weblib/tutorial/chapter10.ma

   1 (*
   2 \ 5h1\ 6Regular Expressions Equivalence\ 5/h1\ 6*)
   3
   4 include "tutorial/chapter9.ma".
   5
   6 (* We say that two pres 〈i_1,b_1〉 and 〈i_1,b_1〉 are {\em cofinal} if and
   7 only if b_1 = b_2. *)
   8
   9 definition cofinal ≝ λS.λp:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S).
  10   \ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p).
  11
  12 (* As a corollary of decidable_sem, we have that two expressions
  13 e1 and e2 are equivalent iff for any word w the states reachable
  14 through w are cofinal. *)
  15
  16 theorem equiv_sem: ∀S:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.∀e1,e2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
  17   \ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e1} \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 \ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e2} \ 5a title="iff" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6↔\ 5/a\ 6 ∀w.\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/cofinal.def(2)"\ 6cofinal\ 5/a\ 6 ? \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e1,\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e2〉.
  18 #S #e1 #e2 %
  19 [#same_sem #w
  20   cut (∀b1,b2. \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff.def(1)"\ 6iff\ 5/a\ 6 (b1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6) (b2 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6) → (b1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 b2))
  21     [* * // * #H1 #H2 [@\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/sym_eq.def(2)"\ 6sym_eq\ 5/a\ 6 @H1 //| @H2 //]]
  22   #Hcut @Hcut @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_trans.def(2)"\ 6iff_trans\ 5/a\ 6 [|@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/decidable_sem.def(15)"\ 6decidable_sem\ 5/a\ 6]
  23   @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_trans.def(2)"\ 6iff_trans\ 5/a\ 6 [|@same_sem] @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_sym.def(2)"\ 6iff_sym\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/decidable_sem.def(15)"\ 6decidable_sem\ 5/a\ 6
  24 |#H #w1 @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_trans.def(2)"\ 6iff_trans\ 5/a\ 6 [||@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/decidable_sem.def(15)"\ 6decidable_sem\ 5/a\ 6] <H @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_sym.def(2)"\ 6iff_sym\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/decidable_sem.def(15)"\ 6decidable_sem\ 5/a\ 6]
  25 qed.
  26
  27 (* This does not directly imply decidability: we have no bound over the
  28 length of w; moreover, so far, we made no assumption over the cardinality
  29 of S. Instead of requiring S to be finite, we may restrict the analysis
  30 to characters occurring in the given pres. *)
  31
  32 definition occ ≝ λS.λe1,e2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
  33   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append.fix(0,1,5)"\ 6unique_append\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/occur.fix(0,1,6)"\ 6occur\ 5/a\ 6 S (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e1|)) (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/occur.fix(0,1,6)"\ 6occur\ 5/a\ 6 S (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e2|)).
  34
  35 lemma occ_enough: ∀S.∀e1,e2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
  36 (∀w.(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist.def(5)"\ 6sublist\ 5/a\ 6 S w (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ.def(7)"\ 6occ\ 5/a\ 6 S e1 e2))→ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/cofinal.def(2)"\ 6cofinal\ 5/a\ 6 ? \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e1,\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e2〉)
  37  →∀w.\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/cofinal.def(2)"\ 6cofinal\ 5/a\ 6 ? \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e1,\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e2〉.
  38 #S #e1 #e2 #H #w
  39 cases (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/decidable_sublist.def(6)"\ 6decidable_sublist\ 5/a\ 6 S w (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ.def(7)"\ 6occ\ 5/a\ 6 S e1 e2)) [@H] -H #H
  40  >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/to_pit.def(10)"\ 6to_pit\ 5/a\ 6 [2: @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/not_to_not.def(3)"\ 6not_to_not\ 5/a\ 6 … H) #H1 #a #memba @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist_unique_append_l1.def(6)"\ 6sublist_unique_append_l1\ 5/a\ 6 @H1 //]
  41  >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/to_pit.def(10)"\ 6to_pit\ 5/a\ 6 [2: @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/not_to_not.def(3)"\ 6not_to_not\ 5/a\ 6 … H) #H1 #a #memba  @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist_unique_append_l2.def(6)"\ 6sublist_unique_append_l2\ 5/a\ 6 @H1 //]
  42  //
  43 qed.
  44
  45 (* The following is a stronger version of equiv_sem, relative to characters
  46 occurring the given regular expressions. *)
  47
  48 lemma equiv_sem_occ: ∀S.∀e1,e2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
  49 (∀w.(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist.def(5)"\ 6sublist\ 5/a\ 6 S w (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ.def(7)"\ 6occ\ 5/a\ 6 S e1 e2))→ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/cofinal.def(2)"\ 6cofinal\ 5/a\ 6 ? \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e1,\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e2〉)
  50 → \ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e1}\ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61\ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e2}.
