La semana en Calculemus (9 de marzo de 2024)

Esta semana he publicado en Calculemus las demostraciones con Lean4 e Isabelle/HOL de las siguientes propiedades:

A continuación se muestran las soluciones.

1. (s \ t) ∪ (t \ s) = (s ∪ t) \ (s ∩ t)

Demostrar con Lean4 que
\[ (s \setminus t) ∪ (t \setminus s) = (s ∪ t) \setminus (s ∩ t) \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Tenemos que demostrar que, para todo \(x\),
\[ x ∈ (s \setminus t) ∪ (t \setminus s) ↔ x ∈ (s ∪ t) \setminus (s ∩ t) \]
Se demuestra mediante la siguiente cadena de equivalencias:
\begin{align}
&x ∈ (s \setminus t) ∪ (t \setminus s) \\
↔ &x ∈ (s \setminus t) ∨ x ∈ (t \setminus s) \\
↔ &(x ∈ s ∧ x ∉ t) ∨ x ∈ (t \setminus s) \\
↔ &(x ∈ s ∨ x ∈ (t \ s)) ∧ (x ∉ t ∨ x ∈ (t \setminus s)) \\
↔ &(x ∈ s ∨ (x ∈ t ∧ x ∉ s)) ∧ (x ∉ t ∨ (x ∈ t ∧ x ∉ s)) \\
↔ &((x ∈ s ∨ x ∈ t) ∧ (x ∈ s ∨ x ∉ s)) ∧ ((x ∉ t ∨ x ∈ t) ∧ (x ∉ t ∨ x ∉ s)) \\
↔ &(x ∈ s ∨ x ∈ t) ∧ (x ∉ t ∨ x ∉ s) \\
↔ &(x ∈ s ∪ t) ∧ (x ∉ t ∨ x ∉ s) \\
↔ &(x ∈ s ∪ t) ∧ (x ∉ s ∨ x ∉ t) \\
↔ &(x ∈ s ∪ t) ∧ ¬(x ∈ s ∧ x ∈ t) \\
↔ &(x ∈ s ∪ t) ∧ ¬(x ∈ s ∩ t) \\
↔ &x ∈ (s ∪ t) \setminus (s ∩ t)
\end{align}

2. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

2. Pares ∪ Impares = Naturales

Los conjuntos de los números naturales, de los pares y de los impares se definen en Lean4 por

Demostrar con Lean4 que

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Tenemos que demostrar que
\[ \{n | \text{Even}(n)\} ∪ \{n | ¬\text{Even}(n)\} = \{n | \text{True}\} \]
es decir,
\[ n ∈ \{n | \text{Even}(n)\} ∪ \{n | ¬\text{Even}(n)\} ↔ n ∈ \{n | \text{True}\} \]
que se reduce a
\[ ⊢ \text{Even}(n) ∨ ¬\text{Even}(n) \]
que es una tautología.

2. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

3. Los primos mayores que 2 son impares

Los números primos, los mayores que 2 y los impares se definen en Lean4 por

Demostrar con Lean4 que

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

4. s ∩ (⋃ i, A i) = ⋃ i, (A i ∩ s)

Demostrar con Lean4 que
\[ s ∩ ⋃_i A_i = ⋃_i (A_i ∩ s) \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Tenemos que demostrar que para cada \(x\), se verifica que
\[ x ∈ s ∩ ⋃_i A_i ↔ x ∈ ⋃_i A_i ∩ s \]
Lo demostramos mediante la siguiente cadena de equivalencias
\begin{align}
x ∈ s ∩ ⋃_i A_i &↔ x ∈ s ∧ x ∈ ⋃_i A_i \\
&↔ x ∈ s ∧ (∃ i)[x ∈ A_i] \\
&↔ (∃ i)[x ∈ s ∧ x ∈ A_i] \\
&↔ (∃ i)[x ∈ A_i ∧ x ∈ s] \\
&↔ (∃ i)[x ∈ A_i ∩ s] \\
&↔ x ∈ ⋃_i (A i ∩ s)
\end{align}

2. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

5. (⋂ i, A i ∩ B i) = (⋂ i, A i) ∩ (⋂ i, B i)

Demostrar con Lean4 que
\[ ⋂_i (A_i ∩ B_i) = (⋂_i A_i) ∩ (⋂_i B_i) \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Tenemos que demostrar que para \(x\) se verifica
\[ x ∈ ⋂_i (A_i ∩ B_i) ↔ x ∈ (⋂_i A_i) ∩ (⋂_i B_i) \]
Lo demostramos mediante la siguiente cadena de equivalencias
\begin{align}
x ∈ ⋂_i (A_i ∩ B_i) &↔ (∀ i)[x ∈ A_i ∩ B_i] \\
&↔ (∀ i)[x ∈ A_i ∧ x ∈ B_i] \\
&↔ (∀ i)[x ∈ A_i] ∧ (∀ i)[x ∈ B_i] \\
&↔ x ∈ (⋂_i A_i) ∧ x ∈ (⋂_i B_i) \\
&↔ x ∈ (⋂_i A_i) ∩ (⋂_i B_i)
\end{align}

2. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL