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Representa¸c˜ao de L´ogicas Abstratas Intuicionistas

Todos os resultados obtidos nesta se¸c˜ao s˜ao originais.

Agora considere L := (ExprL, T hL,C), com C = {∧, ∨, →}. J´a construimos um

reticulado distributivo limitado a partir de C = {∧, ∨}. Estendemos as nossas ideias para obter uma ´algebra de Heyting. Para isto, vamos mostrar seguinte

Lema 4.2.1. A implica¸c˜ao em C satisfaz adjun¸c˜ao, ou seja, dados z, a, b ∈ ExprL,

z ≤ a → b ⇔ z ∧ a ≤ b.

Demonstra¸c˜ao: (⇒) Suponha que z ≤ a → b, logo Sz ⊆ Sa→b.

Tome P ∈ P T hL tal que a ∧ b ∈ P , assim z ∈ P e a ∈ P . Como z ∈ P , temos

que a → b ∈ P , segue do Lema 4.0.10 que

a∧ (a → b) ∈ P ⇒ b ∈ P. Portanto Sz∧a ⊆ Sb ⇒ z ∧ a ≤ b.

(⇐) Agora suponha que z ∧ a ≤ b. Seja P ∈ P T hL tal que z ∈ P . Tome

P′ ∈ P T hL tal que P ⊆ P′ e a ∈ P′.

Como z ∈ P ⊆ P′, temos que z ∈ Pe a ∈ P, ou seja, z ∧ a ∈ P. Logo b ∈ P

pois z ∧ a ≤ b, segue que a → b ∈ P . Portanto Sz ⊆ Sa→b, assim, z ≤ a → b.

Dado uma ´algebra de Heyting limitada A. Como toda ´algebra de Heyting limitada ´e um reticulado distributivo limitado, j´a temos uma l´ogica abstrata distributiva associada a essa ´algebra de Heyting, vamos mostrar que temos uma l´ogica abstrata intuicionista associada a essa ´algebra de Heyting, ou seja, vamos mostrar o seguinte lema.

Lema 4.2.2. A implica¸c˜ao da nossa ´algebra de Heyting satisfaz, para todo a, b ∈ A e T filtro primo de A,

a→ b ∈ T ⇔ para todo f iltro primo T′ ⊇ T, a ∈ T′ ⇒ b ∈ T′

Demonstra¸c˜ao: (⇒) Suponha que a → b ∈ T , onde T ´e um filtro primo de A. Tome T′

filtro primo tal que T ⊆ T′ e a ∈ T. Assim a ∈ Te a → b ∈ T, logo a ∧ (a → b) ∈ T,

como a ∧ (a → b) ≤ b, temos que b ∈ T′.

(⇐) Seja T filtro primo e suponha que a → b 6∈ T . Observe que T ∪ {a} tem a pif. Caso contr´ario, existiriam t1, . . . , tn ∈ T tais que t1 ∧ . . . ∧ tn ∧ a = ⊥. Pela

adjun¸c˜ao temos ent˜ao, t1∧ . . . ∧ tn≤ a → ⊥. Como T ´e filtro, temos que t1∧ . . . ∧ tn∈ T

e consequentemente, (a → ⊥) ∈ T . Como ⊥ ≤ b e a implica¸c˜ao → ´e uma aplica¸c˜ao mon´otona, temos que a → ⊥ ≤ a → b, e assim, (a → b) ∈ T , o que ´e uma contradi¸c˜ao. Tome agora T ∪ {a} e considere o filtro gerado hT ∪ {a}i, qual ´e pr´oprio. Estenda este a um filtro primo T′. Observe que b 6∈ Tpois caso b ∈ T, teriamos z ∈ T tal que z ∧ a ≤ b,

por adjun¸c˜ao, z ≤ a → b e portanto a → b ∈ T . Absurdo. Por contrapositividade temos o desejado.

