二項述語の二重量化「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」  


・「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」の定義 
・「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」の意味
・「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」の読み下し例
・∀x∈S ∀y∈Tの定義に遡った「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味 
・集合S,Tが内包的に定義された場合の「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味 
・集合S,Tが外延的に定義された場合の「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味 
・「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の順序対・直積を用いた別表現 



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「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」  の定義 



【要旨】

 「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」 は、
  P(x,y)を2回普遍量化した
   「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」
 を表す。


【詳細】

 「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」 とは、
 下記手順でつくった命題「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」の略記。

  【step1:普遍量化1回目】  
 
  二項述語P(x,y)
    「x,yは関係・条件Pを満たす」
  の変項yを全称量化子で束縛して普遍量化し、

  変項xのみを含む一項述語 ∀y∈T  P(x,y) 
   「xは、Tのなかのすべてのyにたいして関係・条件Pを満たす」
  をつくる。

※関連事項: 
 ・「∀x ∀y  P(x,y)」の定義 
 ・「∃x∈S ∃y∈T P(x,y)」の定義/「∃x∈S ∀y∈T P(x,y)」の定義/「∀x∈S ∃y∈T P(x,y)」の定義 




【文献−数学】
 ・中内『ろんりの練習帳』2.3(pp.89-93):"∀x∈X,∀y∈Y":例2.3.3友人、例2.3.7大小;
 ・井関『集合と論理』1.2 (式2.1)(p.7脚注1): 「∀x∈R ∀y∈R (x+y=y+x) 」「∀x,y∈R (x+y=y+x) 」
           (式2.3)「∀a,b∈R (a≠0⇒∃x∈R(ax+b=0) ) 」(p.8):
          例2(1)(p.11)「∀x,y∈R (x≠yかつx<y ⇒ ∃z∈R(x<z<y))」
 ・齋藤『日本語から記号論理へ』2章§2全称量化子による二重量化(pp.52-54)限定なし議論領域設定例あり:x2+y2=1;∀x∀n(x2n≧0)


 




  【step2:普遍量化2回目】  

  step1で得られた
  変項xのみを含む一項述語  
     ∀y∈T P(x,y)  「xは、Tのなかのすべてのyにたいして関係・条件Pを満たす」
  の変項xも全称量化子で束縛して普遍量化。

  得られた命題が

   ∀x∈S (∀y∈T P(x,y) )  「Sのなかのすべてのxは、Tのなかのすべてのyにたいして、関係・条件Pを満たす。」



 具体例
  →「∀x∈S ∀y∈T ( x loves y )」  真であればよいが、世の中そんなにハッピーではないみたい。
  →「∀n∈S ∀x∈T ( n>x )」
 
  



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「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」 の意味



  ・ P(x,y)は、変項xの議論領域をX, 変項yの議論領域をYとする二項述語・2変数命題関数
  ・ Sは「Xの部分集合」
  ・ Tは「Yの部分集合」

 という設定のもと、

 「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」 すなわち「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」 は、

  「《変項xの議論領域Xの部分集合》S 
   《変項yの議論領域Yの部分集合》T
   から、どの対象を選んでも、
   《変項xの議論領域Xの部分集合》Sから選んだ対象を変項xへ、
   《変項yの議論領域Yの部分集合》Tから選んだ対象を変項yへ
   代入すると、
   x-y間の関係・条件P(x,y)が成り立つ。」

 と主張する命題を意味する。



 具体例
  →「∀x∈S ∀y∈T ( x loves y )」 
  →「∀n∈S ∀x∈T ( n>x )」
※関連事項: 
 ・「∀x ∀y  P(x,y)」 の意味
 ・「∃x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味/「∃x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味/「∀x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味 





【文献−数学一般】
 ・齋藤『日本語から記号論理へ』2章§2全称量化子による二重量化(pp.52-54);議論領域設定例あり
 ・中内『ろんりの練習帳』2.3(pp.89-93):"∀x∈X,∀y∈Y":例2.3.3友人、例2.3.7大小;
 ・井関『集合と論理』1.2 (式2.1)(p.7脚注1): 「∀x∈R ∀y∈R (x+y=y+x) 」「∀x,y∈R (x+y=y+x) 」
           (式2.3)「∀a,b∈R (a≠0⇒∃x∈R(ax+b=0) ) 」(p.8):
          例2(1)(p.11)「∀x,y∈R (x≠yかつx<y ⇒ ∃z∈R(x<z<y))」


