]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - weblib/tutorial/chapter4.ma
commit by user andrea
[helm.git] / weblib / tutorial / chapter4.ma
index 2c98ad147c621a560b3ad8c47ad00fface2a0ab4..83a1c28d838598ce34a0eaf5433a28d66b040c45 100644 (file)
@@ -1,11 +1,13 @@
-(* In this Chapter we shall develop a naif theory of sets represented as 
-characteristic predicates over some universe \ 5code\ 6A\ 5/code\ 6, that is as objects of type 
-A→Prop. *)
-
+(* 
+\ 5h1 class="section"\ 6Naif Set Theory\ 5/h1\ 6
+*)
 include "basics/types.ma".
 include "basics/bool.ma".
-
-(**** For instance the empty set is defined by the always function predicate *)
+(* 
+In this Chapter we shall develop a naif theory of sets represented as 
+characteristic predicates over some universe \ 5code\ 6A\ 5/code\ 6, that is as objects of type 
+A→Prop. 
+For instance the empty set is defined by the always false function: *)
 
 definition empty_set ≝ λA:Type[0].λa:A.\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/False.ind(1,0,0)"\ 6False\ 5/a\ 6.
 notation "\emptyv" non associative with precedence 90 for @{'empty_set}.
@@ -14,7 +16,7 @@ interpretation "empty set" 'empty_set = (empty_set ?).
 (* Similarly, a singleton set contaning containing an element a, is defined
 by by the characteristic function asserting equality with a *)
 
-definition singleton ≝ λA.λx,a:A.x\ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6a.
+definition singleton ≝ λA.λx,a:A.x\ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6\ 5span class="error" title="Parse error: [term] expected after [sym=] (in [term])"\ 6\ 5/span\ 6a.
 (* notation "{x}" non associative with precedence 90 for @{'sing_lang $x}. *)
 interpretation "singleton" 'singl x = (singleton ? x).
 
@@ -27,7 +29,7 @@ conjunction and negation *)
 definition union : ∀A:Type[0].∀P,Q.A → Prop ≝ λA,P,Q,a.P a \ 5a title="logical or" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 Q a.
 interpretation "union" 'union a b = (union ? a b).
 
-definition intersection : ∀A:Type[0].∀P,Q.A→Prop ≝ λA,P,Q,a.P a \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 Q a.
+definition intersection : ∀A:Type[0].∀P,Q.A→Prop ≝ λA,P,Q,a.P a \ 5a title="logical and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6\ 5span class="error" title="Parse error: [term] expected after [sym∧] (in [term])"\ 6\ 5/span\ 6 Q a.
 interpretation "intersection" 'intersects a b = (intersection ? a b).
 
 definition complement ≝ λU:Type[0].λA:U → Prop.λw.\ 5a title="logical not" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6¬\ 5/a\ 6 A w.
@@ -45,7 +47,7 @@ interpretation "subset" 'subseteq a b = (subset ? a b).
 (* Two sets are equals if and only if they have the same elements, that is,
 if the two characteristic functions are extensionally equivalent: *) 
 
-definition eqP ≝ λA:Type[0].λP,Q:A → Prop.∀a:A.P a \ 5a title="iff" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 Q a.
+definition eqP ≝ λA:Type[0].λP,Q:A → Prop.∀a:A.P a \ 5a title="iff" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6\ 5span class="error" title="Parse error: [term] expected after [sym↔] (in [term])"\ 6\ 5/span\ 6 Q a.
 notation "A =1 B" non associative with precedence 45 for @{'eqP $A $B}.
 interpretation "extensional equality" 'eqP a b = (eqP ? a b).
 
@@ -65,7 +67,7 @@ lemma eqP_trans: ∀U.∀A,B,C:U →Prop.
 with respect to eqP: *)
 
 lemma eqP_union_r: ∀U.∀A,B,C:U →Prop. 
-  A \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 C  → A \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 B \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 C \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 B.
+  A \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6\ 5span class="error" title="Parse error: NUMBER '1' or [term] expected after [sym=] (in [term])"\ 6\ 5/span\ 61 C  → A \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 B \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 C \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 B.
 #U #A #B #C #eqAB #a @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_or_r.def(2)"\ 6iff_or_r\ 5/a\ 6 @eqAB qed.
   
 lemma eqP_union_l: ∀U.∀A,B,C:U →Prop. 
@@ -77,7 +79,7 @@ lemma eqP_intersect_r: ∀U.∀A,B,C:U →Prop.
 #U #A #B #C #eqAB #a @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_and_r.def(2)"\ 6iff_and_r\ 5/a\ 6 @eqAB qed.
   