Definimos a categoria das l´ogicas abstratas intuicionistas LI como sendo a ca- tegoria cujos objetos s˜ao l´ogicas abstratas intuicionistas e os morfismos s˜ao aplica¸c˜oes

l´ogicas normais que satisfazem a propriedade p − morf ismo, ou seja, f : L → L′ e dados

a∈ ExprL e b ∈ ExprL′ tal que f (a) b, ent˜ao existe c ∈ ExprL tal que a c e f (c) = b. Esta aplica¸c˜ao chamaremos de aplica¸c˜oes l´ogicas intuicionistas. ´E f´acil ver que a aplica¸c˜ao identidade ´e uma aplica¸c˜ao l´ogica intuicionista.

Vamos verificar se composi¸c˜ao de aplica¸c˜oes l´ogicas intuicionistas ´e uma aplica¸c˜ao l´ogica intuicionista. Sejam f : L → L′ e g : L→ L′′aplica¸c˜oes l´ogicas intuicionistas. Seja

T ∈ T hL. Como f ´e normal, temos que existe T′ ∈ T hL′ tal que f−1(T′) = T . Sabendo que g tamb´em ´e normal, temos que existe T′′∈ T h

L′′ com g−1(T′′) = T′. Logo (g ◦ f )−1(T′′) = f−1(g−1(T′′)) = f−1(T′) = T.

Portanto a composi¸c˜ao ´e normal. Falta mostar p − morf ismo.

Sejam a ∈ ExprL e b ∈ ExprL′′ tal que g ◦ f (x) b, assim g(f (x)) b. Como g ´e p − morf ismo, temos c ∈ ExprL′ tal que f (a) c e g(c) = b. Tamb´em temos que f ´e p−morf ismo, logo existe z ∈ ExprLtal que a z e f (z) = c portanto g(f (z)) = g(c) = b.

Provando que a composi¸c˜ao satisfaz p − morf ismo. Como a composi¸c˜ao satisfaz a lei associativa, temos que a categoria LI est´a bem definida.

Lema 4.2.3. Sejam L e L′ l´ogicas abstratas intuicionistas e h : L → Luma aplica¸c˜ao

l´ogica intuicionista. Esta mesma aplica¸c˜ao ´e um morfismo de ´algebra de Heyting.

Demonstra¸c˜ao: J´a provamos que h sendo est´avel preserva ∨ e ∧. Vamos mostrar que preserva →, ou seja, h(a → b) = h(a) → h(b).

(≤) h(a → b) ∧ h(a) = h((a → b) ∧ a). Sabemos que a ∧ (a → b) ≤ b. Como h preserva ∨ e ∧, temos que h preserva ordem, com isso h((a → b) ∧ a) ≤ h(b), por adjun¸c˜ao

h(a → b) ≤ h(a) → h(b).

(≥) Para mostar que h(a) → h(b) ≤ h(a → b), basta mostrar que Sh(a)→h(b) ⊆

Sh(a→b).

Seja P ∈ P T hL′ tal que P 6∈ Sh(a→b), ou seja, h(a → b) 6∈ P . Assim a → b 6∈ h−1(P ). Pela defini¸c˜ao de implica¸c˜ao em l´ogicas abstratas, temos que existe T ∈ P T h

L

tal que h−1(P ) ⊆ T , a ∈ T e b 6∈ T . Pela normalidade de h, temos que existe Ttal que

h−1(T′) = T .

Observe que h(b) h(a) → h(b), por h satisfazer p−morf ismo, existe t ∈ ExprL

com h(t) = h(a) → h(b) e b t.

Se t ∈ h−1(P ) ⊆ h−1(T′), ent˜ao h(t) ∈ T′ ⇒ h(a) → h(b) ∈ T′. Como a ∈ T ,

o que ´e um absurdo. Portanto t 6∈ h−1(P ) ⇒ h(t) 6∈ P , como h(t) = h(a) → h(b), temos

h(a) → h(b) 6∈ P . Logo

P 6∈ Sh(a)→h(b).

Mostrando Sh(a)→h(b) ⊆ Sh(a→b).

Com os lemas 4.2.1 e 4.2.3, temos que LI pode ser vista como uma subcategoria de Heyt. Como Heyt ´e dualmente equivalente a categora Esa, temos uma representa¸cao de LI em Esa.

