]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/commitdiff
diamond property
authorAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Thu, 10 Mar 2011 07:41:22 +0000 (07:41 +0000)
committerAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Thu, 10 Mar 2011 07:41:22 +0000 (07:41 +0000)
matita/matita/lib/lambda/par_reduction.ma [new file with mode: 0644]
matita/matita/lib/lambda/subst.ma

diff --git a/matita/matita/lib/lambda/par_reduction.ma b/matita/matita/lib/lambda/par_reduction.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6063ad9
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,501 @@
+(*
+    ||M||  This file is part of HELM, an Hypertextual, Electronic        
+    ||A||  Library of Mathematics, developed at the Computer Science     
+    ||T||  Department of the University of Bologna, Italy.                     
+    ||I||                                                                 
+    ||T||  
+    ||A||  This file is distributed under the terms of the 
+    \   /  GNU General Public License Version 2        
+     \ /      
+      V_______________________________________________________________ *)
+
+include "lambda/subterms.ma".
+
+(*
+inductive T : Type[0] ≝
+  | Sort: nat → T
+  | Rel: nat → T 
+  | App: T → T → T 
+  | Lambda: T → T → T (* type, body *)
+  | Prod: T → T → T (* type, body *)
+  | D: T →T
+. *)
+
+let rec is_dummy M ≝ 
+match M with 
+  [D P ⇒ true
+  |_ ⇒ false
+  ].
+  
+let rec is_lambda M ≝ 
+match M with 
+  [Lambda P Q ⇒ true
+  |_ ⇒ false
+  ]. 
+  
+theorem is_dummy_to_exists: ∀M. is_dummy M = true → 
+∃N. M = D N.
+#M (cases M) normalize 
+  [1,2: #n #H destruct|3,4,5: #P #Q #H destruct
+  |#N #_ @(ex_intro … N) //
+  ]
+qed.
+
+theorem is_lambda_to_exists: ∀M. is_lambda M = true → 
+∃P,N. M = Lambda P N.
+#M (cases M) normalize 
+  [1,2,6: #n #H destruct|3,5: #P #Q #H destruct
+  |#P #N #_ @(ex_intro … P) @(ex_intro … N) //
+  ]
+qed.
+
+inductive pr : T →T → Prop ≝
+  | beta: ∀P,M,N,M1,N1. pr M M1 → pr N N1 →
+      pr (App (Lambda P M) N) (M1[0 ≝ N1])
+  | dapp: ∀M,N,P. pr (App M N) P → 
+      pr (App (D M) N) (D P)
+  | dlam: ∀M,N,P. pr (Lambda M N) P → pr (Lambda M (D N)) (D P)
+  | none: ∀M. pr M M
+  | appl: ∀M,M1,N,N1. pr M M1 → pr N N1 → pr (App M N) (App M1 N1)
+  | lam: ∀P,P1,M,M1. pr P P1 → pr M M1 → 
+      pr (Lambda P M) (Lambda P1 M1)
+  | prod: ∀P,P1,M,M1. pr P P1 → pr M M1 → 
+      pr (Prod P M) (Prod P1 M1)
+  | d: ∀M,M1. pr M M1 → pr (D M) (D M1).
+
+lemma prSort: ∀M,n. pr (Sort n) M → M = Sort n.
+#M #n #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |//
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+
+lemma prRel: ∀M,n. pr (Rel n) M → M = Rel n.
+#M #n #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |//
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+
+lemma prD: ∀M,N. pr (D N) M → ∃P.M = D P ∧ pr N P.
+#M #N #prH (inversion prH)  
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#R #eqR <eqR #_ @(ex_intro … N) /2/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M1 #N1 #pr #_ #H destruct #eqM @(ex_intro … N1) /2/
+  ]
+qed.
+
+lemma prApp_not_dummy_not_lambda: 
+∀M,N,P. pr (App M N) P → is_dummy M = false → is_lambda M = false →
+∃M1,N1. (P = App M1 N1 ∧ pr M M1 ∧ pr N N1).
