]> matita.cs.unibo.it Git - fireball-separation.git/blobdiff - notes.tex
Proved another lemma (aux1 + aux2)
[fireball-separation.git] / notes.tex
index c7c14bd1723e2dfd1ac624ad626216eaf958ec81..3dd97d13033ed783b6287ff312fb9ba330de46e4 100644 (file)
--- a/notes.tex
+++ b/notes.tex
 % \end{example}\r
 \clearpage\r
 \section[Tentativi X-separability]{Tentativi $\mathbf X$--separability (July, 15$^{\mathbf{th}}\div\infty$)}\r
-\newcommand{\perm}{\pi}\r
-\newcommand{\Perm}[2]{\pi[#1,#2]}\r
+\newcommand{\perm}{p}\r
+\newcommand{\Perm}[2]{\operatorname{P}[#1,#2]}\r
 \newcommand{\xK}{\kappa}\r
 \newcommand{\xN}{n}\r
 \newcommand{\LAM}[2]{\Lambda_{#2,#1}}\r
   with $|\vec\var| = i$ and $|\vec\alpha| = j$.\r
 \end{definition}\r
 \r
-{\color{yellow}\begin{definition}[Good permutation]\r
-  Let $\tm$ a \knnf.\r
-  $\Perm i j$ is \emph{good} for $\tm$ if\r
-  $i<\Args\tm$ and $j \geq \xK + i + 1$.\r
-\end{definition}}\r
-\r
-% \begin{lemma}\r
-%   Let $\tm$ in nf.\r
-%   Let $\vec\alpha$ fresh variables.\r
-%   If $|\vec\alpha|\geq \lams\tm$,\r
-%   then the normal form of $\tm\,\vec\alpha$ is inert.\r
-% \end{lemma}\r
-\r
 \begin{lemma}[Monotonicity]\label{l:k-nf-mono}\r
   If $\tm$ is a \knnf{}, then it is also a $\xK'$-nf\r
   for every $\xK' \geq \xK{}$.\r
 \end{lemma}\r
 \r
-\begin{lemma}\r
+\begin{lemma}\label{l:k-prime-nf}\r
   Let $\tm$ a \knnf, $\var$ a variable, $i$ a natural number, and $\xK'\defeq \xK + i + 1$.\r
   Then for every $j \geq \xK'$, $\nf{\tm\Subst\var{\Perm i j}}$ is defined and it is a $\xK'$-nf.\r
 \end{lemma}\r
 \begin{proof}\r
-  By (course-of-value) structural induction on $\tm$.\r
-  Let $\tm=\lambda\vec\vartwo.\,\varthree\,\vec\tmtwo$ and $\sigma\defeq\Subst\var{\Perm i j}$.\r
+  By induction on $|\tm|$.\r
+  Let $\tm=\lambda\vec\vartwo.\,\head\,\vec\args$ and $\sigma\defeq\Subst\var{\Perm i j}$.\r
   By cases:\r
   \begin{itemize}\r
-    \item Case $\varthree\neq\var$: $\nf{(\lambda\vec\vartwo.\,\varthree\,\vec\tmtwo)\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,\varthree\,\vec{(\nf{\tmtwo\sigma})}$.\r
-    By \ih{} each term in $\vec\tmtwo\sigma$ is a $\xK'$-nf.\r
+    \item Case $\head\neq\var$: $\nf{\tm\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,\head\,\vec{(\nf{\args\sigma})}$.\r
+    By \ih{} each term in $\vec{(\nf{\args\sigma})}$ is a $\xK'$-nf.\r
     We conclude since by hypothesis $|\vec\vartwo|\leq\xK{}<\xK'$.\r
-\r
-    \item Case $\varthree=\var$ and $i<|\vec\tmtwo|$:\r
-     $\tm\sigma \to^* \lambda\vec\vartwo.\, (\tmtwo_i\sigma)\vec\alpha \vec{(\tmtwo\sigma)} $.\r
-     Now, by \ih{} $\nf{\tmtwo_i\sigma}$ is a $\xK'$-nf, and since $|\vec\alpha|\geq\xK'$,\r
-     $\nf{(\tmtwo_i\sigma\vec\alpha)}$ is inert (\textcolor{red}{Serve lemma?}).\r
