{{TOC float}}

{{Sources|
*Tohle je poněkud obšírnější výcuc ke <Státnice> z <Státnice_-_Informatika_-_Vyčíslitelnost> pro obory <Státnice_-_Informatika_-_I3:_Matematická_lingvistika> a <Státnice_-_Informatika_-_I2:_Softwarové_systémy>, pocházející ze [Strojilových skript](http://ladislav.strojil.cz/), papírových zápisků [A. Kazdy](http://atrey.karlin.mff.cuni.cz/%7Ealexak/) a zápisků z předmětu [Vyčíslitelnost I](Vyčíslitelnost%20I) ze <Studnice%20vědomostí> -- <User:Tuetschek> 14:01, 17 Aug 2010 (CEST)*

}}

## Částečně rekurzivní funkce ##

<wen:Kurt%20Gödel> v 30. letech vynalezl primitivní rekurzivní funkce, později společně s dalšími částečně rekurzivní funkce. Jde o funkcionální přístup k algoritmům. Lze se na ně dívat i jako na logiku 1. řádu: základní funkce jsou axiomy, máme operátory -- odvozovací pravidla -- a z toho vyrábíme formule -- rekurzivní funkce.

#### Definice (Podmíněná rovnost, konvergence, divergence) ####

* $ \simeq\,\!$ značí "podmíněnou rovnost", tj. v případě, že alespoň jedna strana má smysl, tak má smysl i druhá a rovnají se. 
* $ P_1(D)\!\!\downarrow\,\!$ značí, že predikát *je definován*, tj "konverguje" (občas se značí $ !\,\!$ místo $ \downarrow\,\!$) 
* $ P_1(D)\!\!\uparrow\,\!$ značí, že predikát *není definován*, tj. "diverguje"

Značky konvergence, divergence i podmíněné rovnosti se vztahují jak na predikáty, tak na funkce.

#### Definice (Základní funkce) ####

* $ o(x)\simeq 0\quad \forall x\in\mathbb{N}\,\!$ ("nula") 
* $ s(x)\simeq x + 1\quad \forall x\in\mathbb{N}\,\!$ ("následník") 
* $ I_n^j(x_1,\dots,x_n) \simeq x_j\quad 1\leq j\leq n\,\!$ ("projekce", vybrání jedne ze složek)

#### Definice (Základní operátory) ####

* $ R_n\quad (n\geq 1)\,\!$ -- *primitivní rekurze*   Funkcím $ f\,\!$ ($ n-1\,\!$ proměnných) a $ g\,\!$ ($ n+1\,\!$ proměnných) přiřadí $ R_n(f,g)=h\,\!$, kde $ h(0,x_2,\dots,x_n)\simeq f(x_2,\dots,x_n)\,\!$ a $ h(y+1,x_2,\dots,x_n)\simeq g(y,h(y,x_2,\dots,x_n),x_2,\dots,x_n)\,\!$ (analogické k for-cyklu). 
* $ S^m_n\,\!$ -- *substituce*    Funkci $ f\,\!$ ($ m\,\!$ proměnných) a $ m\,\!$ funkcím $ g_i\,\!$ (všechny $ n\,\!$ proměnných) přiřadí funkci $ h\,\!$ ($ n\,\!$ proměnných) předpisem $ h=S_n^m(f,g_1,\dots,g_m) \equiv h(x_1,\dots,x_n)\simeq f(g_1(x_1,\dots,x_n),\dots,g_m(x_1,\dots,x_n))\,\!$ (analogické k podprogramu). 
* $ M_n\,\!$ -- *minimalizace*    Funkci $ f\,\!$ ($ n+1\,\!$ proměnných) přiřadí $ h\,\!$ ($ n\,\!$ proměnných) tak, že <center>$h(x_1,\dots,x_n)\!\!\downarrow \wedge h(x_1,\dots,x_n)\simeq y \equiv f(x_1,\dots,x_n,y)\!\!\downarrow, \simeq 0 \wedge f(x_1,\dots,x_n, j)\!\!\downarrow, \not\simeq 0\ \forall j<y\,\!$</center> (analogické k while-cyklu).