  51 #S #e1 #e2 #H @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/proj2.def(2)"\ 6proj2\ 5/a\ 6 … (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv_sem.def(16)"\ 6equiv_sem\ 5/a\ 6 …)) @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ_enough.def(11)"\ 6occ_enough\ 5/a\ 6 #w @H
  52 qed.
  53
  54 (*
  55 \ 5h2\ 6Bisimulations\ 5/h2\ 6
  56
  57 We say that a list of pairs of pres is a bisimulation if it is closed
  58 w.r.t. moves, and all its members are cofinal.
  59 *)
  60
  61 definition sons ≝ λS:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.λl:\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 S.λp:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S).
  62  \ 5a href="cic:/matita/basics/list/map.fix(0,3,1)"\ 6map\ 5/a\ 6 ?? (λa.\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/move.fix(0,2,6)"\ 6move\ 5/a\ 6 S a (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p)),\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/move.fix(0,2,6)"\ 6move\ 5/a\ 6 S a (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p))〉) l.
  63
  64 lemma memb_sons: ∀S,l.∀p,q:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S). \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? p (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sons.def(7)"\ 6sons\ 5/a\ 6 ? l q) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 →
  65   \ 5a title="exists" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∃\ 5/a\ 6a.(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/move.fix(0,2,6)"\ 6move\ 5/a\ 6 ? a (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 q)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6
  66       \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/move.fix(0,2,6)"\ 6move\ 5/a\ 6 ? a (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 q)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p).
  67 #S #l elim l [#p #q normalize in ⊢ (%→?); #abs @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/False_ind.fix(0,1,1)"\ 6False_ind\ 5/a\ 6 /\ 5span class="autotactic"\ 62\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/absurd.def(2)"\ 6absurd\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/]
  68 #a #tl #Hind #p #q #H cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/orb_true_l.def(2)"\ 6orb_true_l\ 5/a\ 6 … H) -H
  69   [#H @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/ex.con(0,1,2)"\ 6ex_intro\ 5/a\ 6 … a) >(\P H) /\ 5span class="autotactic"\ 62\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/And.con(0,1,2)"\ 6conj\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/ |#H @Hind @H]
  70 qed.
  71
  72 definition is_bisim ≝ λS:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.λl:\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.λalpha:\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 S.
  73   ∀p:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S). \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? p l \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 → \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/cofinal.def(2)"\ 6cofinal\ 5/a\ 6 ? p \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist.def(5)"\ 6sublist\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sons.def(7)"\ 6sons\ 5/a\ 6 ? alpha p) l).
  74
  75 (* Using lemma equiv_sem_occ it is easy to prove the following result: *)
  76
  77 lemma bisim_to_sem: ∀S:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.∀l:\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.∀e1,e2: \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
  78   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/is_bisim.def(8)"\ 6is_bisim\ 5/a\ 6 S l (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ.def(7)"\ 6occ\ 5/a\ 6 S e1 e2) → \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ?\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6e1,e2〉 l \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 → \ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e1}\ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61\ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e2}.
  79 #S #l #e1 #e2 #Hbisim #Hmemb @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv_sem_occ.def(17)"\ 6equiv_sem_occ\ 5/a\ 6
  80 #w #Hsub @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/proj1.def(2)"\ 6proj1\ 5/a\ 6 … (Hbisim \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 S w e1,\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 S w e2〉 ?))
  81 lapply Hsub @(\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list_elim_left.def(10)"\ 6list_elim_left\ 5/a\ 6 … w) [//]
  82 #a #w1 #Hind #Hsub >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves_left.def(9)"\ 6moves_left\ 5/a\ 6 >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves_left.def(9)"\ 6moves_left\ 5/a\ 6 @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/proj2.def(2)"\ 6proj2\ 5/a\ 6 …(Hbisim …(Hind ?)))
  83   [#x #Hx @Hsub @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l1.def(5)"\ 6memb_append_l1\ 5/a\ 6 //
  84   |cut (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 S a (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ.def(7)"\ 6occ\ 5/a\ 6 S e1 e2) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6) [@Hsub @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l2.def(5)"\ 6memb_append_l2\ 5/a\ 6 //] #occa
  85    @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_map.def(5)"\ 6memb_map\ 5/a\ 6 … occa)
  86   ]
  87 qed.
  88
  89 (* This is already an interesting result: checking if l is a bisimulation
  90 is decidable, hence we could generate l with some untrusted piece of code
  91 and then run a (boolean version of) is_bisim to check that it is actually
  92 a bisimulation.
  93 However, in order to prove that equivalence of regular expressions
  94 is decidable we must prove that we can always effectively build such a list
  95 (or find a counterexample).
  96 The idea is that the list we are interested in is just the set of
  97 all pair of pres reachable from the initial pair via some
  98 sequence of moves.
