BACKLOG #19 Tier 4 「未踏 領域」 category #6 — STEP 1327 (2026-08-11)

Pattern (B) D-FUMT₈[α] type-theoretic derivation architecture

STEP 1323b で 提示 の Pattern (B) 「α を D-FUMT₈ meta-axis として parametric 追加」 の 具体 Lean 4 type definition sketch + 25 load-bearing invention 影響評価 + axiom-free 実装 approach + backward compatibility 分析。 実 Lean 4 code 実装 (build verify + axiom-free proof) は defer、 architecture proposal のみ。 Rei-side novelty ゼロ + external prior art (Vereshchagin-Vitányi 2004 構造関数 refinement) 継承 + 25 load-bearing invention identity 保持 stance。

1. なぜ backlog に入っていたか

STEP 1323b backlog #15 で 提示 の Pattern (B) D-FUMT₈[α] = 8 値 identity 保持 + α parameter 追加 (Kolmogorov 構造関数 α 軸 統合) を Lean 4 type-theoretic derivation の 具体 architecture として 起草。 藤本さん 「Tier 4 candidate 順番に」 direct 指示 per candidate #1 起動。

architecture proposal のみ: 実 Lean 4 code 実装 + lake build verify + axiom-free proof + 25 load-bearing invention 実 影響 verify は defer (数ヶ月 work)。 概念設計 + 影響評価 map + backward compatibility 分析のみ。 累計 backlog 19/19。 2026-08-06 「全研究 site 反映 default」 protocol 23 例目。

2. Lean 4 type definition sketch

2.1 Base D-FUMT₈ (現行、 変更なし)

-- Rei stack 現行 D-FUMT₈ (src/axiom-os/seven-logic.ts + Lean 4 files)
inductive Dfumt8 : Type
  | true_    -- 1.0 (⊤)
  | false_   -- 0.0 (⊥)
  | both     -- 2.0 (⊤⊥)
  | neither  -- -1.0 (~)
  | infinity -- 3.0 (∞)
  | zero     -- 4.0 (〇)
  | flowing  -- 5.0 (~→)
  | selfLoop -- 6.0 (⟲)
  deriving DecidableEq, Repr, Fintype

2.2 拡張 D-FUMT₈[α] structure (Pattern B)

-- 判断留保 5 mode subset
def HoldModes : Finset Dfumt8 := {
  Dfumt8.neither, Dfumt8.flowing, Dfumt8.infinity, Dfumt8.both, Dfumt8.selfLoop
}

-- 決定的 3 値 subset
def DecisiveModes : Finset Dfumt8 := {
  Dfumt8.true_, Dfumt8.false_, Dfumt8.zero
}

-- 完全 8 分割 verify (axiom-free candidate)
theorem hold_decisive_partition :
    HoldModes ∪ DecisiveModes = Finset.univ (α := Dfumt8) ∧
    HoldModes ∩ DecisiveModes = ∅ := by
  constructor
  · ext x; fin_cases x <;> simp [HoldModes, DecisiveModes]
  · ext x; fin_cases x <;> simp [HoldModes, DecisiveModes]

-- D-FUMT₈[α] structure with semantic constraint
structure Dfumt8Alpha (α_critical : ℝ) where
  val : Dfumt8
  alpha : ℝ
  -- Semantic constraint (Pattern B、 STEP 1323b 6.5.3 継承):
  -- Hold modes: α ≤ α_critical (モデル化 放棄地点 内側)
  -- Decisive modes: α ≥ α_critical (モデル化 放棄地点 外側)
  hold_constraint : val ∈ HoldModes → alpha ≤ α_critical
  decisive_constraint : val ∈ DecisiveModes → alpha ≥ α_critical

-- Default instance (α = ∞ = decisive)
def Dfumt8Alpha.default (α_critical : ℝ) (v : Dfumt8) (h_dec : v ∈ DecisiveModes) : Dfumt8Alpha α_critical :=
  { val := v
    alpha := α_critical + 1  -- decisive 側
    hold_constraint := fun hold_hypothesis => by
      exfalso
      -- v ∈ HoldModes ∧ v ∈ DecisiveModes → 矛盾 (partition per)
      exact absurd (Finset.mem_inter.mpr ⟨hold_hypothesis, h_dec⟩)
        (by rw [(hold_decisive_partition).2]; exact Finset.not_mem_empty v)
    decisive_constraint := fun _ => le_refl _ }

2.3 backward compatibility bridge

-- 現行 Dfumt8 と 拡張 Dfumt8Alpha の 相互変換
def Dfumt8Alpha.toBase (x : Dfumt8Alpha α_critical) : Dfumt8 := x.val