Další značení:

* $\mu_y P(x, y)$ je funkce proměnné $x$, která vrátí nejmenší $y$ takové, aby platil predikát $P(x, y)$. Lze jí sestrojit pomocí operátoru minimalizace.

#### Definice (Třída primitivně a částečně rekurzivních funkcí) ####

* *Třída primitivně rekurzivních funkcí* je nejmenší třída funkcí $ f:\mathbb{N}^k\to\mathbb{N}\,\!$, která obsahuje základní funkce a je uzavřená na $ R_n\,\!$ a $ S_n^m\,\!$. 
* *Třída částečně rekurzivních funkcí* je nejmenší třída, která obsahuje zákl. funkce a je uzavřená na $ R_n\,\!$, $ S_n^m\,\!$ a $ M_n\,\!$.

#### Poznámka (Vlastnosti zákl. funkcí a operátorů) ####

* Všechny zákl. funkce jsou všude definované ("totální") a efektivně vyčíslitelné. 
* Všechny zákl. operátory zachovávají efektivní vyčíslitelnost. 
* $ R_n\,\!$, $ S_n^m\,\!$ zachovávají totálnost. 
* PRF jsou efektivně vyčíslitelné a totální.

#### Definice (Odvození funkce) ####

Odvození funkce je konečná posloupnost funkcí, z nichž každá je buď funkce základní, nebo vzniká z už odvozených funkcí pomocí nějakého operátoru. Ke každé funkci si pamatujeme, jak vznikla (toto v praxi hraje roli programu).

#### Definice (Obecně rekurzivní funkce) ####

Funkce je obecně rekurzivní (ORF), jestliže je ČRF a totální.

### Operace s PRF, predikáty ###

#### Poznámka (Některé PRF) ####

Pomocí PRF lze popsat např.:  

* součet 
* součin 
* mocninu, faktoriál 
* operaci $ x\dot{-} y\,\!$, kde $ x\dot{-} y = x-y\,\!$ pro $ x\geq y\,\!$, jinak $ 0\,\!$ 
* operátory $ \mathrm{sg}\,\!$ a $ \overline{\mathrm{sg}}\,\!$ (testy na nenulovost, resp. nulovost argumentu) 
* minimum, maximum, absolutní hodnotu rozdílu

#### Definice (Charakteristická funkce) ####

Mějme predikát $ P\,\!$ (libovolné tvrzení) o $ n\,\!$ proměnných. Potom $ c_P\,\!$ je jeho *charakteristická funkce*, když je to všude definovaná funkce daná následovně:

:$c_P(x_1,\dots,x_n)\simeq \begin{cases}1 \quad & \mbox{ pokud } P(x_1,\dots,x_n) \\ 0 \quad & \mbox{ jinak }\end{cases}\,\!$

*Částečná charakteristická funkce* pro nějaký predikát $ P\,\!$ o $ n\,\!$ proměnných je funkce $ f\,\!$ o $ n\,\!$ proměnných taková, že $ f(x_1,\dots,x_n)\downarrow\Leftrightarrow P(x_1,\dots,x_n)\,\!$ a $f(x_1,\dots,x_n)\downarrow\Rightarrow f(x_1,\dots,x_n) = 1\,\!$.

#### Definice (PR, OR, RS Predikáty) ####

Řekneme, že predikát je *primitivně (obecně) rekurzivní*, jestliže jeho charakteristická funkce je primitivně (obecně) rekurzivní. Predikát je *rekurzivně spočetný*, jestliže jeho částečná charakteristická funkce je částečně rekurzivní.

S funkcemi a predikáty se operuje docela nedůsledně, dají se v podstatě ztotožnit.

