Русская Википедия:Теорема Поста

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Значения Теорема По́ста — теорема теории вычислимости о рекурсивно перечислимых множествах.

Формулировка теоремы

Если множество <math>M</math> и его дополнение <math>\overline{M}</math> в множестве натуральных чисел ℕ рекурсивно перечислимы, то множества <math>M</math> и <math>\overline{M}</math> разрешимы.

Доказательство

Необходимость. Можно считать, что <math>M\neq\varnothing</math>. Значит существует <math>a\in M</math> и <math>b\not\in M</math>. Так как <math>M</math> разрешимо, то его характеристическая функция <math>\chi_M(x)</math> вычислима. Рассмотрим функцию <math>f(x)</math>:

<math>f(x)=\begin{cases}x, \text{ if } \chi_M(x)=1 \\ a, \text{ if } \chi_M(x)=0 \end{cases}</math>

Тогда <math>M=\{f(0),f(1),....\}</math> — является множеством значений <math>f(x)</math>, значит <math>M</math> рекурсивно перечислимо. Аналогично, рассмотрим функцию <math>g(x)</math>:

<math>g(x)=\begin{cases}x, \text{ if } \chi_M(x)=0 \\ b, \text{ if } \chi_M(x)=1 \end{cases}</math>

Тогда <math>\overline{M}=\{g(0),g(1),....\}</math> — является множеством значений <math>g(x)</math>, значит <math>\overline{M}</math> рекурсивно перечислимо.

Достаточность. Пусть <math>M</math> и <math>\overline{M}</math> рекурсивно перечислимы. Это означает, что существуют рекурсивные функции <math>f(x), g(x)</math> множества значений которых есть <math>M, \overline{M}</math> соответственно. Рассмотрим следующий алгоритм. Будем вычислять последовательно <math>f(0), g(0), f(1), g(1), ....</math>. Поскольку любое натуральное <math>x\in M</math>, либо <math>x\not\in M</math>, то в процессе вычисления на каком-то шаге в первом случае обнаружится такое <math>k</math>, что <math>f(k)=x</math>, а во втором случае — <math>g(k)=x</math>. В первом случае <math>\chi_M(x)=1</math>, а во втором — <math>\chi_M(x)=0</math>. Значит <math>\chi_M(x)</math> вычислима, значит <math>M</math> разрешимо.

Следствие

Если <math>M</math> рекурсивно перечислимое, но не разрешимое множество, <math>\overline{M}</math> — не рекурсивно перечислимое множество.

Литература

См. также