+#M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct #_ #_ #H1 destruct
+  |#M1 #N1 #P1 #_ #_ #H destruct #_ #H1 destruct
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#Q #eqProd #_ #_ #_ @(ex_intro … M) @(ex_intro … N) /3/
+  |#M1 #N1 #M2 #N2 #pr1 #pr2 #_ #_ #H #H1 #_ #_ destruct 
+   @(ex_intro … N1) @(ex_intro … N2) /3/ 
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma prApp_D: 
+∀M,N,P. pr (App (D M) N) P → 
+  (∃Q. (P = D Q ∧ pr (App M N) Q)) ∨
+  (∃M1,N1.(P = (App (D M1) N1) ∧ pr M M1 ∧ pr N N1)).
+#M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#R #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M1 #N1 #P1 #pr1 #_ #H destruct #eqP 
+   @or_introl @(ex_intro … P1) /2/ 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#R #eqR #_ @or_intror @(ex_intro … M) @(ex_intro … N) /3/
+  |#M1 #N1 #M2 #N2 #pr1 #pr2 #_ #_ #H destruct #_
+   cases (prD … pr1) #S * #eqN1 >eqN1 #pr3
+   @or_intror @(ex_intro … S) @(ex_intro … N2) /3/ 
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma prApp_lambda: 
+∀Q,M,N,P. pr (App (Lambda Q M) N) P → 
+∃M1,N1. (P = M1[0:=N1] ∧ pr M M1 ∧ pr N N1) ∨
+   (P = (App M1 N1) ∧ pr (Lambda Q M) M1 ∧ pr N N1).
+#Q #M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#R #M #N #M1 #N1 #pr1 #pr2 #_ #_ #H destruct #_ 
+   @(ex_intro … M1) @(ex_intro … N1) /4/ 
+  |#M1 #N1 #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#R #eqR #_ @(ex_intro … (Lambda Q M)) @(ex_intro … N) /4/
+  |#M1 #N1 #M2 #N2 #pr1 #pr2 #_ #_ #H destruct #_
+   @(ex_intro … N1) @(ex_intro … N2) /4/ 
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma prLambda_not_dummy: ∀M,N,P. pr (Lambda M N) P → is_dummy N = false →
+∃M1,N1. (P = Lambda M1 N1 ∧ pr M M1 ∧ pr N N1).
+#M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct  
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct #_ #eqH destruct 
+  |#Q #eqProd #_ #_ @(ex_intro … M) @(ex_intro … N) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#Q #Q1 #S #S1 #pr1 #pr2 #_ #_ #H #H1 #_ destruct 
+   @(ex_intro … Q1) @(ex_intro … S1) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed. 
+
+lemma prLambda_dummy: ∀M,N,P. pr (Lambda M (D N)) P → 
+  (∃M1,N1. P = Lambda M1 (D N1) ∧ pr M M1 ∧ pr N N1) ∨
+  (∃Q. (P = D Q ∧ pr (Lambda M N) Q)).
+#M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M1 #N1 #P1 #prM #_ #eqlam destruct #H @or_intror 
+   @(ex_intro … P1) /3/ 
+  |#Q #eqLam #_ @or_introl @(ex_intro … M) @(ex_intro … N) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#Q #Q1 #S #S1 #pr1 #pr2 #_ #_ #H #H1 destruct
+   cases (prD …pr2) #S2 * #eqS1 #pr3 >eqS1 @or_introl
+   @(ex_intro … Q1) @(ex_intro … S2) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+
+lemma prLambda: ∀M,N,P. pr (Lambda M N) P → 
+(∃M1,N1. (P = Lambda M1 N1 ∧ pr M M1 ∧ pr N N1))  ∨
+(∃N1,Q. (N=D N1) ∧ (P = (D Q) ∧ pr (Lambda M N1) Q)).
