- 存在形式上不能證明卻是真確、可寫下的公式
- 用系統證明自身的一致性會導致不可決定的公式也被證明
Proof [local-0]
首先,用 表示有哥德爾數為 的公式在系統 中得到證明,而 是其演示
哥德爾有一段很長的論證(證明這是原始遞歸函數),來說明這是可以被 表示的,這裡跳過了這部分論證。且這也是為什麼要求系統 是具備算術能的,因為表示編碼需要自然數算術。
定義 ,但 是未知量,隨意給一個還沒被使用來編碼的數字即可,比如 。於是我們重寫成 。
現在構造 ,求其哥德爾編碼 可以發現正是 所表示的編碼,因為
因此用 替換 中的 ,會得到
可以發現 的後設含義正是「有哥德爾編碼為 的公式沒有系統 中的證明」,然而
- 假設 可以在 中證明為真,就告訴我們 對應的公式不存在任何演示可以於 中證明,但那就是我們剛證明的公式 。
- 假設 可以在 中證明為否,就導出 對應的公式在 中有演示,但那就是我們剛證否的公式 。
綜合可知這意思就是 可證,若且唯若 可證否,是故承認 就是承認 不一致;反之,若 一致則 形式上就不可決定。
巧妙的是,並不難看出 的 meta 陳述是真確的,因為確實不存在任何整數作為編碼滿足這個性質。換句話說,存在形式上不能證明卻是真確、可寫下的公式,這就是第一不完備定理。接著根據第一不完備定理知道了 的真確性,卻在 中形式上不可決定,所以 不能證明一個真確的算術公式,因此 必定是不完備的,這就是第二不完備定理。