 lemma eqP_intersect_l: ∀U.∀A,B,C:U →Prop. 
-  B \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 C  → A \ 5a title="intersection" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 B \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 A \ 5a title="intersection" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 C.
+  B \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 C  → A \ 5a title="intersection" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6\ 5span class="error" title="Parse error: [term] expected after [sym∩] (in [term])"\ 6\ 5/span\ 6 B \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 A \ 5a title="intersection" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 C.
 #U #A #B #C #eqBC #a @\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/iff_and_l.def(2)"\ 6iff_and_l\ 5/a\ 6 @eqBC qed.
 
 lemma eqP_substract_r: ∀U.∀A,B,C:U →Prop. 
@@ -103,7 +105,7 @@ lemma union_comm : ∀U.∀A,B:U →Prop.
 
 lemma union_assoc: ∀U.∀A,B,C:U → Prop. 
   A \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 B \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 C \ 5a title="extensional equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 61 A \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 (B \ 5a title="union" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 C).
-#S #A #B #C #w % [* [* /\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,2,2)"\ 6or_intror\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/ | /\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,2,2)"\ 6or_intror\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/] | * [/\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/ | * /\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,2,2)"\ 6or_intror\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/]
+#S #A #B #C #w % [* [* /\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,2,2)"\ 6or_intror\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/ | /\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,2,2)"\ 6or_intror\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6] | * [/\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/ | * /\ 5span class="autotactic"\ 63\ 5span class="autotrace"\ 6 trace \ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,1,2)"\ 6or_introl\ 5/a\ 6\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/Or.con(0,2,2)"\ 6or_intror\ 5/a\ 6\ 5/span\ 6\ 5/span\ 6/]
 qed.   
 
 (* In the same way we prove commutativity and associativity for set 
@@ -145,7 +147,9 @@ lemma substract_def:∀U.∀A,B:U→Prop. A\ 5a title="substraction" href="cic:/fa
 #U #A #B #w normalize /\ 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/
 qed.
 
-(* In several situation it is important to assume to have a decidable equality 
+(* 
+\ 5h2 class="section"\ 6Bool vs. Prop\ 5/h2\ 6
+In several situation it is important to assume to have a decidable equality 
 between elements of a set U, namely a boolean function eqb: U→U→bool such that
 for any pair of elements a and b in U, (eqb x y) is true if and only if x=y. 
 A set equipped with such an equality is called a DeqSet: *)
@@ -162,7 +166,9 @@ boolean, while a=b is a proposition. *)
 notation "a == b" non associative with precedence 45 for @{ 'eqb $a $b }.
 interpretation "eqb" 'eqb a b = (eqb ? a b).
 
-(* It is convenient to have a simple way to reflect a proof of the fact 
+(* 
+\ 5h2 class="section"\ 6Small Scale Reflection\ 5/h2\ 6
+It is convenient to have a simple way to reflect a proof of the fact 
 that (eqb a b) is true into a proof of the proposition (a = b); to this aim, 
 we introduce two operators "\P" and "\b". *)
 
@@ -219,7 +225,9 @@ DeqSet is decidable in the traditional sense, namely either a=b or a≠b *)
   [%1 @(\P H) | %2 @(\Pf H)]
 qed.
 
-(* A simple example of a set with a decidable equality is bool. We first define 
+(* 
+\ 5h2 class="section"\ 6Unification Hints\ 5/h2\ 6
+A simple example of a set with a decidable equality is bool. We first define 
 the boolean equality beqb, that is just the xand function, then prove that 
 beqb b1 b2 is true if and only if b1=b2, and finally build the type DeqBool by 
 instantiating the DeqSet record with the previous information *)
@@ -278,33 +286,41 @@ example exhint1: ∀b:\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.ind(1,0,0)"\ 6bool\ 5/a\ 6
 #b #H @(\P H)
 qed.
 
-(* pairs *)
+(* The cartesian product of two DeqSets is still a DeqSet. To prove
+this, we must as usual define the boolen equality function, and prove
+it correctly reflects propositional equality. *)
+
 definition eq_pairs ≝
-  λA,B:DeqSet.λp1,p2:A×B.(\fst p1 == \fst p2) ∧ (\snd p1 == \snd p2).
+  λA,B:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.λp1,p2:A\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6B.(\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p1 \ 5a title="eqb" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi1" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\fst\ 5/a\ 6 p2) \ 5a title="boolean and" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6 (\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p1 \ 5a title="eqb" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6\ 5a title="pair pi2" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\snd\ 5/a\ 6 p2).
 
