Logique pertinente

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La logique pertinente[1] ou logique de la pertinence[2] désigne une famille de systèmes logiques qui ont été développées pour modéliser le raisonnement tout en évitant les paradoxes de l'implication matérielle (en), des « fausses lois de la logique »[3]. Ces logiques ont été développées par des figures telles que Richard Sylvan (en), Val Plumwood, Nuel Belnap (en), Alan Ross Anderson (en), Jon Michael Dunn (en), Robert Kenneth Meyer (en), Alasdair Urquhart (en), Kit Fine ou encore Anil Gupta (en).

Ce sont des logiques sociatives, c'est-à-dire que toute tautologie conditionnelle doit avoir du contenu en commun entre impliquant et impliqué. Dans le cas des logiques propositionnelles pertinentes, cette sociativité est formalisée par la propriété de partage des variables, à savoir que toute tautologie conditionnelle doit admettre au moins une variable propositionnelle commune à leur impliquant et leur impliqué[4]. Dans les logiques pertinentes du premier ordre, cette sociativité est généralisé au partage de prédicats dits pertinents[5]. Un dernier point de caractérisation des logiques pertinentes est leur invalidation de la règle γ d'Ackermann, même si elle est admissible dans la plupart des systèmes pertinents restreignant son application aux seules prémisses tautologiques[6],[7], une forme de syllogisme disjonctif qui rendrait valide, qu'on peut traduire en langage naturel comme « Si ou ce n'est pas le cas que A, ou B, si A, alors B ».

Le terme d'implication matérielle réfère à l'équivalence, en logique de Frege-Russell, entre « Si A, alors B » d'une part, « Ou ce n'est pas le cas que A, ou B » d'autre part . Il est toutefois à noter que les paradoxes qu'on y associe prennent leur origine dans des logiques plus faibles.

Déjà en logique minimale, duquel découle notamment la logique de Frege-Russell, est admise comme tautologie « Si B, si A, alors B » . On appelle ce théorème le paradoxe positif.

Au-delà de la logique minimale, nous pouvons obtenir la logique intuitionniste en rajoutant la règle de syllogisme disjonctif . Cela rajoute toutefois le paradoxe dit de la vérité creuse, posant en tautologie la formule suivante : « Si ce n'est pas le cas que A, si A, alors B » .

est en réalité la curryfication de , ce qui fait que la vérité creuse et le principe d'explosion sont minimalement équivalentes.

En validant à la fois le paradoxe positif et de la vérité creuse, la logique intuitionniste valide la tautologie par simple gauche. Grâce à cela, la règle γ est validée en logique intuitionniste. Toutefois, l'implication intuitionniste n'est pas encore matérielle, car la réciproque n'est pas une tautologie intuitionniste, comme nous pouvons le remarquer dans l'algèbre de Heyting dans lequel .

Un paradoxe plus spécifique à l'implication matérielle, notée ⊃, est la tautologie suivante : « Ou si A, alors B, ou si B, alors C » . Une application directe permet de valider tautologiquement la disjonction entre toute formule conditionnelle avec sa réciproque, rendant tautologique « Ou si A, alors B, ou si B, alors A » .

Ces différents paradoxes ont ainsi motivé la formalisation de logiques permettant de les palier. En repérant que nombre de ces paradoxes à la fois permettent de démontrer une tautologie conditionnelle dont l'impliquant et l'impliqué ne partagent aucune formule atomique d'une part, se dérivent généralement de la validité de la règle γ d'Ackermann d'autre part, les logiques pertinentes ont été développées dans l'optique de les éviter. Le paradoxe positif, quant à lui, pousse ces logiques à affaiblir la preuve conditionnelle (en) de sorte à assurer que la conclusion se serve effectivement de l'hypothèse initiale, conduisant à une approche des hypothèses comme ressources que nous détaillerons.

Systèmes logiques pertinents

FDE

La logique FDE (First Degree Entailment) est la base commune aux systèmes logiques pertinents[8]. Ce système est parfois caractérisé comme une logique fonctionnelle doté de trois opérations logiques, , et de quatre valeurs de vérité, à savoir « Vrai » (v), « Faux » (f), « Ni vrai ni faux » (n), « Et vrai et faux » (e), desquelles seules v et e sont désignées. Les tables de vérité sont définies de manière assez standard à partir d'une algèbre de Boole à quatre valeurs, où n et e remplissent les deux valeurs intermédiaires, comme le montre ce diagramme de Hasse :

v
en
f

Cela nous donne alors ces tables de vérité suivantes à l'instar de l'algèbre de Boole à quatre valeurs, où la conjonction est alors associée à l'infimum, la disjonction au supremum :

v f
e e
n n
f v
venf
v venf
e eeff
n nfnf
f ffff
venf
v vvvv
e veve
n vvnn
f venf