-     Therefore $\nf\tm = \lambda\vec\vartwo.\,\nf{(\tmtwo_i\sigma\vec\alpha)} \nf{\vec{(\tmtwo\sigma)}}$,\r
+    \item Case $\head=\var$ and $|\vec\args| \leq i$:\r
+    $\tm\sigma \to^* \lambda\vec\vartwo\vec\varthree\varthree'.\, \varthree'\vec\alpha \vec{(\args\sigma)}\vec\varthree $ for \r
+    $|\vec\varthree| = i - |\vec\args|$.\r
+    Conclude by \ih{} and because $|\vec\vartwo\vec\varthree\varthree'| \leq \xK{} + i - |\vec\tmtwo| + 1 \leq \xK{} + i + 1 = \xK'$.\r
+    \item Case $\head=\var$ and $i<|\vec\args|$:\r
+     $\tm\sigma \to^* \lambda\vec\vartwo.\, (\args_i\sigma)\vec\alpha \vec{(\args\sigma)} $.\r
+     Now, by \ih{} $\nf{\args_i\sigma}$ is a $\xK'$-nf, and since $|\vec\alpha|\geq\xK'$,\r
+     $\nf{(\args_i\sigma\vec\alpha)}$ is inert.\r
+     Therefore $\nf\tm = \lambda\vec\vartwo.\,\nf{(\args_i\sigma\vec\alpha)} \vec{(\nf{\args\sigma})}$,\r
      and again by \ih{} it is also a $\xK'$-nf.\r
-    \item Case $\varthree=\var$ and $|\vec\tmtwo|\leq i$:\r
-    $\tm\sigma \to^* \lambda\vec\vartwo\vec\varthree.\, \varthree\vec\alpha \vec{(\tmtwo\sigma)}\vec\varthree $ for some $\varthree\in\vec\varthree$\r
-    and $|\vec\varthree| = i + 1 - |\vec\tmtwo|$.\r
-    Conclude by \ih{} and because $|\vec\vartwo\vec\varthree| \leq \xK{} + i + 1 - |\vec\tmtwo| \leq \xK{} + i + 1 = \xK'$.\r
   \end{itemize}\r
   \r
 \end{proof}\r
 \r
+\begin{lemma}[Admissible]\r
+  Let $\tm$ an inert \knnf.\r
+  If $i<\Args\tm$ and $j \geq \xK + i + 1$\r
+  then $\nf{\tm\Subst{\HeadOf\tm}{\Perm i j}}$\r
+  is inert.\r
+\end{lemma}\r
+\begin{proof}\r
+  Let $\tm = \var\,\vec a$, $\perm \defeq \Perm i j$, and $\sigma\defeq\Subst\var\perm$.\r
+  Then $\nf{\tm\Subst\var\perm} = \nf{(a_i\sigma\,\vec\alpha\,\vec {(a\sigma)})}$.\r
+  By \reflemma{k-prime-nf} $\nf{a_i\sigma}$ is a $\xK'$-nf with $\xK'\defeq \xK+i+1$.\r
+  Therefore $\nf{(a_i\sigma\vec\alpha)}$ is inert because $|\vec\alpha|=j\geq\xK'$.\r
+\end{proof}\r
+\r
 % \begin{lemma}\r
 %   Let $\tm$ a \knnf, and $\Head\tm=\var$.\r
 %   If $i<\Args\tm$ and $j \geq \xK + i + 1$,\r
 %   \end{itemize}\r
 % \end{proof}\r
 \r
-\begin{lemma}\r
-  For every \knnf{s} $\tm,\tmtwo$,\r
+\r
+\begin{lemma}\label{l:aux1}\r
+  For every \knnf s $\tm$,\r
   every fresh variable $\var$,\r
-  $\perm\defeq\Perm{i}{i+k+1}$ permutator,\r
-  $\tm\EtaEq\tmtwo$ iff $\nf{\tm\Subst\var\perm}\EtaEq\nf{\tmtwo\Subst\var\perm}$.\r
+  every $\perm\defeq\Perm{i}{j}$ permutator with $j>\xK+i+1$:\r
+  $\nf{(\tm\Subst\var\perm\vec\alpha)} = \tmtwo \, \alpha_j$\r
+  for some inert $\tmtwo$.\r
 \end{lemma}\r
 \begin{proof}\r
-  The implication from left to right is trivial.\r
-  We now prove that if $\nf{\tm\Subst\var\perm}\EtaEq\nf{\tmtwo\Subst\var\perm}$\r
-  then also $\tm\EtaEq\tmtwo$.\r
+  First of all note that by \reflemma{k-prime-nf}\r
