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Die Beweistheorie ist ein Teilgebiet der mathematischen Logik, das Beweise als formale mathematische Objekte behandelt, was deren Analyse mit mathematischen Techniken ermöglicht. Beweise werden üblicherweise als induktiv definierte Datenstrukturen dargestellt, wie Listen oder Bäume. Diese werden gemäß den Axiomen und Schlussregeln des betrachteten logischen Systems konstruiert. Die Beweistheorie ist von syntaktischer Natur im Gegensatz zur Modelltheorie, die von semantischer Natur ist.
Manchmal wird die Beweistheorie auch als Teil der philosophischen Logik aufgefasst, dabei ist vor allem die Idee der beweistheoretischen Semantik von Interesse.