 





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二重量化「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」の読み下し例



・「任意の『Sに属す対象』x、任意の『Tに属す対象』yに対して、P(x,y)」
     [井関『集合と論理』1.2 (式2.1)(p.7脚注1):]
・「xを任意の『Sに属す対象』、yを任意の『Tに属す対象』とすれば、P(x,y)」
     [井関『集合と論理』1.2 (式2.3)(p.8):]
・「どんな『Sに属す対象』x、『Tに属す対象』yをとっても、P(x,y)」
     [井関『集合と論理』1.2例2(1)(p.11)「∀x,y∈R (x≠yかつx<y ⇒ ∃z∈R(x<z<y))」]



【具体例】
 
 ・「∀x∈S ∀y∈T ( x loves y )」
 ・「∀n∈S ∀x∈T ( n>x )」
  







【文献−数学一般】
 ・井関『集合と論理』1.2 (式2.1)(p.7脚注1): 「∀x∈R ∀y∈R (x+y=y+x) 」「∀x,y∈R (x+y=y+x) 」
           (式2.3)「∀a,b∈R (a≠0⇒∃x∈R(ax+b=0) ) 」(p.8):
          例2(1)(p.11)「∀x,y∈R (x≠yかつx<y ⇒ ∃z∈R(x<z<y))」
 ・中内『ろんりの練習帳』2.3(pp.89-93):"∀x∈X,∀y∈Y":例2.3.3友人、例2.3.7大小;
 ●齋藤『日本語から記号論理へ』2章§2全称量化子による二重量化(pp.52-54):限定なし議論領域設定例あり











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∀x∈S ∀y∈Tの定義に遡った「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味 



・「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」 すなわち「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」とは、

 「∀x ( x∈S⇒ ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」の省略表現。  


※なぜ?「∀y∈T  P(x,y)」「 ∀x∈S  Q(x) 」のそもそもの定義に立ち返ると一目瞭然。


【step1】 「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」 ⇔「∀x∈S ( ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」 

    「∀y∈T  P(x,y)」は「∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) 」の省略表現であるから、

     「 ∀x∈S (∃y∈T P(x,y) ) 」は、
      「 ∀x∈S ( ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) ) 」  
    の省略表現。

【step2】 「∀x∈S ( ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」⇔「∀x ( x∈S⇒ ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」

    「 ∀x∈S  Q(x) 」は「∀x ( x∈S⇒Q(x) )」の省略表現であるから、

    「∀x∈S ( ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」は、
 
    「∀x ( x∈S⇒ ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」の省略表現。

【step3】 結論
 
    step1,step2でおこなった考察を合わせると、
    「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」⇔「∀x∈S ( ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」
                ⇔「∀x ( x∈S⇒ ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」
 

※関連事項:
 ・∃x∈S,∃y∈Tの定義に遡った「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味  
 ・∃x∈S,∀y∈Tの定義に遡った「∃x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味  
 ・∀x∈S,∃y∈Tの定義に遡った「∀x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味 







【文献】
 ・井関『集合と論理』1.2 (式2.1)(p.7脚注1): 「∀x∈R ∀y∈R (x+y=y+x) 」「∀x,y∈R (x+y=y+x) 」
           (式2.3)「∀a,b∈R (a≠0⇒∃x∈R(ax+b=0) ) 」(p.8):


下記未確認

 ・中内『ろんりの練習帳』2.3(pp.89-93):"∀x∀y",";2.5(pp.100-2):"∃x∃y";2.6(pp.103-5):∀∃,∃∀;
 


 



※井関『集合と論理』1.2 (式2.1)(p.7脚注1):「∀x,y∈S  P(x,y)」は、「∀x,y ( x∈S かつy∈S ⇒ P(x,y) ) 」の省略表現。  





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集合S,Tが内包的に定義された場合の「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味 


 集合Sの内包がS'であるとき、 つまり、 S={ x | S'(x) } であるとき、 
 集合Tの内包がT'であるとき、 つまり、 T={ y | T'(y) } であるとき、 

 「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」すなわち「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」 は、

 「∀x ( S'(x) ⇒ ∀y ( T'(y) ⇒ P(x,y) ) )」
  
 に言い換えてよい。

※なぜ?