+#M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M1 #N1 #P1 #prM1 #_ #eqlam #eqP destruct @or_intror 
+   @(ex_intro … N1) @(ex_intro … P1) /3/ 
+  |#Q #eqProd #_ @or_introl @(ex_intro … M) @(ex_intro … N) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#Q #Q1 #S #S1 #pr1 #pr2 #_ #_ #H #H1 destruct @or_introl
+   @(ex_intro … Q1) @(ex_intro … S1) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+
+lemma prProd: ∀M,N,P. pr (Prod M N) P → 
+∃M1,N1. P = Prod M1 N1 ∧ pr M M1 ∧ pr N N1.
+#M #N #P #prH (inversion prH)
+  [#P #M #N #M1 #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#M #N #P1 #_ #_ #H destruct 
+  |#Q #eqProd #_ @(ex_intro … M) @(ex_intro … N) /3/
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#M #M1 #N #N1 #_ #_ #_ #_ #H destruct
+  |#Q #Q1 #S #S1 #pr1 #pr2 #_ #_ #H #H1 destruct
+   @(ex_intro … Q1) @(ex_intro … S1) /3/
+  |#M #N #_ #_ #H destruct
+  ]
+qed.
+let rec full M ≝
+  match M with
+  [ Sort n ⇒ Sort n
+  | Rel n ⇒ Rel n
+  | App P Q ⇒ full_app P (full Q)
+  | Lambda P Q ⇒ full_lam (full P) Q
+  | Prod P Q ⇒ Prod (full P) (full Q)
+  | D P ⇒ D (full P)
+  ]
+and full_app M N ≝
+  match M with 
+  [ Sort n ⇒ App (Sort n) N
+  | Rel n ⇒ App (Rel n) N
+  | App P Q ⇒ App (full_app P (full Q)) N
+  | Lambda P Q ⇒ (full Q) [0 ≝ N] 
+  | Prod P Q ⇒ App (Prod (full P) (full Q)) N
+  | D P ⇒ D (full_app P N)
+  ]
+and full_lam M N on N≝
+  match N with 
+  [ Sort n ⇒ Lambda M (Sort n)
+  | Rel n ⇒ Lambda M (Rel n)
+  | App P Q ⇒ Lambda M (full_app P (full Q))
+  | Lambda P Q ⇒  Lambda M (full_lam (full P) Q)
+  | Prod P Q ⇒ Lambda M (Prod (full P) (full Q))
+  | D P ⇒ D (full_lam M P)
+  ]
+. 
+
+lemma pr_lift: ∀N,N1,n. pr N N1 → ∀k. pr (lift N k n) (lift N1 k n).
+#N #N1 #n #pr1 (elim pr1)
+  [#P #M1 #N1 #M2 #N2 #pr2 #pr3 #Hind1 #Hind2 #k
+   normalize >lift_subst_up @beta; // 
+  |#M1 #N1 #P #pr2 #Hind normalize #k @dapp @Hind
+  |#M1 #N1 #P #pr2 #Hind normalize #k @dlam @Hind
+  |// 
+  |#M1 #N1 #M2 #N2 #pr2 #pr3 #Hind1 #Hind2 #k
+   normalize @appl; [@Hind1 |@Hind2]
+  |#M1 #N1 #M2 #N2 #pr2 #pr3 #Hind1 #Hind2 #k
+   normalize @lam; [@Hind1 |@Hind2]
+  |#M1 #N1 #M2 #N2 #pr2 #pr3 #Hind1 #Hind2 #k
+   normalize @prod; [@Hind1 |@Hind2]
+  |#M1 #M2 #pr2 #Hind #k normalize @d //
+  ]
+qed.
+  
+theorem pr_subst: ∀M,M1,N,N1,n. pr M M1 → pr N N1 → 
+  pr M[n≝N] M1[n≝N1].
