La théorie de la démonstration, aussi connue sous le nom de théorie de la preuve (de l'anglais proof theory), est une branche de la logique mathématique. Elle a été fondée par David Hilbert au début du .
Hilbert a proposé cette nouvelle discipline mathématique lors de son célèbre exposé au congrès international des mathématiciens en 1900 avec pour objectif de démontrer la cohérence des mathématiques. Cet objectif a été invalidé par le non moins célèbre théorème d'incomplétude de Gödel en 1931, ce qui n'a toutefois pas empêché la théorie de la démonstration de se développer, notamment grâce aux travaux de Jacques Herbrand et de Gerhard Gentzen. Ce dernier a démontré l'un des résultats principaux de la théorie de la démonstration, connu sous le nom de Hauptsatz (théorème principal) ou théorème d'élimination des coupures. Gentzen a ensuite utilisé ce théorème pour donner la première démonstration purement syntaxique de la cohérence de l'arithmétique.
Après une période de calme, qui a tout de même permis d'établir un certain nombre d'autres résultats de cohérence relative et d'esquisser une classification des théories axiomatiques, la théorie de la démonstration a connu une renaissance spectaculaire au cours des années 1960 avec la découverte de la correspondance de Curry-Howard qui a exhibé un lien structurel nouveau et profond entre logique et informatique : essentiellement, la procédure d'élimination des coupures définie par Gentzen peut être vue comme un processus de calcul, si bien que les démonstrations formelles deviennent alors des programmes dont le type est la proposition à démontrer. Depuis, la théorie de la démonstration s'est développée en étroite symbiose avec d'autres domaines de la logique et de l'informatique théorique, notamment le lambda-calcul, et a donné naissance à de nouveaux modèles du calcul, le plus récent étant la logique linéaire de Jean-Yves Girard en 1986.
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Gerhard Gentzen ( à Greifswald - à Prague) est un mathématicien et logicien allemand, dont l'œuvre est fondamentale en théorie de la démonstration. Il fut l’un des étudiants de Weyl à l'université de Göttingen de 1929 à 1933. Il est mort dans un camp de prisonniers de guerre en 1945, après avoir été arrêté par les soviets à cause de ses loyautés nazies. Gentzen est un élève de Paul Bernays à l'université de Göttingen. Mais ce dernier ayant été renvoyé comme « non- aryen » en , Hermann Weyl devient formellement son directeur de thèse.
En logique mathématique et plus précisément en théorie de la démonstration, le calcul des séquents est un système de déduction créé par Gerhard Gentzen. Le nom de ce formalisme fait référence à un style particulier de déduction ; le système original a été adapté à diverses logiques, telles que la logique classique, la logique intuitionniste et la logique linéaire. Un séquent est une suite d'hypothèses suivie d'une suite de conclusions, les deux suites étant usuellement séparées par le symbole (taquet droit), « : » (deux-points) ou encore (flèche droite) dans l'œuvre originale de Gentzen.
En logique mathématique, la déduction naturelle est un système formel où les règles de déduction des démonstrations sont proches des façons naturelles de raisonner. C'est une étape importante de l'histoire de la théorie de la démonstration pour plusieurs raisons : contrairement aux systèmes à la Hilbert fondés sur des listes d'axiomes logiques plus ou moins ad hoc, la déduction naturelle repose sur un principe systématique de symétrie : pour chaque connecteur, on donne une paire de règles duales (introduction/élimination) ; elle a conduit Gentzen à inventer un autre formalisme très important en théorie de la démonstration, encore plus « symétrique » : le calcul des séquents ; elle a permis dans les années 1960 d'identifier la première instance de l'isomorphisme de Curry-Howard.
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