#### Poznámka (Jiná možnost nahlížení) ####

ČRF odpovídají funkcionální logice 1. řádu:  

* termy číselné: $ 0,x,x+1,\dots\,\!$ 
* termy funkční: $ o,I_1^1,s,R_2(I_1^1,S_3^1(s,I_3^2)),\dots\,\!$ 
* pravidlo aplikace: $ Ap(f,x)=\dots=f(x)\,\!$ (kde "$ \dots\,\!$" je proces vyhodnocení termu, potenciálně nekonečný, dává z funkce číselný term)
* pravidlo zobecnění: $ \lambda{xy} (x+y)\,\!$ dává z číselného termu $ x+y\,\!$ funkci

#### Poznámka (Operace zachovávající PR) ####

PR jsou:  

* Rozšíření počtu proměnných, konstantní funkce 
* Permutace a ztotožnění proměnných 
* Kódování $ \mathbb{N}^k\,\!$ do $ \mathbb{N}\,\!$ -- iterace Cantorova diagonálního kódování dvojic ($ \langle x,y\rangle_2 = \frac{(x+y)(x+y+1)}{2}+x\,\!$) 
* Opačná operace -- dekódování 
* Funkce $ p(i)\,\!$ -- $ i\,\!$-té prvočíslo 
* Predikát rovnosti a $ <\,\!$, $ >\,\!$ 
* Logické spojky $ \vee, \wedge, \neg\,\!$, omezené kvantifikátory (kvantifikace spočetně mnoha prvků) 
* Gödelovo prvočíselné kódování: slovo $ a_{i_0}\dots a_{i_k}\,\!$ do $ p(0)^{i_0}\cdot\dots\cdot p(k)^{i_k}\,\!$

### Ackermannova funkce ###

#### Definice (Ackermannova funkce) ####

Ackermannova funkce je funkce definovaná jako:

:$A(0,x) = \begin{cases} 1 \quad & x = 0 \\ 2 \quad  & x = 1 \\ x + 2 \quad & x > 1 \end{cases}$ 

:$A(y,0) = 1\,\!$
:$A(y+1,x+1) = A(y, A(y+1,x) )\,\!$

#### Definice (Strukturální složitost) ####

Definujeme strukturální složitost -- hloubku rekurze (intuitivně: počet vnořených for-cyklů -- syntakticky, ne výpočtem) jako $ 0\,\!$ pro základní funkce a

:$h(R_n(P,Q)) = \max(h(P), h(Q)+1)\,\!$, $h(S_n^m(P,Q_0,\dots,Q_k)) = \max(h(P),h(Q_0),\dots,h(Q_k))$

Pak $ \mathcal{R}_i\,\!$ je třída PRF, které lze získat pomocí PR-termů hloubky $ \leq i\,\!$ a PRF samo je $ \cup_{i=1}^{\infty}\mathcal{R}_i\,\!$

#### Věta (O Ackermannově funkci) ####

Ackermannova funkce není PRF, ale je ORF.

#### Důkaz ####

* Určitě je ORF -- důkaz se provádí transfinitní indukcí typu $ \omega^2\,\!$; pro výpočet každé hodnoty potřebuji jen konečně mnoho předchozích hodnot -- stačí mi $ \mu_z\,\!$, kde $ z\,\!$ je nejmenší kus $ \mathbb{N}^2\,\!$, který stačí k výpočtu $ A(y,x)\,\!$ (dá práci dokázat, že je konečný, potřeba ordinálů, lexikografického uspořádání). 
* $ A\,\!$ roste rychleji než každá PRF: $ \forall\varphi\,\!$ PRF (jedné proměnné) $ \exists x_0: \forall x\geq x_0: \varphi(x)<A(x,x)\,\!$. 
* Uvažujme $ A(y,x)\,\!$ jako matici funkcí $ f_y(x)\,\!$. Potom určitě $ f_i \in \mathcal{R}_i\backslash \mathcal{R}_{i-1}\,\!$ a $ f_y(x)\,\!$ je (až na konečně mnoho $ x\,\!$) rostoucí. Navíc pro libovolnou $ \varphi\in\mathcal{R}_i\,\!$ existuje $ x_0\,\!$ takové, že $ \forall x\geq x_0: \varphi(x)<f_{i+1}(x)\,\!$, tedy $ f_{i+1}\,\!$ majorizuje všechny funkce z $ \mathcal{R}_i\,\!$ 
* Nechť pro spor má $ A(x,x)\,\!$ hloubku $ i\,\!$. Potom $ A(x,x)=\varphi(x)<f_{i+1}(x)\,\!$ pro nějaké pevné $ i\,\!$. Potom ale $ A(x,x)<f_{i+1}(x)<f_x(x) = A(x,x)\,\!$, tj. pro $x>i+1$ máme spor.

