]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/commitdiff
Added q.ma.
authorAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Mon, 22 Aug 2005 08:03:58 +0000 (08:03 +0000)
committerAndrea Asperti <andrea.asperti@unibo.it>
Mon, 22 Aug 2005 08:03:58 +0000 (08:03 +0000)
helm/matita/library/Q/q.ma [new file with mode: 0644]

diff --git a/helm/matita/library/Q/q.ma b/helm/matita/library/Q/q.ma
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0e6678d
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,331 @@
+(**************************************************************************)
+(*       ___                                                               *)
+(*      ||M||                                                             *)
+(*      ||A||       A project by Andrea Asperti                           *)
+(*      ||T||                                                             *)
+(*      ||I||       Developers:                                           *)
+(*      ||T||       A.Asperti, C.Sacerdoti Coen,                          *)
+(*      ||A||       E.Tassi, S.Zacchiroli                                 *)
+(*      \   /                                                             *)
+(*       \ /        This file is distributed under the terms of the       *)
+(*        v         GNU Lesser General Public License Version 2.1         *)
+(*                                                                        *)
+(**************************************************************************)
+
+set "baseuri" "cic:/matita/Q/q".
+
+include "Z/compare.ma".
+include "Z/plus.ma".
+include "higher_order_defs/functions.ma".
+
+(* a fraction is a list of Z-coefficients for primes, in natural
+order. The last coefficient must eventually be different from 0 *)
+
+inductive fraction : Set \def
+  pp : nat \to fraction
+| nn: nat \to fraction
+| cons : Z \to fraction \to fraction.
+
+inductive ratio : Set \def
+      one :  ratio
+    | frac : fraction \to ratio.
+
+(* a rational number is either O or a ratio with a sign *)
+inductive Q : Set \def 
+    OQ : Q
+  | Qpos : ratio  \to Q
+  | Qneg : ratio  \to Q.
+
+(* double elimination principles *)
+theorem fraction_elim2:
+\forall R:fraction \to fraction \to Prop.
+(\forall n:nat.\forall g:fraction.R (pp n) g) \to
+(\forall n:nat.\forall g:fraction.R (nn n) g) \to
+(\forall x:Z.\forall f:fraction.\forall m:nat.R (cons x f) (pp m)) \to
+(\forall x:Z.\forall f:fraction.\forall m:nat.R (cons x f) (nn m)) \to
+(\forall x,y:Z.\forall f,g:fraction.R f g \to R (cons x f) (cons y g)) \to
+\forall f,g:fraction. R f g.
+intros 7.elim f.apply H.
+elim g.apply H2.
+apply H4.apply H5.
+apply H3.
+apply H1.
+qed. 
+
+(* boolean equality *)
+let rec eqfb f g \def
+match f with
+[ (pp n) \Rightarrow 
+  match g with 
+  [ (pp m) \Rightarrow eqb n m
+  | (nn m) \Rightarrow false
+  | (cons y g1) \Rightarrow false]
+| (nn n) \Rightarrow 
+  match g with 
+  [ (pp m) \Rightarrow false
+  | (nn m) \Rightarrow eqb n m
+  | (cons y g1) \Rightarrow false] 
+| (cons x f1) \Rightarrow 
+  match g with 
+  [ (pp m) \Rightarrow false
+  | (nn m) \Rightarrow false
+  | (cons y g1) \Rightarrow andb (eqZb x y) (eqfb f1 g1)]]. 
+
+(* discrimination *)
+definition aux \def
+  \lambda f. match f with
+    [ (pp n) \Rightarrow n
+    | (nn n) \Rightarrow n
+    | (cons x f) \Rightarrow O].
+
+definition fhd \def
+\lambda f. match f with
+    [ (pp n) \Rightarrow (pos n)
+    | (nn n) \Rightarrow (neg n)
+    | (cons x f) \Rightarrow x].
+
+definition ftl \def
+\lambda f. match f with
+    [ (pp n) \Rightarrow (pp n)
+    | (nn n) \Rightarrow (nn n)
+    | (cons x f) \Rightarrow f].
+    
+theorem injective_pp : injective nat fraction pp.
+simplify.intros.
+change with (aux (pp x)) = (aux (pp y)).
+apply eq_f.assumption.
+qed.
+
+theorem injective_nn : injective nat fraction nn.
+simplify.intros.
+change with (aux (nn x)) = (aux (nn y)).
+apply eq_f.assumption.
+qed.
+
+theorem eq_cons_to_eq1: \forall f,g:fraction.\forall x,y:Z. 
+(cons x f) = (cons y g) \to x = y.
+intros.
+change with (fhd (cons x f)) = (fhd (cons y g)).
+apply eq_f.assumption.
+qed.
+
+theorem eq_cons_to_eq2: \forall x,y:Z.\forall f,g:fraction.
+(cons x f) = (cons y g) \to f = g.