Si e n'était pas désignée, si e et n étaient négations l'une de l'autre, nous obtiendrions exactement la logique de Frege-Russell. En effet, le principe de bivalence ne s'applique pas à la logique de Frege-Russell, en cela qu'il admet des modèles algébriques et fonctionnels dont les cardinaux de l'ensemble de valeurs sous-jacent sont des puissances de deux (2, 4, 8, 16...), plus généralement le cardinal de l'ensemble des parties d'un ensemble si l'on s'attaque à des modèles avec une infinité de valeurs.

FDE est une logique paracohérente, au sens qu'il ne valide pas le principe d'explosion, que . Pour cela, il suffit d'expliciter un contre-exemple. Prenons A de valeur e, B de valeur f : La négation de A sera alors aussi de valeur e, ce qui donne à la prémisse une valeur e donc désignée, alors que la conclusion B ne l'est pas, ce qui n'est pas possible par propriété de la désignation. Cette paracohérence vient principalement de la valeur e qui apporte une valeur de surplus (glut en anglais), c'est-à-dire dont elle-même et sa négation sont toutes deux désignées, ainsi que de la présence d'au moins une valeur non désignée, en l'occurrence f et n. Richard Sylvan parle de logique parapertinente pour désigner une logique à la fois pertinente et paracohérente[4], comme c'est le cas pour FDE.

FDE est aussi une logique paracomplète, au sens qu'il ne valide pas le principe du tiers exclu, que . De la même manière, nous pouvons expliciter un contre-exemple. Prenons A de valeur n, B de valeur v : La négation de A sera alors aussi de valeur n, ce qui donne à la conclusion une valeur n donc non désignée, alors que la prémisse B l'est, ce qui n'est pas possible par propriété de la désignation. Cette paracomplétude vient principalement de la valeur n qui apporte une valeur trou (gap en anglais), c'est-à-dire dont ni elle-même ni sa négation n'est désignée, ainsi que la présence d'au moins une valeur désignée, en l'occurrence v et e.

Enfin, FDE n'admet aucune tautologie, ce qui en fait une logique sociative par absence de tautologie conditionnelle dont l'impliquant et l'impliqué ne partageraient aucune variable propositionnelle. En outre, ne validant pas la règle γ d'Ackermann, puisque alors que , FDE devient de plus une logique pertinente.

Déduction naturelle

Dans les systèmes pertinents de déduction naturelle, où il n'y a qu'une seule alternative possible dite conclusion, on collecte les hypothèses de chaque séquent dans des n-uplets, de telle sorte que l'ordre importe entre les prémisses, et les conclusions deviennent des formules indicées par des ensembles d'entiers naturels, de sorte à ce qu'ils aient la forme . L'indice de cette conclusion sert à en expliciter le contexte, les hypothèses qu'il utilise ; Avec cette structure de séquent enrichi, on peut alors vérifier que chaque hypothèse est bien utilisée et formuler des règles qui les prennent en compte, traitant chaque hypothèse quelque peu comme une ressource, à l'instar de la logique linéaire[9], qu'il nous faut utiliser pour, par exemple, démontrer une implication. Afin d'alléger la notation, nous pourrons omettre l'indice s'il est l'ensemble vide, de sorte puisse être écrit . Les règles que nous proposerons ici se baserons sur Brady (1984)[10], par ailleurs mentionné dans Standefer (2024)[8].

Pour raisonner avec ces séquents enrichis, il nous faut des règles structurelles plus spécifiques :

(hypothèse) (réitération)

FDE peut être caractérisé par un certain nombre de règles à partir de cette formalisation pertinente de la déduction naturelle :

B

B (base) est une extension implicative et pertinente de FDE, dont les règles sont les suivantes :

De B découle les logiques pertinentes DJ[11], T (ticket entailment), TW (weakened T), E (relevant entailment) et R (relevant implication), avec le diagramme de Hasse suivant pour leurs inclusions respectives :