Observe que nem sempre morfismo de ´algebra de Heyting ´e um morfismo de l´ogicas abstratas intuicionista, conforme o seguinte exemplo.

Exemplo 4.2.4. Sejam 2 = {⊤, ⊥} e Ω = {⊥, a, ¬a, ⊤} ´algebras de Boole e f : Ω → 2 definido da seguinte maneira:

f(⊤) = ⊤

f(a) = ⊤ f(¬a) = ⊥

f(⊥) = ⊥.

Vamos mostrar que f ´e morfismo de ´algebra de Boole. Inicialmente vamos mostar que f ´e morfismo de reticulados.

• f (⊤ ∨ ⊤) = f (⊤) = ⊤ e f (⊤) = ⊤, portanto f (⊤) ∨ f (⊤) = ⊤. • f (a ∨ ⊤) = f (⊤) = ⊤, f (a) = ⊤ e f (⊤) = ⊤, logo f (a) ∨ f (⊤) = ⊤. • f (¬a ∨ ⊤) = f (⊤) = ⊤, f (¬a) = ⊥ e f (⊤) = ⊤, logo f (¬a) ∨ f (⊤) = ⊤.

• f (a ∨ ¬a) = f (⊤) = ⊤, f (a) = ⊤ e f (¬a) = ⊥, logo f (a) ∨ f (¬a) = ⊤ ∨ ⊥ = ⊤. • f (a ∨ ⊥) = f (a) = ⊥ e f (⊥) = ⊥, segue que f (a) ∨ f (⊥) = ⊤.

• f (¬a ∨ ⊥) = f (¬a) = ⊥ e f (¬a) ∨ f (⊥) = ⊥ ∨ ⊥ = ⊥.

Com isso mostramos que f preserva ∨. Com contas an´alogas podemos provar que f preserva ∧. Mostrando que f ´e um morfismo de reticulados. Para mostarmos que f ´e morfismo de ´algebra de Boole, basta mostrar que f (¬x) = ¬f (x) para todo x ∈ Ω.

Ora, como ¬⊥ = ⊤, ¬⊤ = ⊥, teremos f (¬⊥) = ¬f (⊥) e f (¬⊤) = ¬f (⊤). Como f (¬a) = ⊥ e ¬f (a) = ¬⊤ = ⊥, temos que f preserva ¬.

Portanto f ´e um morfismo de ´algebra de Boole. Como toda ´algebra de Boole ´e uma ´algebra de Heyting e todo morfismo de ´algebra de Boole ´e um morfismo de ´algebra de Heyting, temos que f ´e morfismo de ´algebra de Heyting.

Agora observe que {⊤} ´e um filtro de Ω, por´em n˜ao existe filtro T ⊆ 2 tal que f−1(T ) = {⊤}, pois f−1(T ) = {⊤, a} e f−1(2) = Ω. Assim f n˜ao satisfaz a normalidade

A condi¸c˜ao de um morfismo de l´ogica abstrata intuicionista ser normal parece ser bastante forte no sentido de n˜ao podermos estabelecer, cf. 4.2.4, a dualidade de entre as categorias Heyt e LI.

Uma pergunta interessante ´e: Qual ´e a condi¸c˜ao necess´aria e suficiente para estabelecer tal dualidade?

Acreditamos que ´e poss´ıvel estabelecer a dualidade entre Heyt e LI.

Discutindo os resultados obtidos na disserta¸c˜ao com o professor Hugo Mariano, o professor deu uma id´eia de definir os morfismos na categoria das l´ogicas abstratas intui- cionistas usando m´etodos da Geometria Alg´ebrica. Usando esta id´eia, vamos introduzir em seguida a seguinte categoria das l´ogicas abstratas intuicionistas. Vejamos que agora temos de fato uma dualidade entre essa categoria e a categoria das ´algebras de Heyting, e portanto tamb´em para a categoria dos espa¸cos de Esakia. Todas as detalhes seguem agora.