  99
 100 The algorithm for computing reachable nodes in graph is a very
 101 traditional one. We split nodes in two disjoint lists: a list of
 102 visited nodes and a frontier, composed by all nodes connected
 103 to a node in visited but not visited already. At each step we select a node
 104 a from the frontier, compute its sons, add a to the set of
 105 visited nodes and the (not already visited) sons to the frontier.
 106
 107 Instead of fist computing reachable nodes and then performing the
 108 bisimilarity test we can directly integrate it in the algorithm:
 109 the set of visited nodes is closed by construction w.r.t. reachability,
 110 so we have just to check cofinality for any node we add to visited.
 111
 112 Here is the extremely simple algorithm: *)
 113
 114 let rec bisim S l n (frontier,visited: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?) on n ≝
 115   match n with
 116   [ O ⇒ \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6,visited〉 (* assert false *)
 117   | S m ⇒
 118     match frontier with
 119     [ nil ⇒ \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6,visited〉
 120     | cons hd tl ⇒
 121       if \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 hd)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 hd)) then
 122         bisim S l m (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append.fix(0,1,5)"\ 6unique_append\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/basics/list/filter.def(2)"\ 6filter\ 5/a\ 6 ? (λx.\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/notb.def(1)"\ 6notb\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? x (hd\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited)))
 123         (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sons.def(7)"\ 6sons\ 5/a\ 6 S l hd)) tl) (hd\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited)
 124       else \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6,visited〉
 125     ]
 126   ].
 127
 128 (* The integer n is an upper bound to the number of recursive call,
 129 equal to the dimension of the graph. It returns a pair composed
 130 by a boolean and a the set of visited nodes; the boolean is true
 131 if and only if all visited nodes are cofinal.
 132
 133 The following results explicitly state the behaviour of bisim is the general
 134 case and in some relevant instances *)
 135
 136 lemma unfold_bisim: ∀S,l,n.∀frontier,visited: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 137   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 S l n frontier visited \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6
 138   match n with
 139   [ O ⇒ \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6,visited〉 (* assert false *)
 140   | S m ⇒
 141     match frontier with
 142     [ nil ⇒ \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6,visited〉
 143     | cons hd tl ⇒
 144       if \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 hd)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 hd)) then
 145         \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 S l m (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append.fix(0,1,5)"\ 6unique_append\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/basics/list/filter.def(2)"\ 6filter\ 5/a\ 6 ? (λx.\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/notb.def(1)"\ 6notb\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? x (hd\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited)))
 146           (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sons.def(7)"\ 6sons\ 5/a\ 6 S l hd)) tl) (hd\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited)
 147       else \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6,visited〉
 148     ]
 149   ].
 150 #S #l #n cases n // qed.
 151
 152 lemma bisim_never: ∀S,l.∀frontier,visited: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 153   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 S l \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,1,0)"\ 6O\ 5/a\ 6 frontier visited \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6,visited〉.
 154 #frontier #visited >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/unfold_bisim.def(9)"\ 6unfold_bisim\ 5/a\ 6 //
 155 qed.
 156
 157 lemma bisim_end: ∀Sig,l,m.∀visited: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 158   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 Sig l (\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 m) \ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6] visited \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6,visited〉.
 159 #n #visisted >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/unfold_bisim.def(9)"\ 6unfold_bisim\ 5/a\ 6 //
 160 qed.
 161
 162 lemma bisim_step_true: ∀Sig,l,m.∀p.∀frontier,visited: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 163 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 →
 164   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 Sig l (\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 m) (p\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:frontier) visited \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6
 165   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 Sig l m (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append.fix(0,1,5)"\ 6unique_append\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/basics/list/filter.def(2)"\ 6filter\ 5/a\ 6 ? (λx.\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/notb.def(1)"\ 6notb\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? x (p\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited)))
 166     (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sons.def(7)"\ 6sons\ 5/a\ 6 Sig l p)) frontier) (p\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited).
 167 #Sig #l #m #p #frontier #visited #test >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/unfold_bisim.def(9)"\ 6unfold_bisim\ 5/a\ 6 whd in ⊢ (??%?);  >test //
 168 qed.
 169
 170 lemma bisim_step_false: ∀Sig,l,m.∀p.∀frontier,visited: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 171 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6 →
 172   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 Sig l (\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 m) (p\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:frontier) visited \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6,visited〉.
 173 #Sig #l #m #p #frontier #visited #test >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/unfold_bisim.def(9)"\ 6unfold_bisim\ 5/a\ 6 whd in ⊢ (??%?); >test //
 174 qed.
 175
 176 (* In order to prove termination of bisim we must be able to effectively
 177 enumerate all possible pres: *)
 178
 179 (* lemma notb_eq_true_l: ∀b. notb b = true → b = false.