+intros.
+change with (ftl (cons x f)) = (ftl (cons y g)).
+apply eq_f.assumption.
+qed.
+
+theorem not_eq_pp_nn: \forall n,m:nat. \lnot (pp n) = (nn m).
+intros.simplify. intro.
+change with match (pp n) with
+[ (pp n) \Rightarrow False
+| (nn n) \Rightarrow True
+| (cons x f) \Rightarrow True].
+rewrite > H.
+simplify.exact I.
+qed.
+
+theorem not_eq_pp_cons: 
+\forall n:nat.\forall x:Z. \forall f:fraction. 
+\lnot (pp n) = (cons x f).
+intros.simplify. intro.
+change with match (pp n) with
+[ (pp n) \Rightarrow False
+| (nn n) \Rightarrow True
+| (cons x f) \Rightarrow True].
+rewrite > H.
+simplify.exact I.
+qed.
+
+theorem not_eq_nn_cons: 
+\forall n:nat.\forall x:Z. \forall f:fraction. 
+\lnot (nn n) = (cons x f).
+intros.simplify. intro.
+change with match (nn n) with
+[ (pp n) \Rightarrow True
+| (nn n) \Rightarrow False
+| (cons x f) \Rightarrow True].
+rewrite > H.
+simplify.exact I.
+qed.
+
+theorem decidable_eq_fraction: \forall f,g:fraction.
+decidable (f = g).
+intros.simplify.
+apply fraction_elim2 (\lambda f,g. Or (f=g) (f=g \to False)).
+intros.elim g1.
+elim ((decidable_eq_nat n n1) : Or (n=n1) (n=n1 \to False)).
+left.apply eq_f. assumption.
+right.intro.apply H.apply injective_pp.assumption.
+right.apply not_eq_pp_cons.
+right.apply not_eq_pp_nn.
+intros. elim g1.
+right.intro.apply not_eq_pp_nn n1 n ?.apply sym_eq. assumption.
+right.apply not_eq_nn_cons.
+elim ((decidable_eq_nat n n1) : Or (n=n1) (n=n1 \to False)).
+left. apply eq_f. assumption.
+right.intro.apply H.apply injective_nn.assumption.
+intros.right.intro.apply not_eq_pp_cons m x f1 ?.apply sym_eq.assumption.
+intros.right.intro.apply not_eq_nn_cons m x f1 ?.apply sym_eq.assumption.
+intros.elim H.
+elim ((decidable_eq_Z x y) : Or (x=y) (x=y \to False)).
+left.apply eq_f2.assumption. assumption.
+right.intro.apply H2.
+apply eq_cons_to_eq1 f1 g1.assumption.
+right.intro.apply H1.
+apply eq_cons_to_eq2 x y f1 g1.assumption.
+qed.
+
+theorem eqfb_to_Prop: \forall f,g:fraction.
+match (eqfb f g) with
+[true \Rightarrow f=g
+|false \Rightarrow \lnot f=g].
+intros.apply fraction_elim2 
+(\lambda f,g.match (eqfb f g) with
+[true \Rightarrow f=g
+|false \Rightarrow \lnot f=g]).
+intros.elim g1.
+simplify.
+apply eqb_elim.
+intro.simplify.apply eq_f.assumption.
+intro.simplify.intro.apply H.apply injective_pp.assumption.
+simplify.apply not_eq_pp_cons.
+simplify.apply not_eq_pp_nn.
+intros.
+elim g1.simplify.
+intro.apply not_eq_pp_nn n1 n ?.apply sym_eq. assumption.
+simplify.apply not_eq_nn_cons.
+simplify.apply eqb_elim.
+intro.simplify.apply eq_f.assumption.
+intro.simplify.intro.apply H.apply injective_nn.assumption.
+intros.
+simplify.intro.apply not_eq_pp_cons m x f1 ?.apply sym_eq. assumption.
+intros.simplify.intro.apply not_eq_nn_cons m x f1 ?.apply sym_eq. assumption.
+intros.
+change in match (eqfb (cons x f1) (cons y g1)) with 
+(andb (eqZb x y) (eqfb f1 g1)).
+apply eqZb_elim.
+intro.generalize in match H.
+elim (eqfb f1 g1).
+simplify.apply eq_f2.assumption.apply H2.
+simplify.intro.apply H2.apply eq_cons_to_eq2 x y.assumption.
+intro.simplify.
+intro.apply H1.apply eq_cons_to_eq1 f1 g1.assumption.
+qed.
+
+let rec finv f \def
+  match f with
+  [ (pp n) \Rightarrow (nn n)
+  | (nn n) \Rightarrow (pp n)
+  | (cons x g) \Rightarrow (cons (Zopp x) (finv g))].
+
+definition Z_to_ratio :Z \to ratio \def
+\lambda x:Z. match x with
+[ OZ \Rightarrow one
+| (pos n) \Rightarrow frac (pp n)
+| (neg n) \Rightarrow frac (nn n)].