#### Věta (O vztahu PRF, ORF a ČRF) ####

Platí PRF$ \subset\,\!$ ORF $ \subset\,\!$ ČRF a inkluze jsou ostré.

#### Důkaz ####

Pro ORF$ \subset\,\!$ ČRF mám funkci $ g(x,y)\simeq y + 1\,\!$ a $ h(x)\simeq \mu_y(g(x,y)\simeq 0)\,\!$, ta není nikde definovaná. Pro PRF$ \subset\,\!$ ORF mám Ackermannovu funkci.

## Univerzální funkce ##

#### Definice (Univerzální funkce) ####

Mějme $ \mathcal{T}\,\!$ -- spočetnou množinu ČRF jedné proměnné. Potom $ \mathcal{U}(i,x)\,\!$ je *univerzální funkce* třídy $ \mathcal{T}\,\!$, jestliže:  

* $ \forall\,\!$ přirozené $ i: \lambda x \mathcal{U}(i,x)\in\mathcal{T}\,\!$ 
* $ \forall \varphi \in \mathcal{T}: \exists i_0 : \varphi = \lambda x \mathcal{U}(i_0,x)\,\!$

A $ \mathcal{U}\,\!$ tedy indexuje všechny funkce třídy $ \mathcal{T}\,\!$. Podobně se definují i univerzální funkce pro ČRF více proměnných. Platí, že $ \{\lambda x \mathcal{U}(i,x)\}_{y\geq 0}\,\!$ je posloupnost všech funkcí z $ \mathcal{T}\,\!$, takže $ \mathcal{U}\,\!$ *určuje numeraci* prvků $ \mathcal{T}\,\!$

#### Věta (O univerzální funkci PRF) ####

Existuje ORF, která je univerzální pro třídu PRF (jedné proměnné). Taková funkce pak nemůže být PRF.

#### Důkaz ####

* Seřadím všechny PR-termy (PR-programy) do posloupnosti (máme 3 axiomy a 3 odvozovací pravidla, seřazení je možné). 
* Potom $ U(x,y):= h_x(y)\,\!$, kde $ h_x\,\!$ vyčísluje $ x\,\!$-tý program. 
* Sporem nechť $ U(x,y)\,\!$ je PRF. Pak i $ U(x,x)\,\!$ je PRF, $ 1\dot{-} U(x,x)\,\!$ je PRF, z toho $ 1\dot{-} U(x,x)=U(x_0,x)\,\!$. Dosadím $ x=x_0\,\!$ a mám spor, neboť obě strany jsou definovány (toto je příklad použití Cantorovy diagonální metody).

#### Definice (Turingovsky vyčíslitelná funkce) ####

Vezmeme Turingovy stroje s vnější abecedou, jejíž prvním znakem je "$ |\,\!$". Čísla $ 0,1,\dots\,\!$ zapisujme na pásku jako $ |, ||, |||,\dots\,\!$, n-tice oddělujme znakem $ \lambda\,\!$. Potom:  