 180 #b cases b normalize //
 181 qed. *)
 182
 183 let rec pitem_enum S (i:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.ind(1,0,1)"\ 6re\ 5/a\ 6 S) on i ≝
 184   match i with
 185   [ z ⇒ (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,1,1)"\ 6pz\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6]
 186   | e ⇒ (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,2,1)"\ 6pe\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6]
 187   | s y ⇒ (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,3,1)"\ 6ps\ 5/a\ 6 S y)\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,4,1)"\ 6pp\ 5/a\ 6 S y)\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6]
 188   | o i1 i2 ⇒ \ 5a href="cic:/matita/basics/list/compose.def(2)"\ 6compose\ 5/a\ 6 ??? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,6,1)"\ 6po\ 5/a\ 6 S) (pitem_enum S i1) (pitem_enum S i2)
 189   | c i1 i2 ⇒ \ 5a href="cic:/matita/basics/list/compose.def(2)"\ 6compose\ 5/a\ 6 ??? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,5,1)"\ 6pc\ 5/a\ 6 S) (pitem_enum S i1) (pitem_enum S i2)
 190   | k i ⇒ \ 5a href="cic:/matita/basics/list/map.fix(0,3,1)"\ 6map\ 5/a\ 6 ?? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.con(0,7,1)"\ 6pk\ 5/a\ 6 S) (pitem_enum S i)
 191   ].
 192
 193 lemma pitem_enum_complete : ∀S.∀i:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pitem.ind(1,0,1)"\ 6pitem\ 5/a\ 6 S.
 194   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/DeqItem.def(6)"\ 6DeqItem\ 5/a\ 6 S) i (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/pitem_enum.fix(0,1,3)"\ 6pitem_enum\ 5/a\ 6 S (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6i|)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6.
 195 #S #i elim i
 196   [1,2://
 197   |3,4:#c normalize >(\b (\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/eq.con(0,1,2)"\ 6refl\ 5/a\ 6 … c)) //
 198   |5,6:#i1 #i2 #Hind1 #Hind2 @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_compose.def(6)"\ 6memb_compose\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/DeqItem.def(6)"\ 6DeqItem\ 5/a\ 6 S) (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/DeqItem.def(6)"\ 6DeqItem\ 5/a\ 6 S)) //
 199   |#i #Hind @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_map.def(5)"\ 6memb_map\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/DeqItem.def(6)"\ 6DeqItem\ 5/a\ 6 S)) //
 200   ]
 201 qed.
 202
 203 definition pre_enum ≝ λS.λi:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.ind(1,0,1)"\ 6re\ 5/a\ 6 S.
 204   \ 5a href="cic:/matita/basics/list/compose.def(2)"\ 6compose\ 5/a\ 6 ??? (λi,b.\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6i,b〉) ( \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/pitem_enum.fix(0,1,3)"\ 6pitem_enum\ 5/a\ 6 S i) (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6]).
 205
 206 lemma pre_enum_complete : ∀S.∀e:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
 207   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? e (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/pre_enum.def(4)"\ 6pre_enum\ 5/a\ 6 S (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e|)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6.
 208 #S * #i #b @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_compose.def(6)"\ 6memb_compose\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/DeqItem.def(6)"\ 6DeqItem\ 5/a\ 6 S) \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqBool.def(5)"\ 6DeqBool\ 5/a\ 6 ? (λi,b.\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6i,b〉))
 209 // cases b normalize //
 210 qed.
 211
 212 definition space_enum ≝ λS.λi1,i2: \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.ind(1,0,1)"\ 6re\ 5/a\ 6 S.
 213   \ 5a href="cic:/matita/basics/list/compose.def(2)"\ 6compose\ 5/a\ 6 ??? (λe1,e2.\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6e1,e2〉) ( \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/pre_enum.def(4)"\ 6pre_enum\ 5/a\ 6 S i1) (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/pre_enum.def(4)"\ 6pre_enum\ 5/a\ 6 S i2).
 214
 215 lemma space_enum_complete : ∀S.∀e1,e2: \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.
 216   \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6e1,e2〉 ( \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/space_enum.def(5)"\ 6space_enum\ 5/a\ 6 S (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e1|) (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e2|)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6.
 217 #S #e1 #e2 @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_compose.def(6)"\ 6memb_compose\ 5/a\ 6 … (λi,b.\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6i,b〉))
 218 // qed.
 219
 220 definition all_reachable ≝ λS.λe1,e2: \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.λl: \ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 221 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/uniqueb.fix(0,1,5)"\ 6uniqueb\ 5/a\ 6 ? l \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6
 222   ∀p. \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? p l \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 →
 223     \ 5a title="exists" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∃\ 5/a\ 6w.(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 S w e1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p) \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 S w e2 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p).
 224
 225 definition disjoint ≝ λS:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.λl1,l2.
 226   ∀p:S. \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 S p l1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 →  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 S p l2 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6.