+@Telim_size #P (cases P) 
+  [#i #Hind #N #M1 #N1 #n #pr1 #pr2 >(prSort … pr1) //
+  |#i #Hind #N #M1 #N1 #n #pr1 #pr2 >(prRel … pr1)
+    (cases (true_or_false (leb i n)))
+    [#lein (cases (le_to_or_lt_eq i n (leb_true_to_le … lein)))
+      [#ltin >(subst_rel1 … ltin) >(subst_rel1 … ltin) //
+      |#eqin >eqin >subst_rel2 >subst_rel2 /2/ 
+      ]
+    |#lefalse (cut (n < i)) [@not_le_to_lt /2/] #ltni
+     >(subst_rel3 … ltni) >(subst_rel3 … ltni) //
+    ]
+  |#Q #M #Hind #M1 #N #N1 #n #pr1 #pr2
+    (cases (true_or_false (is_dummy Q)))
+    [#isdummy (cases (is_dummy_to_exists … isdummy))
+     #Q1 #eqM >eqM in pr1 #pr3 (cases (prApp_D … pr3))
+      [* #Q2 * #eqM1 #pr4 >eqM1 @dapp @(Hind (App Q1 M)) //
+       >eqM normalize //
+      |* #M2 * #N2 * * #eqM1 #pr4 #pr5 >eqM1 @appl;
+        [@Hind // [<eqM normalize // | @d //] 
+        |@Hind // normalize // 
+        ]
+      ]
+    |#notdummy 
+     (cases (true_or_false (is_lambda Q)))
+      [#islambda (cases (is_lambda_to_exists … islambda))
+       #M2 * #N2 #eqQ >eqQ in pr1 #pr3 (cases (prApp_lambda … pr3))
+       #M3 * #N3 * 
+        [* * #eqM1 #pr4 #pr5 >eqM1 
+         >(plus_n_O n) in ⊢ (??%) >subst_lemma
+         @beta;
+          [<plus_n_Sm <plus_n_O @Hind // >eqQ 
+           @(transitive_lt ? (size (Lambda M2 N2))) normalize //
+          |@Hind // normalize // 
+          ]
+        |* * #eqM1 #pr4 #pr5 >eqM1 @appl;  
+          [@Hind // <eqQ normalize // 
+          |@Hind // normalize // 
+          ]
+        ]
+      |#notlambda (cases (prApp_not_dummy_not_lambda … pr1 ??)) //
+       #M2 * #N2 * * #eqM1 #pr3 #pr4 >eqM1 @appl;
+        [@Hind // normalize // |@Hind // normalize // ]
+      ]
+    ]
+  |#Q #M #Hind #M1 #N #N1 #n #pr1 #pr2
+   (cases (prLambda … pr1))
+    [* #M2 * #N2 * * #eqM1 #pr3 #pr4 >eqM1 @lam;
+      [@Hind // normalize // | @Hind // normalize // ]
+    |* #N2 * #Q1 * #eqM * #eqM1 #pr3 >eqM >eqM1 @dlam 
+     @(Hind (Lambda Q N2)) // >eqM normalize //
+    ]
+  |#Q #M #Hind #M1 #N #N1 #n #pr1 #pr2
+   (cases (prProd … pr1)) #M2 * #N2 * * #eqM1 #pr3 #pr4 >eqM1
+   @prod; [@Hind // normalize // | @Hind // normalize // ]
+  |#Q #Hind #M1 #N #N1 #n #pr1 #pr2 (cases (prD … pr1))
+   #M2 * #eqM1 #pr1 >eqM1 @d @Hind // normalize // 
+  ]
+qed.
+  
+lemma pr_full_app: ∀M,N,N1. pr N N1 → 
+  (∀S.subterm S M → pr S (full S)) →
+  pr (App M N) (full_app M N1).