 ・「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」すなわち「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」は、
   「∀x ( x∈S⇒ ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」…(1)
  の省略表現(∵)。 

 ・この設定の下では、 S={ x | S'(x) } とされているので、 
   x∈Sは、x∈{ x | S'(x) }に言い換えてよい。
  また、x∈{ x | S'(x) } は、S'(x)に言い換えてよい(∵)。
  以上二点より、設定下、x∈Sは、S'(x)に言い換えてよい。…(2)

 ・この設定の下では、T={ y | T'(y) } とされているので、 
   y∈Tは、y∈{ y | T'(y) } に言い換えてよい。
  また、y∈{ y | T'(y) } は、T'(x)に言い換えてよい(∵)。
  以上二点より、設定下、y∈Tは、T'(x) に言い換えてよい。…(3)

 ・(2)(3)により、
  「∀x ( x∈S⇒ ∀y ( y∈T ⇒ P(x,y) ) )」…(1)
  は、
  「∀x ( S'(x) ⇒ ∀y ( T'(y) ⇒ P(x,y) ) )」
  に言い換えてよい。

※関連事項:
 ・集合S,Tが内包的に定義された有限集合である場合の「∃x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味  
 ・集合S,Tが内包的に定義された有限集合である場合の「∃x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味  
 ・集合S,Tが内包的に定義された有限集合である場合の「∀x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味 





【文献−数学一般】
 ●本橋『新しい論理序説』4.5一般の∀∃文と∃∀文の読み方(pp.73-74) 



 






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集合S,Tが外延的に定義された有限集合である場合の「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味 


 S=有限集合 { s1 , s2 , … , sn }
 T=有限集合 { t1 , t2 , … , tn }
 であるとき、 

 「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」すなわち「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」 は、

 「『P( s1 ,t1) かつ P( s1 ,t2 ) かつ … かつ P(s1,tn)』
  かつ
  『P( s2 ,t1) かつ P( s2 ,t2 ) かつ … かつ P(s2,tn)』
  かつ 
  :
  かつ 
  『P( sn ,t1) かつ P( sn ,t2 ) かつ … かつ P(sn,tn)』」

 に言い換えてよい。


※なぜ?

 ・この設定の下では、 T=有限集合 { t1 , t2 , … , tn } とされているので、
  
  「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」すなわち「∀x∈S (∀y∈T  P(x,y) )」 は、
  
   「 ∀x∈S ( P(x,t1) かつ P(x,t2) かつ … かつ P(x,tn) ) 」…(式1)

   に言い換えてよい。(∵)。 

 ・この設定の下では、S=有限集合 { s1 , s2 , … , sn } とされているので、
  
  (式1) 「 ∀x∈S ( P(x,t1) かつ P(x,t2) かつ … かつ P(x,tn) ) 」は、
   
  「『P( s1 ,t1) かつ P( s1 ,t2 ) かつ … かつ P(s1,tn)』
   かつ
   『P( s2 ,t1) かつ P( s2 ,t2 ) かつ … かつ P(s2,tn)』
   かつ 
   :
   かつ 
   『P( sn ,t1) かつ P( sn ,t2 ) かつ … かつ P(sn,tn)』」…(式2)

   に言い換えてよい。(∵)。 


※関連事項:
 ・集合S,Tが外延的に定義された有限集合である場合の「∃x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味  
 ・集合S,Tが外延的に定義された有限集合である場合の「∃x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味  
 ・集合S,Tが外延的に定義された有限集合である場合の「∀x∈S ∃y∈T P(x,y)」の意味 




【文献−数学一般】
 ・中内『ろんりの練習帳』定理2.3.4の証明のなかを参照(p.90);注意2.2.4(p.83)


 

※関連事項:
 
 ・集合S,Tが外延的に定義された有限集合である場合の「∃x∈S ∀y∈T P(x,y)」の意味  
 ・ 
 ・





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「∀x∈S ∀y∈T P(x,y)」の別表現  〜 順序対・直積を用いて。 



・「∀x∈S ∀y∈T  P(x,y)」  は、

 「∀(x,y) ∈S×T  P(x,y) 」

 と表現してもよい。

※なぜ? → 2項述語を1項述語として解釈〜順序対    


※具体例
 「∀x∈S ∀y∈T ( x loves y )」 
 「∀n∈S ∀x∈T ( n>x )」
※関連:「∃x∈S ∃y∈T P(x,y)」のケース





【文献】


   ・松井知己『だれでも証明がかける−眞理子先生の数学ブートキャンプ』5.1(pp.143-4)




 
  



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