 227
 228 (* We are ready to prove that bisim is correct; we use the invariant
 229 that at each call of bisim the two lists visited and frontier only contain
 230 nodes reachable from 〈e_1,e_2〉, hence it is absurd to suppose to meet a pair
 231 which is not cofinal. *)
 232
 233 lemma bisim_correct: ∀S.∀e1,e2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S.\ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e1}\ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61\ 5a title="in_prl" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e2} →
 234  ∀l,n.∀frontier,visited:\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ((\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S)\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S)).
 235  \ 5a title="norm" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/space_enum.def(5)"\ 6space_enum\ 5/a\ 6 S (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e1|) (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e2|)| \ 5a title="natural 'less than'" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6<\ 5/a\ 6 n \ 5a title="natural plus" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6+\ 5/a\ 6 \ 5a title="norm" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6visited|→
 236  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/all_reachable.def(8)"\ 6all_reachable\ 5/a\ 6 S e1 e2 visited →
 237  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/all_reachable.def(8)"\ 6all_reachable\ 5/a\ 6 S e1 e2 frontier →
 238  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/disjoint.def(5)"\ 6disjoint\ 5/a\ 6 ? frontier visited →
 239  \ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 S l n frontier visited) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6.
 240 #Sig #e1 #e2 #same #l #n elim n
 241   [#frontier #visited #abs * #unique #H @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/False_ind.fix(0,1,1)"\ 6False_ind\ 5/a\ 6 @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/absurd.def(2)"\ 6absurd\ 5/a\ 6 … abs)
 242    @\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/le_to_not_lt.def(8)"\ 6le_to_not_lt\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist_length.def(9)"\ 6sublist_length\ 5/a\ 6 // * #e11 #e21 #membp
 243    cut ((\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e11| \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e1|) \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6 (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e21| \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e2|))
 244    [|* #H1 #H2 <H1 <H2 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/space_enum_complete.def(9)"\ 6space_enum_complete\ 5/a\ 6]
 245    cases (H … membp) #w * #we1 #we2 <we1 <we2 % >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/same_kernel_moves.def(9)"\ 6same_kernel_moves\ 5/a\ 6 //
 246   |#m #HI * [#visited #vinv #finv >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_end.def(10)"\ 6bisim_end\ 5/a\ 6 //]
 247    #p #front_tl #visited #Hn * #u_visited #r_visited * #u_frontier #r_frontier
 248    #disjoint
 249    cut (\ 5a title="exists" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∃\ 5/a\ 6w.(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p) \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves.fix(0,1,7)"\ 6moves\ 5/a\ 6 ? w e2 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p))
 250     [@(r_frontier … (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_hd.def(5)"\ 6memb_hd\ 5/a\ 6 … ))] #rp
 251    cut (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6)
 252     [cases rp #w * #fstp #sndp <fstp <sndp @(\b ?)
 253      @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/proj1.def(2)"\ 6proj1\ 5/a\ 6 … (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv_sem.def(16)"\ 6equiv_sem\ 5/a\ 6 … )) @same] #ptest
 254    >(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_step_true.def(10)"\ 6bisim_step_true\ 5/a\ 6 … ptest) @HI -HI
 255      [<\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/plus_n_Sm.def(4)"\ 6plus_n_Sm\ 5/a\ 6 //
 256      |% [whd in ⊢ (??%?); >(disjoint … (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_hd.def(5)"\ 6memb_hd\ 5/a\ 6 …)) whd in ⊢ (??%?); //
 257         |#p1 #H (cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/orb_true_l.def(2)"\ 6orb_true_l\ 5/a\ 6 … H)) [#eqp >(\P eqp) // |@r_visited]
 258         ]
 259      |whd % [@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append_unique.def(6)"\ 6unique_append_unique\ 5/a\ 6 @(\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/andb_true_r.def(4)"\ 6andb_true_r\ 5/a\ 6 … u_frontier)]
 260       @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append_elim.def(7)"\ 6unique_append_elim\ 5/a\ 6 #q #H
 261        [cases (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/memb_sons.def(8)"\ 6memb_sons\ 5/a\ 6 … (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_filter_memb.def(5)"\ 6memb_filter_memb\ 5/a\ 6 … H)) -H
 262         #a * #m1 #m2 cases rp #w1 * #mw1 #mw2 @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/ex.con(0,1,2)"\ 6ex_intro\ 5/a\ 6 … (w1\ 5a title="append" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6@\ 5/a\ 6(a\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6])))
 263         >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves_left.def(9)"\ 6moves_left\ 5/a\ 6 >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter9/moves_left.def(9)"\ 6moves_left\ 5/a\ 6 >mw1 >mw2 >m1 >m2 % //
 264        |@r_frontier @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_cons.def(5)"\ 6memb_cons\ 5/a\ 6 //
 265        ]
 266      |@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/unique_append_elim.def(7)"\ 6unique_append_elim\ 5/a\ 6 #q #H
 267        [@\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/injective_notb.def(4)"\ 6injective_notb\ 5/a\ 6 @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_filter_true.def(5)"\ 6memb_filter_true\ 5/a\ 6 … H)
 268        |cut ((q\ 5a title="eqb" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6=p) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,2,0)"\ 6false\ 5/a\ 6)
 269          [|#Hpq whd in ⊢ (??%?); >Hpq @disjoint @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_cons.def(5)"\ 6memb_cons\ 5/a\ 6 //]
 270         cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/andb_true.def(5)"\ 6andb_true\ 5/a\ 6 … u_frontier) #notp #_ @(\bf ?)