-lemma eq_pairs_true: ∀A,B:DeqSet.∀p1,p2:A×B.
-  eq_pairs A B p1 p2 = true ↔ p1 = p2.
+lemma eq_pairs_true: ∀A,B:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.∀p1,p2:A\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6B.
+  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eq_pairs.def(4)"\ 6eq_pairs\ 5/a\ 6 A B p1 p2 \ 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 p1 \ 5a title="leibnitz's equality" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6=\ 5/a\ 6 p2.
 #A #B * #a1 #b1 * #a2 #b2 %
-  [#H cases (andb_true …H) normalize #eqa #eqb >(\P eqa) >(\P eqb) //
-  |#H destruct normalize >(\b (refl … a2)) >(\b (refl … b2)) //
+  [#H cases (\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/andb_true.def(5)"\ 6andb_true\ 5/a\ 6 …H) normalize #eqa #eqb >(\P eqa) >(\P eqb) //
+  |#H destruct normalize >(\b (\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/eq.con(0,1,2)"\ 6refl\ 5/a\ 6 … a2)) >(\b (\ 5a href="cic:/matita/basics/logic/eq.con(0,1,2)"\ 6refl\ 5/a\ 6 … b2)) //
   ]
 qed.
 
-definition DeqProd ≝ λA,B:DeqSet.
-  mk_DeqSet (A×B) (eq_pairs A B) (eq_pairs_true A B).
-  
-unification hint  0 ≔ C1,C2; 
-    T1 ≟ carr C1,
-    T2 ≟ carr C2,
-    X ≟ DeqProd C1 C2
+definition DeqProd ≝ λA,B:\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.ind(1,0,0)"\ 6DeqSet\ 5/a\ 6.
+  \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqSet.con(0,1,0)"\ 6mk_DeqSet\ 5/a\ 6 (A\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6B) (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eq_pairs.def(4)"\ 6eq_pairs\ 5/a\ 6 A B) (\ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eq_pairs_true.def(6)"\ 6eq_pairs_true\ 5/a\ 6 A B).
+
+(* Having an unification problem of the kind T1×T2 = carr X, what kind 
+of hint can we give to the system? We expect T1 to be the carrier of a
+DeqSet C1, T2 to be the carrier of a DeqSet C2, and X to be DeqProd C1 C2.
+This is expressed by the following hint: *)
+
+unification hint  0 \ 5a href="cic:/fakeuri.def(1)" title="hint_decl_Type1"\ 6\ 5/a\ 6 C1,C2; 
+    T1 ≟ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/carr.fix(0,0,2)"\ 6carr\ 5/a\ 6 C1,
+    T2 ≟ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/carr.fix(0,0,2)"\ 6carr\ 5/a\ 6 C2,
+    X ≟ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqProd.def(7)"\ 6DeqProd\ 5/a\ 6 C1 C2
 (* ---------------------------------------- *) ⊢ 
-    T1×T2 ≡ carr X.
+    T1\ 5a title="Product" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6×\ 5/a\ 6T2 ≡ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/carr.fix(0,0,2)"\ 6carr\ 5/a\ 6 X.
 
-unification hint  0  T1,T2,p1,p2; 
-    X ≟ DeqProd T1 T2
+unification hint  0 \ 5a href="cic:/fakeuri.def(1)" title="hint_decl_Type0"\ 6\ 5/a\ 6 T1,T2,p1,p2; 
+    X ≟ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/DeqProd.def(7)"\ 6DeqProd\ 5/a\ 6 T1 T2
 (* ---------------------------------------- *) ⊢ 
-    eq_pairs T1 T2 p1 p2 ≡ eqb X p1 p2.
+    \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eq_pairs.def(4)"\ 6eq_pairs\ 5/a\ 6 T1 T2 p1 p2 ≡ \ 5a href="cic:/matita/tutorial/chapter4/eqb.fix(0,0,3)"\ 6eqb\ 5/a\ 6 X p1 p2.
 
 example hint2: ∀b1,b2. 
-  〈b1,true〉==〈false,b2〉=true → 〈b1,true〉=〈false,b2〉.
+  \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6b1,\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6\ 5a title="eqb" 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,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 → \ 5a title="Pair construction" href="cic:/fakeuri.def(1)"\ 6\ 5/a\ 6b1,\ 5a href="cic:/matita/basics/bool/bool.con(0,1,0)"\ 6true\ 5/a\ 6\ 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,b2〉.
 #b1 #b2 #H @(\P H).
\ No newline at end of file