-- default embedding: 現行 Dfumt8 値 → default α で Dfumt8Alpha
def Dfumt8.embedAlpha (v : Dfumt8) (α_critical : ℝ) : Dfumt8Alpha α_critical :=
  if h : v ∈ DecisiveModes then
    Dfumt8Alpha.default α_critical v h
  else
    -- v ∈ HoldModes、 default α = α_critical (境界値)
    { val := v
      alpha := α_critical
      hold_constraint := fun _ => le_refl _
      decisive_constraint := fun dec_hypothesis => by
        exfalso
        have : v ∈ HoldModes := by
          by_contra hn
          exact absurd (hold_decisive_partition.1 ▸ Finset.mem_univ v) (fun _ => hn h)
        exact absurd (Finset.mem_inter.mpr ⟨this, dec_hypothesis⟩)
          (by rw [(hold_decisive_partition).2]; exact Finset.not_mem_empty v) }

-- 恒等性 (round-trip preserves base value)
theorem embedAlpha_toBase (v : Dfumt8) (α_critical : ℝ) :
    (v.embedAlpha α_critical).toBase = v := by
  simp [Dfumt8.embedAlpha, Dfumt8Alpha.toBase]
  split <;> rfl

3. 25 load-bearing invention 影響評価

25 load-bearing invention (2026-04-20〜30) 全 D-FUMT₈=BOTH 統一で SEED_KERNEL 1539→1554 反映済。 Pattern (B) 拡張 の 影響:

要素現行 statusPattern (B) 拡張後 status影響
25 invention D-FUMT₈=BOTH 値Dfumt8.bothDfumt8Alpha.mk Dfumt8.both α (α ≤ α_critical) _ _backward compat = Dfumt8.embedAlpha で default α 埋め込み、 25 invention 値 変更なし
SEED_KERNEL 1554 theories 参照直接 Dfumt8.both referenceBridge function 経由で 同 value 取得参照 API 追加 (embedAlpha/toBase)、 既存 API 不変
axiom-free 3,471 theoremsDfumt8 直接 operateDfumt8Alpha operate は new theorems、 既存 Dfumt8 theorems は 不変拡張 layer 追加、 既存 axiom-free proof 影響なし
D-FUMT₈ 8 値 identity2³=8 = 3 独立 bitDfumt8 base 保持 + α ℝ parameter dim 追加identity 保持 + parametric layer 追加 のみ

影響評価 結論: Pattern (B) は 純粋 additive 拡張 = 現行 D-FUMT₈ + 25 invention + SEED_KERNEL + 3,471 axiom-free theorems 全 backward compat 保持、 新 拡張 layer (Dfumt8Alpha) が **独立 layer** として 追加。 25 load-bearing invention 影響ゼロ。

4. axiom-free 実装 approach

4.1 axiom profile target

STEP 1215-1220 D-FUMT₈ Category arc と 同 axiom profile target:

4.2 build strategy

-- File: data/lean4-mathlib/CollatzRei/Dfumt8AlphaArchitecture.lean
-- Lakefile 統合 pattern per (既存 CollatzRei module 継承)
namespace CollatzRei.Dfumt8AlphaArchitecture

-- 上記 sketch content 展開
-- estimated line count: 200-300 行
-- axiom-free target: 全 theorem [propext, Classical.choice, Quot.sound] のみ

end CollatzRei.Dfumt8AlphaArchitecture

4.3 potential blocker

  • ℝ (Real) 使用: Dfumt8Alpha.alpha : ℝ = Mathlib Real 依存、 build 時間 増加 (Real 系 heavy)
  • Semantic constraint proof: hold_constraint + decisive_constraint の 全 8 cases proof は fin_cases で 展開可能、 但し 論理式 の 具体化 で 予想外 sorry stub 可能性
  • 25 invention 直接 verify test: 25 invention 全 Dfumt8Alpha 経由 で 再検証 要 = extensive regression test 数日 work

5. Honest scope (5 条) + 関連 memory + Tier 4 継続

  1. architecture proposal のみ: Lean 4 code sketch は syntax verify 前 (私 memory 内 Lean 4 syntax 再現、 build test 未実施)。
  2. 実 Lean 4 code 実装 + build verify + axiom-free proof は defer: 数ヶ月 work 見込み、 実 実装は 藤本さん judgment 待ち。
  3. 25 load-bearing invention 影響評価 は Claude judgment: 「純粋 additive 拡張 = 影響ゼロ」 結論 は proposal、 実 verify は 別 arc。
  4. ℝ 依存 の build impact 未 verify: Real 系 Mathlib import で 予想外 dependency + build time 増加 可能性、 verify pending。
  5. Rei-side external prior art 継承 stance: Vereshchagin-Vitányi 2004 構造関数 refinement 継承、 novel formalization claim は Pattern (B) architecture のみ (proposal 段階)。

5.1 関連 memory + site page

5.2 Tier 4 継続

累計 backlog 19/19 (Tier 4 6/継続)。 残 2 candidate:

  1. STEP 1328 (次): 統合 R(α, H_hold) proof strategy (candidate #2)
  2. STEP 1329 (次): 5 instance 数値実測 architecture (candidate #3)