+#M (elim M) normalize /2/
+  [#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #prN #H @appl // @Hind1 /3/
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #prN #H @beta /2/
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #prN #H @appl // @prod /2/
+  |#P #Hind #N1 #N2 #prN #H @dapp @Hind /3/
+  ]
+qed.
+  
+lemma pr_full_lam: ∀M,N,N1. pr N N1 → 
+  (∀S.subterm S M → pr S (full S)) →
+  pr (Lambda N M) (full_lam N1 M).
+#M (elim M) normalize /2/
+  [#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #prN #H @lam // @pr_full_app /3/
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #prN #H @lam // @Hind2 /3/
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #prN #H @lam // @prod /2/
+  |#P #Hind #N1 #N2 #prN #H @dlam @Hind /3/
+  ]
+qed.
+
+theorem pr_full: ∀M. pr M (full M).
+@Telim #M (cases M) 
+  [// 
+  |//
+  |#M1 #N1 #H @pr_full_app /3/
+  |#M1 #N1 #H @pr_full_lam /3/
+  |#M1 #N1 #H @prod /2/
+  |#P #H @d /2/
+  ]
+qed. 
+lemma complete_beta: ∀Q,N,N1,M,M1.(* pr N N1 → *) pr N1 (full N) → 
+ (∀S,P.subterm S (Lambda Q M) → pr S P → pr P (full S)) →
+ pr (Lambda Q M) M1 → pr (App M1 N1) ((full M) [O ≝ (full N)]).
+#Q #N #N1 #M (elim M)
+  [1,2:#n #M1 #prN1 #sub #pr1 
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M2 * #N2 
+   * * #eqM1 #pr3 #pr4 >eqM1 @beta /3/
+  |3,4,5:#M1 #M2 #_ #_ #M3 #prN1 #sub #pr1
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M4 * #N3 
+   * * #eqM3 #pr3 #pr4 >eqM3 @beta /3/
+  |#M1 #Hind #M2 #prN1 #sub #pr1
+   (cases (prLambda_dummy … pr1))
+    [* #M3 * #N3 * * #eqM2 #pr3 #pr4 >eqM2 
+     @beta // normalize @d @sub /2/
+    |* #P * #eqM2 #pr3 >eqM2 normalize @dapp
+     @Hind // #S #P #subH #pr4 @sub //
+     (cases (sublam … subH)) [* [* /2/ | /2/] | /3/
+    ]    
+  ]
+qed.
+
+lemma complete_beta1: ∀Q,N,M,M1.
+ (∀N1. pr N N1 → pr N1 (full N)) →
+ (∀S,P.subterm S (Lambda Q M) → pr S P → pr P (full S)) →
+ pr (App (Lambda Q M) N) M1 → pr M1 ((full M) [O ≝ (full N)]).
+#Q #N #M #M1 #prH #subH #prApp 
+(cases (prApp_lambda … prApp)) #M2 * #N2 *
+  [* * #eqM1 #pr1 #pr2 >eqM1 @pr_subst; [@subH // | @prH //]
+  |* * #eqM1 #pr1 #pr2 >eqM1 @(complete_beta … pr1);
+    [@prH // 
+    |#S #P #subS #prS @subH // 
+    ]
+  ]
+qed.
+  
+lemma complete_app: ∀M,N,P.
+  (∀S,P.subterm S (App M N) → pr S P → pr P (full S)) →
+  pr (App M N) P → pr P (full_app M (full N)).