Defini¸c˜ao 4.2.5. Definimos a categoria das l´ogicas abstratas intuicionistas LI como sendo a categoria cujos objetos s˜ao l´ogicas abstratas intuicionistas, cf. 4.0.9. Os mor- fismos entre l´ogicas abstratas s˜ao as seguintes aplica¸c˜oes. Sejam L, L′ l´ogicas abstratas

intuicionistas. Dizemos que h : L → L′ ´e um morfismo na categoria LI, se h : Expr L →

ExprL′ ´e uma aplica¸c˜ao satisfazendo

(i) h ´e uma aplica¸c˜ao l´ogica est´avel, cf. 4.0.11; (ii) ∀P′ ∈ P T h

L′,∀P ∈ P T hL tal que h−1(P′) ⊆ P , existe Q′ ∈ P T hL′ satisfazendo P′ ⊆ Q′ e P = h−1(Q).

Lema 4.2.6. LI forma uma categoria.

Demonstra¸c˜ao: ´E claro que id forma um morfismo. Vamos mostrar que os morfismos s˜ao fechados pela opera¸c˜ao de composi¸c˜ao. Para isso, sejam L, L′,L′′ ∈ ob(LI) e h : L → L

e g : L′ → L′′ morfismos. Vejamos que g ◦ h : L → L′′ ´e um morfismo.

Como h ´e est´avel, temos que h−1(P) ∈ P T h

L, para qualquer P′ ∈ P T hL′. Usando o fato de que g ´e est´avel, temos que h−1(g−1(P′′)) ∈ P T h

L, para qualquer P′′ ∈

P T hL′′.

Vamos mostrar a condi¸c˜ao (ii). Para isso, sejam P′′ ∈ P T h

L′′, e P ∈ P T hL tais que h−1(g−1(P′′)) ⊆ P . Como g ´e morfismo, g−1(P′′) ∈ P T h

L′, ou seja, existe P′ ∈ P T hL′ tal que g−1(P′′) = P. Como h ´e morfismo, existe ent˜ao Q∈ P T h

L′ tal que P′ ⊆ Q′ e P = h−1(Q). Logo g−1(P′′) ⊆ Q. Usando a propriedade (ii) para g, existe Q′′∈ P T h

L′′ tal que P′′ ⊆ Q′′ e Q= g−1(Q′′).

Consequentemente, temos que P′′ ⊆ Q′′ e P = h−1(Q) = h−1(g−1(Q′′)), aca-

Temos o seguinte

Lema 4.2.7. Seja h : L → L′ um morfismo de l´ogicas abstratas segundo a defini¸c˜ao 4.2.5.

Ent˜ao, h ´e um morfismo de ´algebra de Heyting.

Demonstra¸c˜ao: Como h ´e est´avel, h preserva ∧ e ∨. A mesma prova de 4.2.3 mostra que para a, b ∈ ExprL, h(a → b) ≤ h(a) →′ h(b). Falta a demonstra¸c˜ao de que

h(a) →′ h(b) ≤ h(a → b), ou seja, S

h(a)→′h(b) ⊆ Sh(a→b). Seja P′ ∈ P T h

L′ tal que P′ 6∈ Sh(a→b), i.e., h(a → b) 6∈ P′. Vejamos que (h(a) →′ h(b)) 6∈ P′.

Como por hip´otese, h(a → b) 6∈ P′, temos que (a → b) 6∈ h−1(P). Observe que

h−1(P) ∈ P T h

L. Pela defini¸c˜ao da implica¸c˜ao em l´ogicas abstratas, temos que existe

P ∈ P T hL tal que h−1(P′) ⊆ P com a ∈ P e b 6∈ P . Da propriedade (ii) de 4.2.5, temos

a existˆencia de Q′ ∈ P T h

L′ com P′ ⊆ Q′ e P = h−1(Q′).

Portanto, h(a) ∈ Q′e h(b) 6∈ Q, ou seja, (h(a) →h(b)) 6∈ P, terminando a demonstra¸c˜ao.

