Strutture
6.1 – Strutture

Semantica

Consideriamo un generico linguaggio del prim’ordine \[L = Const \cup Funct \cup Rel .\]

Il nostro obiettivo è quello di definire opportune nozioni
di modello (= \(L\)-struttura) \(\mathcal{A}\) e di interpretazione in \(\mathcal{A}\) di termini e formule di \(L\).

Strutture

\(L\)-strutture

Una \(L\)-struttura \(\mathcal{A}\) consiste di

\(L\)-strutture Se \(Rel= \mathopen \{ R_{1}, R_{2}, \dotsc \mathclose \}\), \(Funct = \mathopen \{ f_{1}, f_{2}, \dotsc \mathclose \}\) e \(Const = \mathopen \{ c_{1 \mathclose \}, c_{2}, \dotsc}\), la \(L\)-struttura \(\mathcal{A}\) sarà denotata con \[\langle A , R_{1}^\mathcal{A}, R_{2}^\mathcal{A} , \dots , f_{1}^\mathcal{A} , f_{2}^\mathcal{A} , \dots , c_{1}^\mathcal{A} , c_{2}^\mathcal{A} , \dots \rangle .\]

Esempi di \(L\)-strutture \((1)\)

Vediamo alcuni esempi di \(L\)-strutture, dove \(L = \{ P \}\) con \(P\) simbolo di relazione binario.

Sia \(L = \{ P \}\) con \(P\) simbolo di relazione binario. Come negli esempi precedenti, per definire una \(L\)-struttura bisogna specificare:

  1. il suo dominio, che deve essere un insieme non vuoto \(X\);

  2. una qualche relazione binaria \(R\) su \(X\).

Ogni coppia del tipo \(\langle X,R\rangle\) che soddisfi queste due condizioni è una \(L\)-struttura, indipendentemente dalle eventuali proprietà particolari di \(X\) e/o \(R\). Inoltre, cambiando il dominio e/o la relazione binaria su di esso, si ottengono \(L\)-strutture diverse.

Quindi anche i seguenti sono esempi di \(L\)-strutture.

Esempi di \(L\)-strutture \((2)\) Sia ora \(L = \{ Q \}\) con \(Q\) simbolo di relazione unario. In questo caso una \(L\)-struttura \(\mathcal{A} = \langle A, Q^{\mathcal{A}} \rangle\) è data da un insieme non vuoto \(A\) (il suo dominio) e da una relazione unaria \(Q^{\mathcal{A}}\) su \(A\), ovvero da un sottoinsieme \(Q^{\mathcal{A}} \subseteq A^1\). Poichè \(A^1\) è identificato con \(A\) stesso, la relazione unaria \(Q^{\mathcal{A}}\) non è altro che un qualche sottoinsieme del dominio di \(\mathcal{A}\).

Sono dunque esempi di \(L\)-struttura:

Esempi di \(L\)-strutture \((3)\) Sia ora \(L=\{f\}\) con \(f\) simbolo di funzione binario. Le seguenti sono \(L\)-strutture:

Più in generale, per definire una \(L\)-struttura bisogna specificare:

  1. il suo dominio, che deve essere un insieme non vuoto \(X\);

  2. una qualche funzione binaria \(g \colon X^2 \to X\).

Ogni coppia del tipo \(\langle X,g\rangle\) che soddisfi queste due condizioni è una \(L\)-struttura, indipendentemente dalle proprietà particolari di \(X\) e/o \(g\).

\(L = \{ f \}\) con \(f\) simbolo di funzione binario. Altri esempi di \(L\)-strutture sono:

NON è invece una \(L\)-struttura la coppia \(\langle \mathbb{N} , - \rangle\), perchè la sottrazione non è una funzione da \(\mathbb{N}^2\) in \(\mathbb{N}\) (non è definita per tutte le coppie di numeri naturali).

Esempi di \(L\)-strutture \((4)\) Sia \(L=\{P,f,c\}\) un linguaggio con \(P\) simbolo di relazione binario, \(f\) simbolo di funzione binario e \(c\) simbolo di costante. Le seguenti sono \(L\)-strutture.

Alcune precisazioni e osservazioni

è possibile che \(c_{i}^\mathcal{A} = c_{j}^\mathcal{A}\), anche se i simboli di costante sono distinti.

Analogamente, se i simboli di predicato \(R_{i}\) e \(R_{j}\) o i simboli di funzione \(f_{i}\) e \(f_{j}\) hanno la stessa arietà, è possibile che \(R_{i}^\mathcal{A} = R_{j}^\mathcal{A}\) o che \(f_{i}^\mathcal{A} = f_{j}^\mathcal{A}\).

Esempio

Se \(L = \{ P,Q,a,b \}\) con \(P\) e \(Q\) simboli di relazione binari e \(a , b\) simboli di costante, è legittimo considerare la \(L\)-struttura \[\mathcal{A}= \langle \mathbb{N}, \leq , \leq , 0 , 0 \rangle,\] ovvero la struttura con dominio \(A\) e tale che \[P^{\mathcal{A}} = Q^{\mathcal{A}} = \{ (n,m) \in \mathbb{N}^2 \mid n \leq m \}\] e \[a^{\mathcal{A}} = b^{\mathcal{A}} = 0.\]

Alcune precisazioni e osservazioni

Per convenzione, se i simboli di un linguaggio \(L\) sono elencati in un determinato ordine, allora anche le relazioni/funzioni/costanti che li interpretano in una data struttura vanno presentati nello stesso ordine.

Esempio

Se \(L = \{ P, f, g, c \}\) con \(P\) simbolo di relazione binario, \(f\) e \(g\) simboli di funzione binari e \(c\) simbolo di costante, allora dire che \[\langle \mathbb{R}, < , +, \cdot , 3 \rangle\] è una \(L\)-struttura significa che \(\mathbb{R}\) è il dominio della struttura, \(<\) è l’interpretazione di \(P\), la somma \(+\) è l’interpretazione di \(f\), il prodotto \(\cdot\) è l’interpretazione di \(g\) e \(3\) è l’interpretazione di \(c\).

A cosa servono le \(L\)-strutture?

Sia \(L = \{ P \}\) con \(P\) simbolo di relazione binario e sia φ l’enunciato \(\exists x \forall y P(x,y)\), che asserisce che “esiste un \(x\) che è in relazione \(P\) con tutti gli \(y\)”. Non ha senso chiedersi se φ sia vero o falso: la risposta infatti dipenderà da

Ad esempio, se decidiamo di considerare i numeri naturali e di identificare \(P\) con l’usuale relazione d’ordine \(\leq\) su tale insieme, allora φ è vero, perchè esiste un elemento, lo \(0\), che è minore o uguale di tutti i numeri naturali. Tecnicamente, quello che abbiamo fatto è considerare la \(L\)-struttura \(\langle \mathbb{N} , \leq \rangle\) e osservare che φ, interpretato in tale struttura, è vero. Se invece consideriamo le \(L\)-strutture \(\langle \mathbb{Z}, \leq \rangle\) oppure \(\langle \mathbb{N}, \geq \rangle\), allora φ risulta falso in esse (perchè?).

Le \(L\)-strutture servono a fornire un “contesto” in cui interpretare le formule del prim’ordine scritte utilizzando il linguaggio \(L\).