* Řekneme, že stroj $ M\,\!$ je *$ n\,\!$-aritmetický*, pokud pro každou $ n\,\!$-tici přir. čísel $ x_1,\dots,x_n\,\!$ reprezentovanou počáteční konfigurací $ S\,\!$ platí: je-li $ M\,\!$ *použitelný* k $S$ (zastaví-li se výpočet nad ní) a je-li výsledná konfigurace $ T\,\!$, pak v $ T\,\!$ je na pásce nějaké jedno přirozené číslo a hlava stroje $ M\,\!$ stojí nad jeho posledním znakem $ |\,\!$. 
* Stroj je dále $ n\,\!$-aritmetický *typu $ 0/1\,\!$*, pokud má abecedu $ \{|,\lambda\}\,\!$ a jediný koncový stav. 
* Řekneme, že *$ M\,\!$ vyčísluje funkci $ f\,\!$* o $ n\,\!$ proměnných, pokud $ M\,\!$ je $ n\,\!$-aritmetický a pro každou $ n\,\!$-tici přir. čísel $ x_1,\dots,x_n\,\!$ v poč. konfiguraci $ S\,\!$ platí: $ M\,\!$ je použitelný, právě když je $ f\,\!$ pro $ x_1,\dots,x_n\,\!$ definovaná a je-li $ f\,\!$ definovaná, pak ve výsledné konfiguraci $ T\,\!$ je na pásce stroje číslo $ f(x_1,\dots,x_n)\,\!$ a hlava stojí nad jeho posledním znakem. 
* Řekneme, že funkce je *turingovsky vyčíslitelná*, pokud existuje nějaký $ n\,\!$-aritmetický TS (typu $ 0/1\,\!$), který ji vyčísluje.

#### Věta (O ekvivalenci TS a ČRF) ####

Funkce $ n\,\!$ proměnných je částečně rekurzivní, právě když existuje $ n\,\!$-aritmetický Turingův stroj typu $ 0/1\,\!$, který ji vyčísluje.

#### Důkaz ####

"$ \Rightarrow\,\!$": Každá ČRF je T-vyčíslitelná.

Důkaz indukcí podle složitosti funkce -- pro základní funkce to jistě platí, $ R_n, M_n, S^m_n\,\!$ toto zachovávají ($ S^m_n\,\!$ znamená použití více pásek, vyčíslení a složení, $R_n$ znamená vyčíslení $f$ a $y$-krát "otočení" $g$, $M_n$ je vyčíslování $f$ na vstupu a zvětšujícím se počítadle cyklů, dokud nedostanu $0$ -- pak vrátím hodnotu počítadla).

"$ \Leftarrow\,\!$": Pro každý TS $ M\,\!$ existuje ČRF, která dává stejný výsledek

Je nutné zavést kódy konfigurací; TS navíc nemají žádné podtřídy, tedy nelze postupovat induktivně. Platí:  

* $ \mathrm{step}_M(X)\,\!$ -- jeden krok stroje je PR záležitost (pracuje se nad <Státnice_-_Algoritmicky_nerozhodnutelné_problémy#Definice_.28Konfigurace_TS.2FPostovo_slovo.29> $UqsV$, z obou stran obalenými spec. znakem $ h\,\!$, pak slovo není nekonečné a lok. změna se dá spočítat). Existuje určitě PR funkce, která popisuje lokální změnu (jde vlastně o rozhodovací strom, který se staví pomocí $R_n$).
* $ \mathrm{comp}_M(X,i)\,\!$ -- výsledek stroje po $ i\,\!$ krocích práce je stále PR (for-cyklus -- $R_n$) 
* $ \mu_i(\mathrm{comp}_M(X,i)\mbox{ obsahuje }q_0)\,\!$ -- $ q_0\,\!$ je koncový stav (pracuj, dokud neskončíš -- while) 
* Potom výsledná ČRF $ g\,\!$ je dána jako $ g(\mathrm{k\acute{o}d}(S))\simeq \mathrm{result}(\mu_i(\mathrm{comp}_M(X,i)\mbox{ obsahuje }q_0))\,\!$, kde result je jednoduchá funkce smazání okrajů atp.  BÚNO je takový stroj úplný a $ q_0\,\!$ jeho jediný koncový stav. Operátor minimalizace se vyskytuje jen jednou, proto je vhodné ho vysunout co nejvíce "ven" v uzávorkování.

Pak také platí, že mám-li nějakou částečnou funkci (tj. nemusí být totální), která je turingovsky vyčíslitelná, pak je ČR.