Os resultados anteriores, mostram que dado uma l´ogica abstrata intuicionista, temos que (ExprL,≤) ´e uma ´algebra de Heyting, e cada morfismo h de l´ogicas abstratas

intuicionistas segundo defini¸c˜ao 4.2.5, d´a origem a um morfismo de ´algebras de Heyting h: ExprL → ExprL′.

Reciporcamente, seja Ω := (A; ≤) uma ´algebra de Heyting. Com as mesmas id´eias da se¸c˜ao 4.1, introduzimos a seguinte l´ogica abstrata intuicionista:

L := (ExprL; T hL,C), onde ExprL:= A, T hL := {F | F ´e filtro pr´oprio em A},

e C := {∧, ∨, → ⊥, ⊤}.

A mesma demonstra¸c˜ao de 4.1.6 podemos justificar o seguinte Lema 4.2.8. L ´e de fato uma l´ogica abstrata intuicionista.

Lema 4.2.9. Seja h : A → A′ um morfismo de ´algebras de Heyting. Com a nota¸c˜ao de

cima, h : L → L′ ´e um morfismo de l´ogicas abstratas.

Demonstra¸c˜ao: ´E imediato que h ´e uma aplica¸c˜ao est´avel. Falta mostrar a propriedade (ii) da defini¸c˜ao 4.2.5. Para isso, sejam P ∈ P T hL := {P | P ´e filtro primo em A} e

P′ ∈ P T hL′ tais que h−1(P′) ⊆ P . ´E preciso exibir um filtro primo Q′ ∈ P T hL′ tal que P′ ⊆ Qe P = h−1(Q). A demonstra¸c˜ao segue de mesmo modo da proposi¸c˜ao 2.2.10 no

cap´ıtulo 2.

Com estes resultados acabamos de estabelecer a dualidade entre a categoria de l´ogicas abstratas intuicionistas, a categoria de ´algebras de Heyting e a categoria de espa¸cos de Esakia.

Condi¸c˜ao de Dom´ınios Fechados

Neste cap´ıtulo as defini¸c˜oes e id´eias de demonstra¸c˜oes s˜ao de [BB09] e [CZ97].

5.1

(CDF)

Neste cap´ıtulo compararemos a condi¸c˜ao de dom´ınios fechados adotada de uma forma diferente com a de Zakharyaschev e comparamo-las. Com isso podendo obter uma aplica¸c˜ao da dualidade de Esakia em f´ormulas canˆonicas.

Defini¸c˜ao 5.1.1. Sejam X e Y espa¸cos de Esakia e f : X → Y morfismo parcial de Esakia.

Seja D uma fam´ılia de anticadeias em Y . N´os dizemos que f satisfaz a condi¸c˜ao de dom´ınios fechados (CDF) para D se

x6∈ dom(f ) implica que minf [↑ x] 6∈ D.

Lema 5.1.2. Sejam X e Y espa¸cos de Esakia e f : X → Y um morfismo parcial de Esakia. Para U, V ∈ CpU p(Y ), seja

DU, V = {anticadeia d em U ∪ V ; d ∩ (U \ V ) 6= ∅ e d ∩ (V \ U ) 6= ∅}. Ent˜ao as seguintes condi¸c˜oes s˜ao equivalentes:

(1) f∗(U ∪ V ) ⊆ f(U ) ∪ f(V )

(2) f satisf az (CDF ) para DU, V

Demonstra¸c˜ao:

(1) ⇒ (2)

Seja x 6∈ dom(f ). Se minf [↑ x] ∈ DU, V e sabendo que f [↑ x] ´e fechado upset de

Y, temos, devido a Observa¸c˜ao 3.1.2, que f [↑ x] =↑ minf [↑ x]. Portanto f[↑ x] =↑ minf [↑ x] ⊆ U ∪ V

por´em f [↑ x] 6⊆ U nem f [↑ x] 6⊆ V , pois minf [↑ x] ∩ U \ V 6= ∅ e minf [↑ x] ∩ V \ U 6= ∅

Como f [↑ x] ⊆ U ∪ V , temos que x ∈ X\ ↓ f−1(Y \ (U ∪ V )) e portanto

x∈ f∗(U ∪ V ).