 271         @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/not_to_not.def(3)"\ 6not_to_not\ 5/a\ 6 … \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/not_eq_true_false.def(3)"\ 6not_eq_true_false\ 5/a\ 6) #eqqp <notp <eqqp >H //
 272        ]
 273      ]
 274    ]
 275 qed.
 276
 277 (* For completeness, we use the invariant that all the nodes in visited are cofinal,
 278 and the sons of visited are either in visited or in the frontier; since
 279 at the end frontier is empty, visited is hence a bisimulation. *)
 280
 281 definition all_true ≝ λS.λl.∀p:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S) \ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S). \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? p l \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 →
 282   (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p)) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6).
 283
 284 definition sub_sons ≝ λS,l,l1,l2.∀x:(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S) \ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/pre.def(1)"\ 6pre\ 5/a\ 6 S).
 285 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? x l1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 → \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist.def(5)"\ 6sublist\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sons.def(7)"\ 6sons\ 5/a\ 6 ? l x) l2.
 286
 287 lemma bisim_complete:
 288  ∀S,l,n.∀frontier,visited,visited_res:\ 5a href="cic:/matita/basics/list/list.ind(1,0,1)"\ 6list\ 5/a\ 6 ?.
 289  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/all_true.def(8)"\ 6all_true\ 5/a\ 6 S visited →
 290  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/sub_sons.def(8)"\ 6sub_sons\ 5/a\ 6 S l visited (frontier\ 5a title="append" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6@\ 5/a\ 6visited) →
 291  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 S l n frontier visited \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6,visited_res〉 →
 292  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/is_bisim.def(8)"\ 6is_bisim\ 5/a\ 6 S visited_res l \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6∧\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist.def(5)"\ 6sublist\ 5/a\ 6 ? (frontier\ 5a title="append" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6@\ 5/a\ 6visited) visited_res.
 293 #S #l #n elim n
 294   [#fron #vis #vis_res #_ #_ >\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_never.def(10)"\ 6bisim_never\ 5/a\ 6 #H destruct
 295   |#m #Hind *
 296     [(* case empty frontier *)
 297      -Hind #vis #vis_res #allv #H normalize in  ⊢ (%→?);
 298      #H1 destruct % #p
 299       [#membp % [@(\P ?) @allv //| @H //]|#H1 @H1]
 300     |#hd cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/true_or_false.def(1)"\ 6true_or_false\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/beqb.def(2)"\ 6beqb\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 hd)) (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 hd))))
 301       [|(* case head of the frontier is non ok (absurd) *)
 302        #H #tl #vis #vis_res #allv >(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_step_false.def(10)"\ 6bisim_step_false\ 5/a\ 6 … H) #_ #H1 destruct]
 303      (* frontier = hd:: tl and hd is ok *)
 304      #H #tl #visited #visited_res #allv >(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_step_true.def(10)"\ 6bisim_step_true\ 5/a\ 6 … H)
 305      (* new_visited = hd::visited are all ok *)
 306      cut (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/all_true.def(8)"\ 6all_true\ 5/a\ 6 S (hd\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited))
 307       [#p #H1 cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/orb_true_l.def(2)"\ 6orb_true_l\ 5/a\ 6 … H1) [#eqp >(\P eqp) @H |@allv]]
 308      (* we now exploit the induction hypothesis *)
 309      #allh #subH #bisim cases (Hind … allh … bisim) -bisim -Hind
 310       [#H1 #H2 % // #p #membp @H2 -H2 cases (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append.def(5)"\ 6memb_append\ 5/a\ 6 … membp) -membp #membp
 311         [cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/orb_true_l.def(2)"\ 6orb_true_l\ 5/a\ 6 … membp) -membp #membp
 312           [@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l2.def(5)"\ 6memb_append_l2\ 5/a\ 6 >(\P membp) @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_hd.def(5)"\ 6memb_hd\ 5/a\ 6
 313           |@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l1.def(5)"\ 6memb_append_l1\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist_unique_append_l2.def(6)"\ 6sublist_unique_append_l2\ 5/a\ 6 //