+
+let rec ftimes f g \def
+  match f with
+  [ (pp n) \Rightarrow 
+    match g with
+    [(pp m) \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus (pos n) (pos m))
+    | (nn m) \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus (pos n) (neg m))
+    | (cons y g1) \Rightarrow frac (cons (Zplus (pos n) y) g1)]
+  | (nn n) \Rightarrow 
+    match g with
+    [(pp m) \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus (neg n) (pos m))
+    | (nn m) \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus (neg n) (neg m))
+    | (cons y g1) \Rightarrow frac (cons (Zplus (neg n) y) g1)]
+  | (cons x f1) \Rightarrow
+    match g with
+    [ (pp m) \Rightarrow frac (cons (Zplus x (pos m)) f1)
+    | (nn m) \Rightarrow frac (cons (Zplus x (neg m)) f1)
+    | (cons y g1) \Rightarrow 
+      match ftimes f1 g1 with
+        [ one \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus x y)
+        | (frac h) \Rightarrow frac (cons (Zplus x y) h)]]].
+        
+theorem symmetric2_ftimes: symmetric2 fraction ratio ftimes.
+simplify. intros.
+apply fraction_elim2 (\lambda f,g.ftimes f g = ftimes g f).
+intros.elim g.
+change with Z_to_ratio (Zplus (pos n) (pos n1)) = Z_to_ratio (Zplus (pos n1) (pos n)).
+apply eq_f.apply sym_Zplus.
+change with frac (cons (Zplus (pos n) z) f) = frac (cons (Zplus z (pos n)) f).
+rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
+change with Z_to_ratio (Zplus (pos n) (neg n1)) = Z_to_ratio (Zplus (neg n1) (pos n)).
+apply eq_f.apply sym_Zplus.
+intros.elim g.
+change with Z_to_ratio (Zplus (neg n) (pos n1)) = Z_to_ratio (Zplus (pos n1) (neg n)).
+apply eq_f.apply sym_Zplus.
+change with frac (cons (Zplus (neg n) z) f) = frac (cons (Zplus z (neg n)) f).
+rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
+change with Z_to_ratio (Zplus (neg n) (neg n1)) = Z_to_ratio (Zplus (neg n1) (neg n)).
+apply eq_f.apply sym_Zplus.
+intros.
+change with frac (cons (Zplus x1 (pos m)) f) = frac (cons (Zplus (pos m) x1) f).
+rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
+intros.
+change with frac (cons (Zplus x1 (neg m)) f) = frac (cons (Zplus (neg m) x1) f).
+rewrite < sym_Zplus.reflexivity.
+intros.
+change with 
+  match ftimes f g with
+  [ one \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus x1 y1)
+  | (frac h) \Rightarrow frac (cons (Zplus x1 y1) h)] =
+  match ftimes g f with
+  [ one \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus y1 x1)
+  | (frac h) \Rightarrow frac (cons (Zplus y1 x1) h)].
+rewrite < H.rewrite < sym_Zplus.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem ftimes_finv : \forall f:fraction. ftimes f (finv f) = one.
+intro.
+elim f.
+change with Z_to_ratio (Zplus (pos n) (Zopp (pos n))) = one.
+rewrite > Zplus_Zopp.reflexivity.
+(* again: we would need something to help finding the right change *)
+change with 
+match ftimes f1 (finv f1) with
+ [ one \Rightarrow Z_to_ratio (Zplus z (Zopp z))
+ | (frac h) \Rightarrow frac (cons (Zplus z (Zopp z)) h)] = one.
+rewrite > H.
+rewrite > Zplus_Zopp.reflexivity.
+change with Z_to_ratio (Zplus (neg n) (Zopp (neg n))) = one.
+rewrite > Zplus_Zopp.reflexivity.
+qed.
+
+definition rtimes : ratio \to ratio \to ratio \def
+\lambda r,s:ratio.
+  match r with
+  [one \Rightarrow s
+  | (frac f) \Rightarrow 
+      match s with 
+      [one \Rightarrow frac f
+      | (frac g) \Rightarrow ftimes f g]].
+
+theorem symmetric_rtimes : symmetric ratio rtimes.
+change with \forall r,s:ratio. rtimes r s = rtimes s r.
+intros.
+elim r. elim s.
+reflexivity.
+reflexivity.
+elim s.
+reflexivity.
+simplify.apply symmetric2_ftimes.
+qed.
+
+definition rinv : ratio \to ratio \def
+\lambda r:ratio.
+  match r with
+  [one \Rightarrow one
+  | (frac f) \Rightarrow frac (finv f)].
+
+theorem rtimes_rinv: \forall r:ratio. rtimes r (rinv r) = one.
+intro.elim r.
+reflexivity.
+simplify.apply ftimes_finv.
+qed.
\ No newline at end of file