Por outro lado, como f [↑ x] 6⊆ U e f [↑ x] 6⊆ V , assim x 6∈ f∗(U ) e x 6∈ f(V ).

Logo

f∗(U ∪ V ) 6⊆ f∗(U ) ∪ f∗(V ). Por contrapositividade temos o desejado.

(2) ⇒ (1)

Seja x ∈ f∗(U ∪ V ). Ent˜ao f [↑ x] ⊆ U ∪ V . Temos dois casos a considerar, se

x∈ dom(f ) e se x 6∈ dom(f ).

Caso x ∈ dom(f ), ent˜ao f [↑ x] =↑ f (x). Como f [↑ x] ⊆ U ∪ V, f [↑ x] ⊆ U ou f[↑ x] ⊆ V . Segue que x ∈ f∗(U ) ou x ∈ f(V ). Portanto

x∈ f∗(U ) ∪ f(V ).

Agora se x 6∈ dom(f ), ent˜ao como satisfaz (CDF ), minf [↑ x] 6∈ DU, V, assim

minf[↑ x] ∩ (U ∩ X \ V ) = ∅ ou minf [↑ x] ∩ (V ∩ X \ U ) = ∅.

Suponha que minf [↑ x] ∩ (U ∩ X \ V ) = ∅. Seja y ∈ minf [↑ x], assim y 6∈ U e y6∈ X \ V , logo y ∈ V . Portanto

minf[↑ x] ⊆ V

como f [↑ x] =↑ minf [↑ x] ⊆ V , segue que x ∈ f∗(V ), logo x ∈ f(U ) ∪ f(V ) e portanto

f∗(U ∪ V ) ⊆ f∗(U ) ∪ f∗(V ).

Lema 5.1.3. Sejam A, B ´algebras de Heyting, h : A → B um (∧, →)-homomorfismo e a, b∈ A. Ent˜ao h(a ∨ b) = h(a) ∨ h(b) sse h∗ : B∗ → A∗ satisfaz (CDF ) para DSa, Sb. Demonstra¸c˜ao:

(⇒) Suponha h(a ∨ b) = h(a) ∨ h(b). Para mostrar que h∗ satisfaz (CDF ) para

DS

a, Sb, devido a 5.1.2, basta mostrar que h∗

(S

h∗ ∗(Sa∪ Sb) = h∗ ∗(Sa∨b)

= Sh(a∨b)

= Sh(a)∨h(b)

= Sh(a)∪ Sh(b)

= h∗ ∗(Sa) ∪ h∗ ∗(Sb)

(⇐) Agora suponha que h∗ : B∗ → A∗ satisfaz (CDF ) para DSa,Sb, ent˜ao pelo lema 5.1.2 temos h∗ ∗(Sa∪ Sb) ⊆ h∗ ∗(Sa) ∪ h∗ ∗(Sb).

Ora h∗ ∗(Sa∪ Sb) = h∗ ∗(Sa∨b) = Sh(a∨b)e o outro lado da desigualdade temos que

h∗ ∗(Sa) ∪ h∗ ∗(Sb) = Sh(a)∨h(b). Assim para todo P ∈ Sh(a∨b), temos que P ∈ Sh(a)∨h(b),

logo h(a) ∨ h(b) ∈ P . Dessa forma

h(a ∨ b) ≤ h(a) ∨ h(b).

Pois caso contr´ario, ou seja h(a ∨ b) 6≤ h(a) ∨ h(b), ter´ıamos, devido ao teorema de Stone-Birkhoff, um filtro primo P tal que h(a ∨ b) ∈ P e h(a) ∨ h(b) 6∈ P o que ´e um absurdo.

Como h ´e um (∧, →)-homomorfismo, temos que h preserva ordem, assim, sabendo que a ≤ a ∨ b e b ≤ a ∨ b, temos h(a) ≤ h(a ∨ b) e h(b) ≤ h(a ∨ b), temos que h(a) ∨ h(b) ≤ h(a ∨ b). Portanto temos

h(a) ∨ h(b) = h(a ∨ b).

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