谓词表达的形式化就是谓词公式。在一阶谓词公式的定义中使用4种符号:
(1)个体常量符号:a,b,c,…,a 1 ,a 2 ,…;这里的a,b,c,…涵指个体域D中的具体个体。
(2)个体变元符号:x,y,z,…,x 1 ,x 2 ,…;这里x,y,z,…涵指个体域D中任意的个体。
(3)个体函数符号:f,g,h,…,f 1 ,f 2 ,…;这里的f,g,h,…,f 1 ,f 2 ,…即f(x 1 ,x 2 ,…,x n ),g(x 1 ,x 2 ,…,x n ),h(x 1 ,x 2 ,…,x n ),…,涵指从D n 到D的n元函数,它们把D中n个个体映射为D中一个个体(n≥1)。
(4)谓词符号:A,B,C,…,A 1 ,A 2 ,…;这里A,B,C,…,A 1 ,A 2 ,…即A(x 1 ,x 2 ,…,x n ),B(x 1 ,x 2 ,…,x n ),C(x 1 ,x 2 ,…,x n ),…是n目谓词,它们的每一个都涵指D n 上的任一谓词(n≥0),当它们被指定成为特定谓词后,可以把n个个体映射为一个命题。
有了这4种形式符号,就可定义出“项”和“原子谓词”来。
定义1-1
一阶逻辑中的项,被递归定义为:
(1)个体常量符号是项;
(2)个体变元符号是项;
(3)若f(x 1 ,x 2 ,…,x n )是n元个体函数符号,t 1 ,t 2 ,…,t n 是项,则f(t 1 ,t 2 ,…,t n )是项;
(4)一阶逻辑中的所有项都由(1),(2),(3)的有限次使用所界定。
定义1-2
若A(x 1 ,x 2 ,…,x n )是n目谓词符号,t 1 ,t 2 ,…,t n 是项,则A(t 1 ,t 2 ,…,t n )是原子谓词。
以原子谓词为基础,一阶逻辑中公式的形式化表达是这样定义的:
定义1-3
一阶逻辑中的一阶谓词公式,被递归定义如下:
(1)原子谓词是一阶谓词公式;
(2)若A,B是一阶谓词公式,则(﹁A),(A∧B),(A∨B),(A→B),(A↔B)是一阶谓词公式;
(3)若A是一阶谓词公式,x是A中不受量词作用的个体变元,则(∀x)A,(∃x)A是一阶谓词公式;
(4)所有一阶谓词逻辑的一阶谓词公式都是有限次使用(1),(2),(3)生成的规则符号串。
显然,对零目谓词作(1),(2)和相应作(4),将生成命题逻辑的全部命题公式。可见一阶谓词公式包括了全部命题公式。
为省略括号的使用,在命题逻辑中的约定基础上,还约定:(∀x),(∃x)与逻辑联词﹁具有相同级别的运算次序。
【例1-1】
设个体域D=I(整数集合)。则-5,0,5以及表示任意整数的i,j(∈I)都是项,并设D上二元函数f(x 1 ,x 2 )=x 1 +x 2 ,则f(-5,0),f(0,5),f(5,i),f(i,j)都是项,而且f(-5,f(0,5))也是项。
【例1-2】
设个体域D=I,二目谓词L(x,y)表示:x<y。这时L(-5,5),L(5,f(5,i)),L(0,f(-5,f(i,j)))都是原子谓词。其中L(-5,5)是一真命题,L(5,f(5,i))是含有一个个体变元的命题函数,L(0,f(-5,f(i,j)))是含有两个个体变元的命题函数。
【例1-3】
下列符号串都是谓词公式:
P(a),Q(b,x),L(0,f(-5,f(i,j))),﹁P(a,x),Q(b)→(P(a,x)∧Q(b)),(∃x)P(a,x),(∀x)(P(a,x)↔(Q(b)∨P(a,x)))。