+  $\nf{\tm\Subst\var\perm}$ is a $\xK'$-nf for $\xK' \defeq \xK+i+1$, therefore\r
+  $\nf{(\tm\Subst\var\perm\vec\alpha)}$ is inert because $|\vec\alpha|>\xK'$ by hypothesis.\r
+  \r
+  More precisely, $\nf{(\tm\Subst\var\perm\,\alpha_1\cdots\alpha_{\xK'})}$ is inert,\r
+  and therefore $\nf{(\tm\Subst\var\perm\vec\alpha)} = \nf{(\tm\Subst\var\perm\,\alpha_1\cdots\alpha_{\xK'})}\,\alpha_{\xK'+1}\cdots\alpha_j$,\r
+  and we conclude.\r
+\end{proof}\r
+\r
+\begin{lemma}\label{l:aux2}\r
+  For every \knnf s $\tm$,\r
+  every fresh variable $\var$,\r
+  every $\perm\defeq\Perm{i}{j}$ permutator with $j>\xK+i+1$:\r
+  $\nf{(\tm\Subst\var\perm)} \EtaNeq \alpha_j$.\r
+\end{lemma}\r
+\begin{proof}\r
+  By induction on $|\tm|$.\r
+  Let $\tm = \lambda\vec\vartwo.\,h\,\vec a$ and $\sigma\defeq\Subst\var\perm$:\r
+  \begin{itemize}\r
+    \item If $h \neq \var$, then $\nf{\tm\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,h\,\vec {(\nf {a\sigma})}$,\r
+    and we conclude since $h\neq \alpha_j$ by the hypothesis that $\alpha_j$ is\r
+    a fresh variable.\r
+    \item If $h=\var$ and $|\vec a| \leq i$, then\r
+    $\tm\sigma \to^* \lambda\vec\vartwo\vec\varthree\varthree'.\, \varthree'\vec\alpha \vec{(\args\sigma)}\vec\varthree $,\r
+    and we conclude since the head $\varthree'$ is a bound variable,\r
+    while $\alpha_j$ is free.\r
+    \item If $h=\var$ and $|\vec a| > i$, then\r
+    $\tm\sigma \to^* \lambda\vec\vartwo.\, (\args_i\sigma)\vec\alpha \vec{(\args\sigma)} $.\r
+    $\nf{(\args_i\sigma\,\vec\alpha)} = \tmtwo\,\alpha_j$ by \reflemma{aux1}\r
+    for some inert $\tmtwo$. Clearly $\tmtwo\,\alpha_j \EtaNeq \alpha_j$.\r
+  \end{itemize}\r
+\end{proof}\r
+\r
+\begin{theorem}\r
+  For every \knnf s $\tm$ and $\tmtwo$,\r
+  every fresh variable $\var$,\r
+  $\perm\defeq\Perm{i}{j}$ permutator with $j>\xK+i+1$,\r
+  $\tm\EtaEq\tmtwo$ iff $\nf{\tm\Subst\var\perm}\EtaEq\nf{\tmtwo\Subst\var\perm}$.\r
+\end{theorem}\r
+\begin{proof}\r
+  Let $\sigma \defeq \Subst\var\perm$.\r
+  First of all, note that by \reflemma{k-prime-nf}\r
+  $\nf{\tm\sigma}$ and $\nf{\tmtwo\sigma}$ are defined and\r
+  are $\xK'$-nfs for $\xK'\defeq\xK + i + 1$.\r
+  \r
+  If $\tm\EtaEq\tmtwo$ then necessarily $\nf{\tm\sigma}\EtaEq\nf{\tmtwo\sigma}$.\r
+  Let us now assume that $\tm\EtaNeq\tmtwo$, and prove that\r
+  $\nf{\tm\sigma}\EtaNeq\nf{\tmtwo\sigma}$.\r
+  Let $\tm \EtaEq \lambda\vec\vartwo.\, h_1\,\vec a$ and \r
+  $\tmtwo \EtaEq \lambda\vec\vartwo.\, h_2\,\vec b$,\r
+  with $|\vec a|,|\vec b| > i$ {\color{red}[Capire perche' si puo' $\eta$-espandere qui]}.\r
+  By (course-of-value) induction on the size of $\tm$ and $\tmtwo$,\r
+  and by cases on the definition of eta-difference:\r
+  \begin{itemize}\r
+    \item $h_1 \neq h_2$: we distinguish three subcases.\r
+    \begin{itemize}\r