+#M (elim M) normalize
+  [#n #P #Q #Hind #pr1 
+   cases (prApp_not_dummy_not_lambda … pr1 ??) // 
+   #M1 * #N1 * * #eqQ #pr1 #pr2 >eqQ @appl; 
+    [@(Hind (Sort n)) // |@Hind //]
+  |#n #P #Q #Hind #pr1 
+   cases (prApp_not_dummy_not_lambda … pr1 ??) // 
+   #M1 * #N1 * * #eqQ #pr1 #pr2 >eqQ @appl; 
+    [@(Hind (Rel n)) // |@Hind //]
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #subH #prH
+   cases (prApp_not_dummy_not_lambda … prH ??) // 
+   #M2 * #N2 * * #eqQ #pr1 #pr2 >eqQ @appl; 
+    [@Hind1 /3/ |@subH //]
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #P2 #subH #prH
+   @(complete_beta1 … prH); 
+     [#N2 @subH // | #S #P1 #subS @subH
+      (cases (sublam … subS)) [* [* /2/ | /2/] | /2/]
+     ]
+  |#P #Q #Hind1 #Hind2 #N1 #N2 #subH #prH 
+   cases (prApp_not_dummy_not_lambda … prH ??) // 
+   #M2 * #N2 * * #eqQ #pr1 #pr2 >eqQ @appl; 
+    [@(subH (Prod P Q)) // |@subH //]
+  |#P #Hind #N1 #N2 #subH #prH 
+   (cut (∀S. subterm S (App P N1) → subterm S (App (D P) N1)))
+    [#S #sub (cases (subapp …sub)) [* [ * /2/ | /3/] | /2/]] #Hcut
+   cases (prApp_D … prH);
+    [* #N3 * #eqN3 #pr1 >eqN3 @d @Hind //
+     #S #P1 #sub1 #prS @subH /2/
+    |* #N3 * #N4 * * #eqN2 #prP #prN1 >eqN2 @dapp @Hind;
+      [#S #P1 #sub1 #prS @subH /2/ |@appl // ]
+    ]       
+  ]
+qed.
+
+lemma complete_lam: ∀M,Q,M1.
+ (∀S,P.subterm S (Lambda Q M) → pr S P → pr P (full S)) →
+ pr (Lambda Q M) M1 → pr M1 (full_lam (full Q) M).
+#M (elim M) 
+  [#n #Q #M1 #sub #pr1 normalize
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M2 * #N2 
+   * * #eqM1 #pr3 #pr4 >eqM1 @lam; 
+    [@sub /2/ | @(sub (Sort n)) /2/]
+  |#n #Q #M1 #sub #pr1 normalize
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M2 * #N2 
+   * * #eqM1 #pr3 #pr4 >eqM1 @lam; 
+    [@sub /2/ | @(sub (Rel n)) /2/]
+  |#M1 #M2 #_ #_ #M3 #Q #sub #pr1
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M4 * #N3 
+   * * #eqM3 #pr3 #pr4 >eqM3 @lam;
+    [@sub // | @complete_app // #S #P1 #subS @sub
+     (cases (subapp …subS)) [* [* /2/ | /2/] | /3/ ]
+    ]
+  |#M1 #M2 #_ #Hind #M3 #Q #sub #pr1 
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M4 * #N3 
+   * * #eqM3 #pr3 #pr4 >eqM3 @lam;
+    [@sub // |@Hind // #S #P1 #subS @sub
+     (cases (sublam …subS)) [* [* /2/ | /2/] | /3/ ]
+    ]
+  |#M1 #M2 #_ #_ #M3 #Q #sub #pr1
+   (cases (prLambda_not_dummy … pr1 ?)) // #M4 * #N3 
+   * * #eqM3 #pr3 #pr4 >eqM3 @lam;
+    [@sub // | (cases (prProd … pr4)) #M5 * #N4 * * #eqN3
+     #pr5 #pr6 >eqN3 @prod;
+      [@sub /3/ | @sub /3/]
+    ]
+  |#P #Hind #Q #M2 #sub #pr1 (cases (prLambda_dummy … pr1))
+    [* #M3 * #N3 * * #eqM2 #pr3 #pr4 >eqM2 normalize 
+     @dlam @Hind;
+      [#S #P1 #subS @sub (cases (sublam …subS)) 
+        [* [* /2/ | /2/ ] |/3/ ]
+      |@lam //
+      ]
+    |* #P * #eqM2 #pr3 >eqM2 normalize @d
+     @Hind // #S #P #subH @sub
+     (cases (sublam … subH)) [* [* /2/ | /2/] | /3/]
+    ]    
+  ]
+qed.