 314           ]
 315         |@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l2.def(5)"\ 6memb_append_l2\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_cons.def(5)"\ 6memb_cons\ 5/a\ 6 //
 316         ]
 317       |(* the only thing left to prove is the sub_sons invariant *)
 318      #x #membx cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/orb_true_l.def(2)"\ 6orb_true_l\ 5/a\ 6 … membx)
 319       [(* case x = hd *)
 320        #eqhdx <(\P eqhdx) #xa #membxa
 321        (* xa is a son of x; we must distinguish the case xa
 322         was already visited form the case xa is new *)
 323        cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/true_or_false.def(1)"\ 6true_or_false\ 5/a\ 6 … (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb.fix(0,2,4)"\ 6memb\ 5/a\ 6 ? xa (x\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:visited)))
 324         [(* xa visited - trivial *) #membxa @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l2.def(5)"\ 6memb_append_l2\ 5/a\ 6 //
 325         |(* xa new *) #membxa @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l1.def(5)"\ 6memb_append_l1\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist_unique_append_l1.def(6)"\ 6sublist_unique_append_l1\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_filter_l.def(5)"\ 6memb_filter_l\ 5/a\ 6
 326           [>membxa //|//]
 327         ]
 328       |(* case x in visited *)
 329        #H1 #xa #membxa cases (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append.def(5)"\ 6memb_append\ 5/a\ 6 … (subH x … H1 … membxa))
 330         [#H2 (cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/orb_true_l.def(2)"\ 6orb_true_l\ 5/a\ 6 … H2))
 331           [#H3 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l2.def(5)"\ 6memb_append_l2\ 5/a\ 6 <(\P H3) @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_hd.def(5)"\ 6memb_hd\ 5/a\ 6
 332           |#H3 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l1.def(5)"\ 6memb_append_l1\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/sublist_unique_append_l2.def(6)"\ 6sublist_unique_append_l2\ 5/a\ 6 @H3
 333           ]
 334         |#H2 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_append_l2.def(5)"\ 6memb_append_l2\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_cons.def(5)"\ 6memb_cons\ 5/a\ 6 @H2
 335         ]
 336       ]
 337     ]
 338   ]
 339 qed.
 340
 341 (* We can now give the definition of the equivalence algorithm, and
 342 prove that two expressions are equivalente if and only if they define
 343 the same language. *)
 344
 345 definition equiv ≝ λSig.λre1,re2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.ind(1,0,1)"\ 6re\ 5/a\ 6 Sig.
 346   let e1 ≝ \ 5a title="eclose" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6•\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/blank.fix(0,1,3)"\ 6blank\ 5/a\ 6 ? re1) in
 347   let e2 ≝ \ 5a title="eclose" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6•\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/blank.fix(0,1,3)"\ 6blank\ 5/a\ 6 ? re2) in
 348   let n ≝ \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/basics/list/length.fix(0,1,1)"\ 6length\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/space_enum.def(5)"\ 6space_enum\ 5/a\ 6 Sig (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e1|) (\ 5a title="forget" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6|\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 e2|))) in
 349   let sig ≝ (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/occ.def(7)"\ 6occ\ 5/a\ 6 Sig e1 e2) in
 350   (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim.fix(0,2,8)"\ 6bisim\ 5/a\ 6 ? sig n (\ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6e1,e2〉\ 5a title="cons" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6:\ 5/a\ 6:\ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6]) \ 5a title="nil" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6[\ 5/a\ 6]).
 351
 352 theorem euqiv_sem : ∀Sig.∀e1,e2:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.ind(1,0,1)"\ 6re\ 5/a\ 6 Sig.
 353    \ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv.def(9)"\ 6equiv\ 5/a\ 6 ? e1 e2) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 \ 5a title="iff" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6↔\ 5/a\ 6 \ 5a title="in_l" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e1} \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 \ 5a title="in_l" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\sem\ 5/a\ 6{e2}.
