Unter der Peano-Arithmetik verstehe ich im Folgenden eine über dem Prädikatenkalkül der ersten Stufe formalisierte Arithmetik der natürlichen Zahlen, in der als außerlogische Konstanten nur Symbole für die Null, die Nachfolgeroperation und die Gleichheitsbeziehung (die als mathematischer Grundbegriff aufgefaßt wird) vorkommen.

Ein Ausdruck H(c), in dem c die einzige freie Variable ist, heiße: ∀-defekt in Bezug auf ein (deduktives) System S, wenn (a) für jede Ziffer , und (b) nicht ∀xH(x) ϵ S.

Im allgemeinen wird das deduktive System durch ein Axiomensystem in Verbindung mit einer Syntax gegeben sein. Auf diesen Fall soil die Redeweise sinngemäß übertragen werden.

Ein System S heiße ω-unvollständig, wenn es einen in Bezug auf S ∀-defekten Ausdruck gibt.

Ein Axiomensystem A heiße kategorisch, wenn beliebige absolute Modelle (s. Abschnitt IV) von A isomorph sind.

Die Kategorizität stellt eine gewisse Vollständigkeit des Axiomensystems dar. Daß solche Axiomensysteme ω-unvollstandig sein können (bzw. im Fall der ausdrucksreicheren Arithmetik nach Gödel sogar müssen), ist eben das Überraschende.

Ich werde im Folgenden für zwei kategorische Axiomensysteme der Peano-Arithmetik die ω-Unvollständigkeit in Bezug auf die Prädikatenlogik der ersten Stufe nachweisen. In beiden Fallen gelingt der Nachweis der ω-Unvollständigkeit durch Diskussion eines ∀-defekten Ausdrucks H(c).

It is well known that negation can be defined by postulating a fixed proposition F and specifying that

where “≡” indicates identity by definition. I propose to discuss this way of introducing negation in relation to the inferential systems of my Notre Dame lectures of 1948. Acquaintance with these lectures is presupposed; they will be referred to as TFD. The definition (1) was used there, essentially, in connection with the T-systems; but it was not used in connection with the L-systems because of a certain difficulty which I was not able to overcome at that time. This paper contains proofs of results concerning L-systems which have been announced elsewhere.

Certain axiomatic systems involve more than one category of fundamental objects; for example, points, lines, and planes in geometry; individuals, classes of individuals, etc. in the theory of types or in predicate calculi of orders higher than one. It is natural to use variables of different kinds with their ranges respectively restricted to different categories of objects, and to assume as substructure the usual quantification theory (the restricted predicate calculus) for each of the various kinds of variables together with the usual theory of truth functions for the formulas of the system. An axiomatic theory set up in this manner will be called many-sorted. We shall refer to the theory of truth functions and quantifiers in it as its (many-sorted) elementary logic, and call the primitive symbols and axioms (including axiom schemata) the proper primitive symbols and proper axioms of the system. Our purpose in this paper is to investigate the many-sorted systems and their elementary logics.

Among the proper primitive symbols of a many-sorted system Tn (n = 2, …, ω) there may be included symbols of some or all of the following kinds: (1) predicates denoting the properties and relations treated in the system; (2) functors denoting the functions treated in the system; (3) constant names for certain objects of the system. We may either take as primitive or define a predicate denoting the identity relation in Tn.