### Kleenova věta ###

#### Věta (Kleenova o normální formě) ####

Pro každé $ k \geq 1\,\!$ existují  

* ČRF $ \Psi_k\,\!$ $ k+1\,\!$ proměnných 
* PRP $ T_k\,\!$ $ k+2\,\!$ proměnných (*Kleeneův predikát*)
* PRF $ U\,\!$ jedné proměnné 
* PRF $ s_k\,\!$ $ k+1\,\!$ proměnných  

takové, že:  

1. $ \Psi_k\,\!$ je univerzální funkcí pro třídu všech ČRF $ k\,\!$ proměnných. $ \Psi_k(e,x_1,\ldots,x_k)\,\!$ vyčísluje $ e\,\!$-tou ČRF $ k\,\!$ proměnných.    Navíc z odvození ČRF lze efektivně získat $ e\,\!$ a naopak z $ e\,\!$ lze efektivně získat odvození příslušné ČRF. 
1. $ \Psi_k(e,x_1,\ldots,x_k) \simeq U(\mu_y T_k(e,x_1,\ldots,x_k,y))\,\!$, kde $T_k$ odpovídá výpočtu Turingova stroje, $y=\langle y_0,y_1\rangle$, $y_0$ je doba výpočtu, $y_1$ výsledek a $U$ vydělí z $\langle y_0,y_1\rangle$ druhou složku.
1. $ s_k\,\!$ je prostá funkce rostoucí ve všech proměnných, o které platí (tato část Věty o normální formě se nazývá *S-m-n věta*):    $ \Psi_{m+n}(e,z_1,\ldots,z_m,x_1,\ldots,x_n) \simeq \Psi_n(s_m(e,z_1,\ldots,z_m),x_1,\ldots,x_n)\,\!$    $ T_{m+n}(e,\vec{z},\vec{x}) \equiv T_n(s_m(e,\vec{z}),\vec{x})\,\!$
1. $ T_k(e,x_1,\ldots,x_k,y) \wedge T_k(e,x_1,\ldots,x_k,z) \Rightarrow y=z\,\!$

Díky tomu lze ČRF efektivně očíslovat. $\varphi_e(x_1,\dots,x_k)$ pak značí $e$-tou funkci $k$ proměnných. Indexu $e$ se říká *Gödelovo číslo* funkce.

#### Důkaz ####

* Oklikou přes <Státnice%20-%20Algoritmicky%20nerozhodnutelné%20problémy>: ke každé ČRF máme TS a jeho kód $ e\,\!$. Vezmeme si proto UTS, který s kódy umí počítat, a hledáme jeho ČRF. 
* Páska univerzálního stroje vypadá v obecném případě následovně: <center>$Y\mbox{ blok1 }Y\mbox{ blok2 }\Delta\,\!\mbox{ blok3  }\times O_1 \times O_2 \ldots Y$</center> První blok je aktuální konfigurace, druhý číslo stavu a třetí aktuální políčko, zbytek je program. Čísla kódujeme unárně ($ x\,\!$ jako $ x+1\,\!$ čar). 
* Základní idea -- bez proměnných $x_1,\dots x_k$ páska UTS vypadá takto:  $Y\ M\ Y\mbox{ blok2 }\Delta\,\!\mbox{ blok3  }\times O_1 \times O_2 \ldots Y$ ($M$ je kód programu). 
* Konstrukce $ \Psi_m(e,x_1,\ldots,x_m)\,\!$: 
    * Zkontrolujeme, zda $ e\,\!$ po rozkódování obsahuje nějaký kód programu $M$.
    * Jestliže ne, je výsledkem nulová funkce (syntax error).
    * Jestliže ano, nejlevější výskyt $M$ nahradíme $ ||\ldots| \lambda ||\ldots|\lambda \ldots \lambda ||\ldots|M\,\!$ (kódování vstupních dat $x_1,\dots,x_n$; substituce) a spustíme program $ e\,\!$ na UTS, podle toho získáme výsledek -- $ \Psi_k\,\!$
* $ s_k(e,y_1,\dots,y_k)\,\!$ odpovídá: čekej na $ x_1,\dots,x_j\,\!$, přidej k nim $ y_1,\dots,y_k\,\!$ a spusť program $ e\,\!$.