 354 #Sig #re1 #re2 %
 355   [#H @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqP_trans.def(3)"\ 6eqP_trans\ 5/a\ 6 [|@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqP_sym.def(3)"\ 6eqP_sym\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/re_embedding.def(13)"\ 6re_embedding\ 5/a\ 6] @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqP_trans.def(3)"\ 6eqP_trans\ 5/a\ 6 [||@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/re_embedding.def(13)"\ 6re_embedding\ 5/a\ 6]
 356    cut (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv.def(9)"\ 6equiv\ 5/a\ 6 ? re1 re2 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6〈\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6,\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv.def(9)"\ 6equiv\ 5/a\ 6 ? re1 re2)〉)
 357      [<H //] #Hcut
 358    cases (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_complete.def(11)"\ 6bisim_complete\ 5/a\ 6 … Hcut)
 359      [2,3: #p whd in ⊢ ((??%?)→?); #abs @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/False_ind.fix(0,1,1)"\ 6False_ind\ 5/a\ 6 /\ 5span class="autotactic"\ 62\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/absurd.def(2)"\ 6absurd\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/]
 360    #Hbisim #Hsub @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_to_sem.def(18)"\ 6bisim_to_sem\ 5/a\ 6 … Hbisim)
 361    @Hsub @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_hd.def(5)"\ 6memb_hd\ 5/a\ 6
 362   |#H @(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/bisim_correct.def(17)"\ 6bisim_correct\ 5/a\ 6 ? (\ 5a title="eclose" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6•\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/blank.fix(0,1,3)"\ 6blank\ 5/a\ 6 ? re1)) (\ 5a title="eclose" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6•\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/blank.fix(0,1,3)"\ 6blank\ 5/a\ 6 ? re2)))
 363     [@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqP_trans.def(3)"\ 6eqP_trans\ 5/a\ 6 [|@\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/re_embedding.def(13)"\ 6re_embedding\ 5/a\ 6] @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqP_trans.def(3)"\ 6eqP_trans\ 5/a\ 6 [|@H] @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqP_sym.def(3)"\ 6eqP_sym\ 5/a\ 6 @\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter8/re_embedding.def(13)"\ 6re_embedding\ 5/a\ 6
 364     |//
 365     |% // #p whd in ⊢ ((??%?)→?); #abs @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/False_ind.fix(0,1,1)"\ 6False_ind\ 5/a\ 6 /\ 5span class="autotactic"\ 62\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/absurd.def(2)"\ 6absurd\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/
 366     |% // #p #H >(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter5/memb_single.def(5)"\ 6memb_single\ 5/a\ 6 … H) @(\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/ex.con(0,1,2)"\ 6ex_intro\ 5/a\ 6 … \ 5a title="epsilon" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6ϵ\ 5/a\ 6) /\ 5span class="autotactic"\ 62\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/And.con(0,1,2)"\ 6conj\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/
 367     |#p #_ normalize //
 368     ]
 369   ]
 370 qed.
 371
 372 definition eqbnat ≝ λn,m:\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.ind(1,0,0)"\ 6nat\ 5/a\ 6. \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/eqb.fix(0,0,1)"\ 6eqb\ 5/a\ 6 n m.
 373
 374 lemma eqbnat_true : ∀n,m. \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/eqbnat.def(2)"\ 6eqbnat\ 5/a\ 6 n m \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6 \ 5a title="iff" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6↔\ 5/a\ 6 n \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 m.
 375 #n #m % [@\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/eqb_true_to_eq.def(6)"\ 6eqb_true_to_eq\ 5/a\ 6 | @\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/eq_to_eqb_true.def(5)"\ 6eq_to_eqb_true\ 5/a\ 6]
 376 qed.
 377
 378 definition DeqNat ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.con(0,1,0)"\ 6mk_DeqSet\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.ind(1,0,0)"\ 6nat\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/eqb.fix(0,0,1)"\ 6eqb\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/eqbnat_true.def(7)"\ 6eqbnat_true\ 5/a\ 6.
 379
 380 definition a ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.con(0,3,1)"\ 6s\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/DeqNat.def(8)"\ 6DeqNat\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,1,0)"\ 6O\ 5/a\ 6.
 381 definition b ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.con(0,3,1)"\ 6s\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/DeqNat.def(8)"\ 6DeqNat\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,1,0)"\ 6O\ 5/a\ 6).
 382 definition c ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter7/re.con(0,3,1)"\ 6s\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/DeqNat.def(8)"\ 6DeqNat\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,2,0)"\ 6S\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/arithmetics/nat/nat.con(0,1,0)"\ 6O\ 5/a\ 6)).
 383
 384 definition exp1 ≝ ((\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/b.def(9)"\ 6b\ 5/a\ 6)\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6*\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6).
 385 definition exp2 ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/b.def(9)"\ 6b\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6)\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6*.
 386 definition exp4 ≝ (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/b.def(9)"\ 6b\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6)\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6*.
 387
 388 definition exp6 ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6 \ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6 \ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/b.def(9)"\ 6b\ 5/a\ 6\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6* \ 5a title="re or" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6+\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/b.def(9)"\ 6b\ 5/a\ 6\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6* ).
 389 definition exp7 ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6 \ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6* \ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/b.def(9)"\ 6b\ 5/a\ 6\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6*.
 390
 391 definition exp8 ≝ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6(\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6* ).
 392 definition exp9 ≝ (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6 \ 5a title="re or" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6+\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6\ 5a title="re cat" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6·\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/a.def(9)"\ 6a\ 5/a\ 6)\ 5a title="re star" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6^\ 5/a\ 6*.
 393
 394 example ex1 : \ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/equiv.def(9)"\ 6equiv\ 5/a\ 6 ? (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/exp8.def(10)"\ 6exp8\ 5/a\ 6\ 5a title="re or" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6+\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/exp9.def(10)"\ 6exp9\ 5/a\ 6) \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter10/exp9.def(10)"\ 6exp9\ 5/a\ 6) \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 \ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6.
 395 normalize // qed.