+
+theorem complete: ∀M,N. pr M N → pr N (full M).
+@Telim #M (cases M) 
+  [#n #Hind #N #prH normalize >(prSort … prH) //
+  |#n #Hind #N #prH normalize >(prRel … prH) //
+  |#M #N #Hind #Q @complete_app 
+   #S #P #subS @Hind //
+  | #P #P1 #Hind #N #Hpr @(complete_lam … Hpr) 
+   #S #P #subS @Hind //
+  |5: #P #P1 #Hind #N #Hpr 
+   (cases (prProd …Hpr)) #M1 * #N1 * * #eqN >eqN normalize /3/
+  |6:#N #Hind #P #prH normalize cases (prD … prH) 
+   #Q * #eqP >eqP #prN @d @Hind //
+  ]
+qed.
+
+theorem diamond: ∀P,Q,R. pr P Q → pr P R → ∃S.
+pr Q S ∧ pr P S.
+#P #Q #R #pr1 #pr2 @(ex_intro … (full P)) /3/
+qed.
+
+
+
index bd8c5b71353226e7f78f5b5257ead19727351876..565432a9dfb3c29231e9272df2f7cbc67e8ed55f 100644 (file)
@@ -38,7 +38,7 @@ notation "↑ ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift O $M}.
 notation "↑ _ k ^ n ( M )" non associative with precedence 40 for @{'Lift $n $k $M}.
 *)
 (* interpretation "Lift" 'Lift n M = (lift M n). *)
-interpretation "Lift" 'Lift n k M = (lift M k n).
+interpretation "Lift" 'Lift n k M = (lift M k n). 
 
 let rec subst t k a ≝ 
   match t with 
@@ -80,8 +80,20 @@ lemma lift_rel1: ∀i.lift (Rel i) 0 1 = Rel (S i).
 #i (change with (lift (Rel i) 0 1 = Rel (1 + i))) //
 qed.
 
-lemma lift_lift: ∀t.∀i,j.j ≤ i  → ∀h,k. 
-  lift (lift t k i) (j+k) h = lift t k (i+h).
+lemma lift_rel_lt : ∀n,k,i. i < k → lift (Rel i) k n = Rel i.
+#n #k #i #ltik change with 
+(if_then_else ? (leb (S i) k) (Rel i) (Rel (i+n)) = Rel i)
+>(le_to_leb_true … ltik) //
+qed.
+
+lemma lift_rel_ge : ∀n,k,i. k ≤ i → lift (Rel i) k n = Rel (i+n).
+#n #k #i #leki change with 
+(if_then_else ? (leb (S i) k) (Rel i) (Rel (i+n)) = Rel (i+n))
+>lt_to_leb_false // @le_S_S // 
+qed.
+
+lemma lift_lift: ∀t.∀m,j.j ≤ m  → ∀n,k. 
+  lift (lift t k m) (j+k) n = lift t k (m+n).
 #t #i #j #h (elim t) normalize // #n #h #k
 @(leb_elim (S n) k) #Hnk normalize
   [>(le_to_leb_true (S n) (j+k) ?) normalize /2/
@@ -91,6 +103,28 @@ lemma lift_lift: ∀t.∀i,j.j ≤ i  → ∀h,k.
   ]
 qed.
 
+lemma lift_lift_up: ∀n,m,t,k,i.
+  lift (lift t i m) (m+k+i) n = lift (lift t (k+i) n) i m.