#### Věta (Vlastnosti predikátu $ \Psi_k\,\!$) ####

1. Predikát $ \Psi_k(e,x_1,\ldots,x_k)\!\!\downarrow\,\!$ je rekurzivně spočetný, není rekurzivní. 
1. jeho negace $ \Psi_k(e,x_1,\dots,x_k)\!\!\uparrow\,\!$ není rekurzivně spočetná. 
1. Dále $ \Psi_k\,\!$ nelze rozšířit do ORF. Dokonce pokud $ \alpha\,\!$ je ČRF, která je rozšířením $ \Psi_k\,\!$, potom lze efektivně nalézt vstup $ \vec{z}\,\!$ takový, že $ \alpha(\vec{z})\!\!\uparrow\,\!$.

Univerzální funkce pro danou třídu funkcí tedy buď nemůže patřit do této třídy, nebo nemůže být totální.

#### Důkaz ####

* Z definice je zřejmé, že $ \Psi_k(\ldots)\!\!\downarrow\,\!$ je rekurzivně spočetný predikát. Stačí ukázat, že $ \Psi_k(\ldots)\!\!\uparrow\,\!$ není rekurzivně spočetný. Z toho přímo plyne, že $ \Psi_k(\ldots)\!\!\downarrow\,\!$ není rekurzivní. 
* Bez újmy na obecnosti uvažujme $ k\!\!=\!\!1\,\!$. Použijeme Cantorovu diagonální metodu. 
* Kdyby $ \Psi_1(\ldots)\!\!\downarrow\,\!$ byl rekurzivní, potom by $ \Psi_1(x,x)\!\!\uparrow\,\!$ byl také rekurzivní, tím spíše rekurzivně spočetný. Tedy pro nějakou ČRF $ \varphi\,\!$ by platilo $ \Psi_1(x,x)\!\!\uparrow \Leftrightarrow \varphi(x)\!\!\downarrow\,\!$. Vezmeme-li index funkce $ \varphi\,\!$ (označme jej $ x_0\,\!$), dostáváme $ \Psi_1(x,x)\!\!\uparrow \Leftrightarrow \Psi_1(x_0,x)\!\!\downarrow\,\!$, po dosazení $ x=x_0\,\!$ dostáváme $ \Psi_1(x_0,x_0)\!\!\uparrow\Leftrightarrow\Psi_1(x_0,x_0)\!\!\downarrow\,\!$, což je spor.
* Pro důkaz zbytku tvrzení předpokládejme, že $ h(e,x)\,\!$ je ORF rozšířením $ \Psi_1(e,x)\,\!$. Potom $ 1\dot{-} h(x,x)\,\!$ je ORF $ g\,\!$. Nechť $ g\,\!$ má index $ x_0\,\!$, tj. $ g(x)\simeq \Psi_1(x_0,x)\,\!$. Protože $ g\,\!$ je ORF, pro všechna $ x\,\!$ platí $ \Psi_1(x_0,x)\!\!\downarrow\,\!$, tedy $ \Psi_1(x_0,x_0)\!\!\downarrow\,\!$. Dostáváme $ h(x_0,x_0)=\Psi_1(x_0,x_0)\,\!$, což ovšem vede ke sporu: $ 1\dot{-} \Psi_1(x_0,x_0) \simeq h(x_0,x_0) \simeq \Psi_1(x_0,x_0)\,\!$. 
* Pokud nějaká ČRF $ \beta\,\!$ je rozšířením $ \Psi_1\,\!$, umím pro $ \beta\,\!$ (podle předch. důkazu) najít $ e\,\!$ takové, že $ \beta(e,e)\!\!\uparrow\,\!$.
* Myšlenka obsažená v předchozím důkazu je založená na Cantorově diagonální metodě. Spor na diagonále si vynutí divergenci, neboť rovnost funkcí je jenom podmíněná, tedy v případě divergence je vše v pořádku.

{{Statnice I3}}
