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coq-club - Re: [Coq-Club] a question about CIC/Coq consistency

coq-club AT inria.fr

Subject: The Coq mailing list

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Re: [Coq-Club] a question about CIC/Coq consistency


chronological Thread 
  • From: roconnor AT theorem.ca
  • To: Cody Roux <cody.roux AT inria.fr>
  • Cc: Coq-Club Club <coq-club AT inria.fr>
  • Subject: Re: [Coq-Club] a question about CIC/Coq consistency
  • Date: Wed, 28 Sep 2011 11:15:21 -0400 (EDT)

On Wed, 28 Sep 2011, Cody Roux wrote:

----- Mail original -----
De: "Andrej Bauer" 
<andrej.bauer AT andrej.com>
À: "Benjamin Werner" 
<benjamin.werner AT polytechnique.org>
Cc: "Coq-Club Club" 
<coq-club AT inria.fr>
Envoyé: Mercredi 28 Septembre 2011 15:05:14
Objet: Re: [Coq-Club] a question about CIC/Coq consistency
Coq is an extension of PA.

What does "extension" mean here?

With kind regards,

Andrej

I'm sure someone else will have answered by the time this is sent but I'll 
try to give a quick idea about measuring the relative strengths of logical 
theories: In this case we can take a statement about Peano Arithmetic, for 
example:

forall x y, exists z, x * z = y

And translate that into a Coq statement:


forall (x y : nat), exists z:nat, x * z = y

where the multiplication and equality are translated to the ones in the 
standard library. Now you can translate every statement of Peano Arithmetic 
into one of Coq, and ask yourself which statements provable in PA are 
provable in Coq.

It is in fact easy to show that all statements provable in PA -without the use of the 
excluded middle- have translations which are in fact provable in the Coq logic. The fragment 
of PA that does not admit the excluded middle is commonly called HA, Heyting Arithmetic. So 
there are some statements that are provable in PA and not in Coq (or HA). However it can be 
shown that if PA is contradictory, i.e. PA proves 0 =\= 1, then so does HA, and therefore Coq 
proves the translation of that statement "O <> S O" (which implies False).

As a side note, it is interesting to ask whether there are statements from HA 
such that their translations are provable in Coq, but that are themselves not 
provable in HA. The answer is yes! There are many such statements, one of the 
famous ones being the Goodstein Theorem, another being the Godel encoding of 
the consistency of Arithmetic.

In conclusion, Coq can prove all theorems of Peano Arithmetic that do not use 
excluded middle in their proofs, and has a strictly stronger consistency 
strength: consistency of Coq implies that of PA, but not vice-versa.

I'm not sure that the consistency strength of CIC or Coq are precisely known 
with respect to set theories but I believe that CIC with universes and 
predicative set is weaker than, but of similar strength to, ZF set theory (in 
particular it is stronger than ZF - axiom of replacement). Benjamin probably 
knows more about this than I do.


I hope I am not rehashing things you know very well,


All the best,

I think you mean to say that Coq can interpret PA rather than Coq extends PA.

BTW, you can intepret *all* proofs in PA into Coq, even the ones using excluded midde, with a suitable double negation intepretation. This is how I prove the consistency of PA in my work.

--
Russell O'Connor                                      <http://r6.ca/>
``All talk about `theft,''' the general counsel of the American Graphophone
Company wrote, ``is the merest claptrap, for there exists no property in
ideas musical, literary or artistic, except as defined by statute.''


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