R
E
T
TWDJ
B

R

La logique pertinente R (relevant implication) fait partie des logiques pertinentes les plus permissives. En effet, son fragment additif, qui restreint son langage aux seules opérations de conjonction, de disjonction et de négation, enlevant ainsi l'implication pertinente, n'est autre que la logique de Frege-Russell[1]. De plus, l'admissibilité de la règle γ d'Ackermann est garantie, ce qui permet d'affirmer que si , à savoir , et sont toutes deux des tautologies de R, alors est un tautologie de R, ce qui permet de performer un modus ponens avec l'implication matérielle sur les tautologies. Cela permet ainsi d'assurer qu'essentiellement, en remplaçant toute implication pertinente en implication matérielle, tous les théorèmes de la logiques de Frege-Russell peuvent être traduites naturellement en théorèmes de R, donc d'en assurer une expressivité qui égale au moins celle de la logique de Frege-Russell. Ses règles sont les suivantes :

RèglesIntroductionÉlimination
Implication

Conjonction

Disjonction

Distributivité

Négation

Double négation

Puisqu'il est pertinent, la règle γ d'Ackermann n'est pas valide dans R. Toutefois, elle y est admissible : Si et sont deux tautologies, alors en est une aussi[12],[13].

À noter que deux nombreuses tautologies de la logique de Frege-Russell sont également validées dans R. La plus notable est bien sûr le principe du tiers exclu, . Sa démonstrabilité dans R rappelle que la loi du tiers exclu se distingue fondamentalement du principe de bivalence, qui est d'une part caractérisé par le fait d'être un système fonctionnel à deux valeurs, et d'autre part ne s'applique pas à R.

Certains logiciens considèrent également RM (R mingle) comme une logique pertinente : Il s'agit d'une extension de R qui valide la réciproque de la contraction, , que les logiciens anglophones appellent mingle. Cependant, son statut en tant que logique pertinente est controversé, car elle ne possède pas la propriété de partage des variables, puisque ou encore [14].

Fusion et fission

Dans l'Idéographie de Gottlob Frege, tous les prédicats et opérations s'écrivent à partir de la négation, de l'implication, de la quantification universelle et de l'égalité. La conjonction est alors caractérisée comme , la disjonction comme . En logique pertinente, on distingue les opérations de conjonction et disjonction additives, caractérisées syntaxiquement par les systèmes de déduction naturelle précédemment vus, des opérations de conjonction et disjonction multiplicatives, caractérisées comme et respectivement. La conjonction multiplicative s'appelle fusion, la disjonction multiplicative s'appelle fission.

Une des propriétés majeures de la fusion est qu'elle suit la règle d'introduction de la conjonction, en permettant de combiner des formules dans des contextes différents :

Il n'est cependant pas possible d'éliminer la fusion à la manière de la conjonction en général. Son intérêt vient dans la reformulation pertinente de plusieurs théorèmes de la logique de Frege-Russell. À l'instar de la logique linéaire, la conjonction se casse donc en deux opérations distinctes : pour la conjonction additive, de formules dérivables d'un même contexte, et (fusion) pour la conjonction multiplicative, de formules dérivables dans des contextes différents[15].

En logique de Frege-Russell, la curryfication prend la forme . Certes, .

Cependant, la réciproque n'est pas démontrable dans R, car elle permettrait de démontrer , ce qui enfreind la propriété de partage de variables, à partir de la R-tautologie . La curryfication dans R existe néanmoins, en utilisant l'opération de fusion au lieu de celle de conjonction : Sont valides d'une part, d'autre part.

Il est donc plus permissif de conjoindre les hypothèses d'une tautologie ou théorème en utilisant la fusion qu'en utilisant la conjonction. Par exemple, si on énonce un théorème de la limite monotone pour les suites comme « Si et est croissante, et est majorée, alors est convergente » , cela nécessiterait de montrer que est croissante et majorée à partir du même socle d'hypothèses, tandis que le formuler « Si est croissante, si est majorée, alors est convergente » , équivalément « Si est croissante, si est majorée, alors est convergente » par curryfication, permet de supposer séparément croissante et majorée pour pouvoir démontrer que est convergente, par exemple pour démontrer que « Si est croissante, si diverge, alors n'est pas majorée » ou encore « Si diverge, si est majorée, alors n'est pas croissante » .

Par ailleurs, pour caractériser l'équivalence logique, on caractérise habituellement comme . Toutefois, dans R, la caractérisation est également possible[16].

La fission, quoique plus rare[15], est alors une disjonction multiplicative, similairement à ⅋ en logique linéaire, qu'on peut caractériser à partir des lois de De Morgan : . On remarque l'équivalence entre et dans R, ce qui permet notamment à ⅋ de vérifier la règle γ, en cela que . On peut la caractériser avec deux règles :

Syllogisme disjonctif Dilemme constructif

Ces opérations de fusion et de fission permettent ainsi d'établir des équivalences logiques similaires à l'implication matérielle, comme ou encore , ce qui vient par ailleurs expliciter l'aspect multiplicatif de cette implication, à l'instar de en logique linéaire[15].

