Ein bekanntes Theorem von Church besagt, daß die Allgemeingültigkeit eine unentscheidbare Eigenschaft der Ausdrücke des Prädikatenkalküls der ersten Stufe ist. Verf. zeigt für den Prädikatenkalkül der ersten Stufe (mit Identität), daß auch die Allgemeingültigkeit im Endlichen nicht entscheidbar ist; die angewandte Methode verdient selbständiges Interesse.
H(P) sei ein Ausdruck, in dem die einstellige Prädikatenvariable
P vorkommt. Ist
ω eine endliche Menge,
P ein einstelliges
ω-Attribut und gibt es eine
ω-Belegung, die
P mit
P belegt und
H verifiziert, so heißt
M=[ω,P] ein endliches Modell von
H.
P~(M) sei die Anzahl von
P. Variiert
M über alle endlichen Modelle von
H, so heißt die dabei von
P~(M) durchlaufene Menge von natürlichen Zahlen das Spektrum von
P bezüglich
H. Eine Funktion
f(m) über den natürlichen Zahlen (einschließlich 0) heißt spektral darstellbar, wenn es einen Ausdruck
H(P,Q) gibt, so daß (1) das Spektrum von
P aus allen natürlichen Zahlen besteht, (2) für jedes endliche Modell
f(P~(M))=Q~(M). Verf. beweist (in stark gekürzter Form):
(1) Eine Funktion ist genau dann spektral darstellbar, wenn sie (allgemein) rekursiv ist;
(2) zu einer vorgegebenen rekursiven Funktion läßt sich ein darstellender Ausdruck konstruieren.
Hieraus folgt durch Zurückführung auf bekannte Sätze über rekursive Funktionen das genannte Unentscheidbarkeitstheorem.
Als erste Folgerung läßt sich der Satz gewinnen: Sei
K die Klasse der im Endlichen allgemeingültigen Ausdrücke. Dann gibt es zu jedem
H1 aus
K ein
H2 aus
K, so daß
H2 nicht aus den Axiomen und
H1 ableitbar ist; und es gibt zu jedem
H2 aus
K ein
H1 aus
K, so daß
H2 nicht aus
H1 und den Axiomen ableitbar ist. [Vgl.
G. Hasenjaeger, J. Symb. Log. 15, 273–276 (1950;
Zbl 0041.14903).]
Eine zweite Folgerung ergibt sich für Formalisierungen der Mengenlehre. Sei
H ein genau im Endlichen allgemeingültiger Ausdruck,
H+(q) eine Formalisierung der Aussage: ,,
H ist allgemeingültig über
q”. Dann ist
H+(q) eine Definition der Endlichkeit einer Menge
q in dem betrachteten Formalismus. Aus seinem Unentscheidbarkeitstheorem kann Verf. nun schließen, daß es zu jeder Endlichkeitsdefinition
H+1(q) Endlichkeitsdefinitionen
H+2(q) und
H+3(q) gibt, so daß weder
H+1(q)→H+2(q) nach
H+2(q)→H+1(q) in der Theorie beweisbar ist. Dies gilt für eine weite Klasse formalisierter Mengentheorien.