+      \item $h_1,h_2\neq \var$:\r
+       it follows that $\nf{\tm\sigma} = \nf{(\lambda\vec\vartwo.\,h_1\,\vec a)\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,h_1\,\vec{(\nf{a\sigma})}$\r
+       and $\nf{\tmtwo\sigma} = \nf{(\lambda\vec\vartwo.\,h_2\,\vec b)\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,h_2\,\vec{(\nf{b\sigma})}$,\r
+       and therefore $\nf{\tm\sigma} \EtaNeq \nf{\tmtwo\sigma}$ because\r
+       their head variables are different.\r
+      \item $h_1=\var$ and $h_2\neq \var$: \TODO\r
+       $\nf{\tmtwo\sigma} = \nf{(\lambda\vec\vartwo.\,h_2\,\vec b)\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,h_2\,\vec{(\nf{b\sigma})}$\r
+      \item $h_1\neq\var$ and $h_2=\var$: symmetric to the case above.\r
+    \end{itemize}\r
+    \item $h_1 = h_2$ and $|\vec a| \neq |\vec b|$:\r
+     if $h_1,h_2\neq\var$, then again $\nf{\tm\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,h_1\,\vec{(\nf{a\sigma})}$\r
+     and $\nf{\tmtwo\sigma} = \lambda\vec\vartwo.\,h_2\,\vec{(\nf{b\sigma})}$,\r
+     and we conclude because the two terms have a different number of arguments.\r
+     \r
+     We now consider the other subcase $h_1=h_2=\var$, and the following subsubcases:\r
+     {\color{red}[Usare \reflemma{aux2} nei punti seguenti]}\r
+     \begin{itemize}\r
+       \item $|\vec a|,|\vec b|\leq i$: \TODO\r
+       \item $|\vec a|>i$ and $|\vec b|\leq i$: use boh \TODO\r
+       \item $|\vec a|\leq i$ and $|\vec b|> i$: symmetric to the case above.\r
+       \item $|\vec a|,|\vec b|> i$: \TODO use the lemma above\r
+       plus another one. Reason on the numebr of arguments\r
+       $\Args{\nf{a_i\sigma\vec\alpha}}$ vs  \r
+       $\Args{\nf{b_i\sigma\vec\alpha}}$.\r
+       If equal conclude, otherwise conclude by lemma above.\r
+     \end{itemize}\r
+    \item \r
+    $h_1 = h_2$ and $|\vec a| = |\vec b|$\r
+    but $a_n \EtaNeq b_n$ for some $n$.\r
+    If $h_1=h_2\neq\var$, then again\r
+    $\lambda\vec\vartwo.\,h_1\,\vec{(\nf{a\sigma})} =%\r
+    \lambda\vec\vartwo.\,h_2\,\vec{(\nf{b\sigma})}$,\r
+    and we conclude by \ih{} since $a_n \EtaNeq b_n$ implies that \r
+    $\nf{a_n\sigma} \EtaNeq \nf{b_n\sigma}$.\r
+    {\color{red}[Capire se possiamo davvero usare l'\ih{} qui]}\r
+    \r
+    We now consider the other subcase $h_1=h_2=\var$, and the following subsubcases:\r
+    \begin{itemize}\r
+      \item $|\vec a| = |\vec b| \leq i$: \TODO easy \r
+      \item $|\vec a| = |\vec b| > i$ and $a_i\EtaEq b_i$: \TODO ok\r
+      \item $|\vec a| = |\vec b| > i$ and $a_i\EtaNeq b_i$: \TODO\r
+       by \ih{} already $\nf{a_i\sigma\vec\alpha}\EtaNeq\nf{b_i\sigma\vec\alpha}$\r
+       and conclude by appending the $\vec a$ and $\vec b$.\r
+    \end{itemize}\r
+  \end{itemize}\r
 \end{proof}\r
 \r
 \end{document}\r