+#n #m #N (elim N)
+  [1,3,4,5,6: normalize //
+  |#p #k #i @(leb_elim i p);
+    [#leip >lift_rel_ge // @(leb_elim (k+i) p);
+      [#lekip >lift_rel_ge; 
+        [>lift_rel_ge // >lift_rel_ge // @(transitive_le … leip) //
+        |>associative_plus >commutative_plus @monotonic_le_plus_l // 
+        ]
+      |#lefalse (cut (p < k+i)) [@not_le_to_lt //] #ltpki
+       >lift_rel_lt; [|>associative_plus >commutative_plus @monotonic_lt_plus_r //] 
+       >lift_rel_lt // >lift_rel_ge // 
+      ]
+    |#lefalse (cut (p < i)) [@not_le_to_lt //] #ltpi 
+     >lift_rel_lt // >lift_rel_lt; [|@(lt_to_le_to_lt … ltpi) //]
+     >lift_rel_lt; [|@(lt_to_le_to_lt … ltpi) //] 
+     >lift_rel_lt //
+    ]
+  ]
+qed.
+
 lemma lift_lift1: ∀t.∀i,j,k. 
   lift(lift t k j) k i = lift t k (j+i).
 /2/ qed.
@@ -168,6 +202,51 @@ lemma lift_subst_ijk: ∀A,B.∀i,j,k.
   ]
 qed. 
 
+lemma lift_subst_up: ∀M,N,n,i,j.
+  lift M[i≝N] (i+j) n = (lift M (i+j+1) n)[i≝ (lift N j n)].
+#M (elim M) 
+  [//
+  |#p #N #n #i #j (cases (true_or_false (leb p i)))
+    [#lepi (cases (le_to_or_lt_eq … (leb_true_to_le … lepi)))
+      [#ltpi >(subst_rel1 … ltpi) 
+       (cut (p < i+j)) [@(lt_to_le_to_lt … ltpi) //] #ltpij
+       >(lift_rel_lt … ltpij); >(lift_rel_lt ?? p ?); 
+        [>subst_rel1 // | @(lt_to_le_to_lt … ltpij) //]
+      |#eqpi >eqpi >subst_rel2 >lift_rel_lt;
+        [>subst_rel2 >(plus_n_O (i+j)) 
+         applyS lift_lift_up 
+        |@(le_to_lt_to_lt ? (i+j)) //
+        ]
+      ]
+    |#lefalse (cut (i < p)) [@not_le_to_lt /2/] #ltip
+     (cut (0 < p)) [@(le_to_lt_to_lt … ltip) //] #posp
+     >(subst_rel3 … ltip) (cases (true_or_false (leb (S p) (i+j+1))))
+      [#Htrue (cut (p < i+j+1)) [@(leb_true_to_le … Htrue)] #Hlt
+       >lift_rel_lt; 
+        [>lift_rel_lt // >(subst_rel3 … ltip) // | @lt_plus_to_minus //]
+      |#Hfalse >lift_rel_ge; 
+        [>lift_rel_ge; 
+          [>subst_rel3; [@eq_f /2/ | @(lt_to_le_to_lt … ltip) //]
+          |@not_lt_to_le @(leb_false_to_not_le … Hfalse)
+          ]
+        |@le_plus_to_minus_r @not_lt_to_le 
+         @(leb_false_to_not_le … Hfalse)
+        ]
+      ]
+    ]
+  |#P #Q #HindP #HindQ #N #n #i #j normalize 
+   @eq_f2; [@HindP |@HindQ ]
+  |#P #Q #HindP #HindQ #N #n #i #j normalize 
+   @eq_f2; [@HindP |>associative_plus >(commutative_plus j 1)
+   <associative_plus @HindQ]
+  |#P #Q #HindP #HindQ #N #n #i #j normalize 
+   @eq_f2; [@HindP |>associative_plus >(commutative_plus j 1)
+   <associative_plus @HindQ]
+  |#P #HindP #N #n #i #j normalize 
+   @eq_f @HindP
+  ]
+qed.
+
 theorem delift : ∀A,B.∀i,j,k. i ≤ j → j ≤ i + k → 
   (lift B i (S k)) [j ≝ A] = lift B i k.
 #A #B (elim B) normalize /2/