability of depending record projections.</para>
427     <para>If the type of a field is declared with <command>:&gt;</command>,
428      the corresponding record projection becomes an implicit coercion.
429      This is just syntactic sugar and it has the same effect of declaring the
430      record projection as a coercion later on.</para>
431   </sect2>
432   </sect1>
433
434   <sect1 id="proofs">
435    <title>Proofs</title>
436    <sect2 id="theorem">
437     <title><emphasis role="bold">theorem</emphasis> &id;[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;] [<emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]</title>
438     <titleabbrev>theorem</titleabbrev>
439     <para><userinput>theorem f: P ≝ p</userinput></para>
440     <para>Proves a new theorem <command>f</command> whose thesis is
441      <command>P</command>.</para>
442     <para>If <command>p</command> is provided, it must be a proof term for
443      <command>P</command>. Otherwise an interactive proof is started.</para>
444     <para><command>P</command> can be omitted only if the proof is not
445      interactive.</para>
446     <para>Proving a theorem already proved in the library is an error.
447      To provide an alternative name and proof for the same theorem, use
448      <command>variant f: P ≝ p</command>.</para>
449     <para>A warning is raised if the name of the theorem cannot be obtained
450       by mangling the name of the constants in its thesis.</para>
451     <para>Notice that the command is equivalent to <command>definition f: T ≝ t</command>.</para>
452    </sect2>
453    <sect2 id="variant">
454     <title><emphasis role="bold">variant</emphasis> &id;[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;] [<emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]</title>
455     <titleabbrev>variant</titleabbrev>
456     <para><userinput>variant f: T ≝ t</userinput></para>
457     <para>Same as <command>theorem f: T ≝ t</command>, but it does not
458      complain if the theorem has already been proved. To be used to give
459      an alternative name or proof to a theorem.</para>
460    </sect2>
461    <sect2 id="lemma">
462     <title><emphasis role="bold">lemma</emphasis> &id;[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;] [<emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]</title>
463     <titleabbrev>lemma</titleabbrev>
464     <para><userinput>lemma f: T ≝ t</userinput></para>
465     <para>Same as <command>theorem f: T ≝ t</command></para>
466    </sect2>
467    <sect2 id="fact">
468     <title><emphasis role="bold">fact</emphasis> &id;[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;] [<emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]</title>
469     <titleabbrev>fact</titleabbrev>
470     <para><userinput>fact f: T ≝ t</userinput></para>
471     <para>Same as <command>theorem f: T ≝ t</command></para>
472    </sect2>
473    <sect2 id="remark">
474     <title><emphasis role="bold">remark</emphasis> &id;[<emphasis role="bold">:</emphasis> &term;] [<emphasis role="bold">≝</emphasis> &term;]</title>
475     <titleabbrev>remark</titleabbrev>
476     <para><userinput>remark f: T ≝ t</userinput></para>
477     <para>Same as <command>theorem f: T ≝ t</command></para>
478    </sect2>
479   </sect1>
480
481   <sect1 id="tacticargs">
482    <title>Tactic arguments</title>
483    <para>This section documents the syntax of some recurring arguments for
484     tactics.</para>
485
486     <sect2 id="introsspec">
487     <title>intros-spec</title>
488     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
489       <title>intros-spec</title>
490       <tgroup cols="4">
491       <tbody>
492        <row>
493         <entry id="intros-spec">&intros-spec;</entry>
494         <entry>::=</entry>
495         <entry>[&nat;] [<emphasis role="bold">(</emphasis>[&id;]…<emphasis role="bold">)</emphasis>]</entry>
496        </row>
497       </tbody>
498      </tgroup>
499     </table>
500         <para>The natural number is the number of new hypotheses to be introduced. The list of identifiers gives the name for the first hypotheses.</para>
501     </sect2>
502
503     <sect2 id="pattern">
504     <title>pattern</title>
505     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
506       <title>pattern</title>
507       <tgroup cols="4">
508       <tbody>
509        <row>
510         <entry id="pattern">&pattern;</entry>
511         <entry>::=</entry>
512         <entry>&TODO;</entry>
513        </row>
514       </tbody>
515      </tgroup>
516     </table>
517         <para>&TODO;</para>
518     </sect2>
519
520     <sect2 id="reduction-kind">
521     <title>reduction-kind</title>
522     <para>Reduction kinds are normalization functions that transform a term
523      to a convertible but simpler one. Each reduction kind can be used both
524      as a tactic argument and as a stand-alone tactic.</para>
525     <table frame="all" rowsep="0" colsep="0">
526       <title>reduction-kind</title>
527       <tgroup cols="4">
528       <tbody>
529        <row>
530         <entry id="reduction-kind">&reduction-kind;</entry>
531         <entry>::=</entry>
532         <entry><emphasis role="bold">demodulate</emphasis></entry>
533        </row>
534        <row>
535         <entry/>
536         <entry>|</entry>
537         <entry><emphasis role="bold">normalize</emphasis></entry>
538         <entry>Computes the βδιζ-normal form</entry>
539        </row>
540        <row>
541         <entry/>
542         <entry>|</entry>
543         <entry><emphasis role="bold">reduce</emphasis></entry>
544         <entry>Computes the βδιζ-normal form</entry>
545        </row>
546        <row>
547         <entry/>
548         <entry>|</entry>
549         <entry><emphasis role="bold">simplify</emphasis></entry>
550         <entry>Computes a form supposed to be simpler</entry>
551        </row>
552        <row>
553         <entry/>
554         <entry>|</entry>
555         <entry><emphasis role="bold">unfold</emphasis> [&sterm;]</entry>
556         <entry>δ-reduces the constant or variable specified, or that
557          in head position if none is specified</entry>
558        </row>
559        <row>
560         <entry/>
561         <entry>|</entry>
562         <entry><emphasis role="bold">whd</emphasis></entry>
563         <entry>Computes the βδιζ-weak-head normal form</entry>
564        </row>
565       </tbody>
566      </tgroup>
567     </table>
568     </sect2>
569   </sect1>
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571 </chapter>
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