Applications en mathématiques

En didactique des mathématiques

Les didacticiens des mathématiques, plus précisément de la logique mathématique, remarquent également une propriété en acte de causalité chez les élèves, réminescente de la logique pertinente. Ainsi, on retrouve dans Deloustal-Jorrand (2000-2001)[17] la propriété en acte annotée (P2) : « Une implication est régie par un lien de cause à effet entre la prémisse et la conclusion ». Ce même article lie également (P2) à une thèse de logique connexive, appelée thèse d'Aristote : « A⇒(Non A) est fausse quelle que soit la proposition A ». Il est vrai que logiques pertinentes et connexives sont cousines l'une de l'autre, vue comme s'inscrivant dans un même projet commun de connexion entre impliquants et impliqués[18],[19], mais il est important de rappeler qu'elles restent distinctes en pratique ; Par exemple, s'il est vrai que des logiques pertinentes telles que E admettent des modèles fonctionnels qui sont à la fois sains et connexifs[20], rajouter les thèses d'Aristote et de Boèce à celles-ci créent toutefois généralement un système qui, bien que non-trivial, rend tautologique la négation de n'importe quelle implication donnée[21],[22].

Quantificateurs

Les théorèmes mathématiques se formulent typiquement avec des quantificateurs, des propriétés et des variables. Or, les logiques pertinentes vues jusqu'ici relèvent du calcul des propositions. Pour passer au calcul des prédicats, Brady (1984)[10] donne des règles qu'on peut appliquer à chaque logique pertinente X pour en rajoutant des quantificateurs, donnant une extension logique appelée XQ en conséquence. Ainsi, se construit le diagramme de Hasse suivant :

RQ
EQ
TQ
TWQDJQ
BQ

Les règles décrites sont essentiellement calquées sur les règles d'instanciation et de généralisation des quantificateurs présentes en logique de Frege-Russell, avec en plus de généralisations de la règle de distributivité, l'une où la disjonction est remplacée par un quantificateur existentiel (qui, par correspondance de Curry-Howard, revient à une disjonction arbitraire ou dépendante), l'autre où la conjonction est remplacée par un quantificateur universel (conjonction arbitraire ou dépendante) :

Règles
Quantificateur universel Généralisation

(Introduction)

n'admet aucune occurrence libre parmi et les , ni parmi et les .

Instanciation

(Élimination)

x n'admet aucune occurrence libre dans .

Distributivité

x n'admet aucune occurrence libre dans A.

Quantificateur existentiel Généralisation

(Introduction)

Instanciation

(Élimination)

x n'admet aucune occurrence libre dans B, avec P et Q restreintes similairement à et selon la logique considérée.

Distributivité

x n'admet aucune occurrence libre dans A.

Pour le cas de RQ, aucune restriction n'est à noter pour la règle d'instanciation existentielle.

Rédaction dans RQ

Toute logique à déduction naturelle se traduit en pratiques rédactionnelles spécifiques pour la rédaction de démonstrations mathématiques. RQ, par sa permissivité, est utilisé comme un socle commun pour divers projets de mathématiques pertinentes, notamment les systèmes arithmétiques R# et R##.

Il est à noter qu'en mathématiques, nous avons tendance à quantifier sur des ensembles décrits explicitement, que l'on écrit et . Pour cela, nous pouvons définir d'une part, d'autre part. Grâce à cela, nous pouvons démontrer que est équivalent à , ainsi que est équivalent à , par conversion des quantificateurs.

On peut ainsi formaliser certaines démonstrations mathématiques en utilisant explicitement le système RQ, comme dans toute logique du premier ordre, pertinente ou non, en partant par exemple de caractérisations communément admises. Parmi les démonstrations au programme en classe de 2nde générale et technologie, nous avons par exemple à démontrer que n'est pas un nombre décimal.

Toutefois, faire des mathématiques pertinentes sans avoir un socle axiomatique spécifié nous empêche de déterminer certaines propriétés intéressantes, et notamment les conditions d'application de certains théorèmes logiques. C'est ainsi que certains projets d'arithmétique pertinente ont vu le jour.

R# et R##

Le système R# est une extension de R à partir des axiomes de Peano. Ce qui est remarquable est la non-admissibilité de la règle γ dans ce système[23]. Un système R##, plus fort que R#, permet de palier ce problème[24].

Sémantique et modèles

Notes et références

Articles connexes

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