В дальнейшем простые высказывания обозначаются буквами А, В, С, D, … и называются пропозициональными переменными.
В) Простые и составные высказывания. Логические связки.
Объектом и средством исследования в математической логике является теория множеств.
Правленная на наиболее удобные для анализа математические рассуждения.
А) Предмет математической логики.
Элементы математической логики
РАЗДЕЛ 1. Элементы математической логики и теории множеств
I семестр
Конспект лекций для студентов физико-технического факультета
Харьков-2005
Литература
1. Зорич «Математический анализ» 1, 2 том.
2. Фихтенгольц «Курс дифференциального и интегрального исчисления» 1, 2, 3 том.
3. Кудрявцев «Математический анализ» 1, 2, 3 том.
4. Демидович «Сборник задач и упражнений по математическому анализу».
Логика– анализ методов рассуждения, показывающий как надо рассуждать, для
получения правильного вывода.
Математическая логика – логика использующая математические методы и на-
Повествовательное предложение, которое по смыслу истинно или ложно называется высказыванием:
2 ´2 = 4 – истинное высказывание. 2 ´2 = 5 – ложное высказывание.
Из простых высказываний с помощью логических связок можно создавать более сложные высказывания или формулы.
Содержательно оправдано использование 5ти логических связок, которые указываются в порядке приоритета:
1°– унарная (одноместная) – отрицание « Ø » (Ø А) (не А);
и бинарные:
2°– конъюнкция « Ù » (А Ù В, А и В);
3°– дизъюнкция « Ú » (А Ú В, А или В);
4°– импликация « Þ » (А Þ В, если А то В);
5°– эквиваленция « Û » (А Û В, А эквивалентно В).
Результаты применения этих операций к высказываниям приведены в следующих таблицах (таблицах истинности):
А | В | Ø А | А Ù В | А Ú В | А Þ В | А Û В |
Здесь, и в дальнейшем, для простоты: истина – « 1 »; ложь – « 0 ».
* Исчислить составное высказывание, т.е. установить истинно оно или ложно при различных значениях пропозициональных переменных можно не только с помощью таблиц истинности, но и с помощью, так называемых, представляющих функций.
Если ввести функцию f на высказываниях такую, что f (истина) = 1; f (ложь) = 0 то:
f (ØA) = 1 – f (A); f (В Ú А) = f (A) + f (A) – f (A)×f (В);
f (А Ù В) = f (A)× f (В); f (В Þ А) = 1 – f (A) + f (A) + f (A)× f (В),
f (AÛB) = 1 – f (A) – f (B) +2 f (A)f (B).
При этом исчисление высказывания производится с помощью арифметических действий над 0 и 1.
* Дополнительные логические связки:
« | » – антиконъюнкция (штрих Шефера); А | В Û Ø (А Ù В);
« ¯ » – антидизъюнкция (стрелка Пирса). А ¯ В Û Ø (А Ú В).
* Взаимосвязь логических связок:
Любую логическую связку можно выразить через три основные логические связки Ø , Ù , Ú:
(А Þ В) Û (Ø А Ú В);
(А Û В) Û (А Þ В) Ù (В Þ А) Û (Ø А Ú В) Ù (Ø В Ú А).
Законы де Моргана:
Ø (А Ù В) Û Ø А Ú Ø В;
Ø (А Ú В) Û Ø А Ù Ø В.
*Алгебраические свойства связок:
1°Коммутативны все бинарные связки, кроме импликации;
2°Ассоциативны Ù, Ú; неассоциативны Þ, Û;
3°Транзитивны Þ, Û;
4°Закон отрицания отрицания: Ø Ø А Û А;
5°Принцип тождества: Ø А Ú А Û «и», Ø А Ù А Û «л»;
5°Правила поглощения: А Ú (А Ù В) Û А, А Ù (А Ú В) Û А.
С). Формулы и их классификация.
Def: Формула :: = {пропозициональная переменная | Ø U | (U Ù V) | (U Þ V) | (U Û V)}, где U и V –формулы.
Формула:
а) выполнима – если существует ($) набор параметров, при которых формула истинна;
б) тождественно-истинная или тавтология – если для любого (") набора параметров формула истинна;
в) опровержима – если существует ($) набор параметров, при которых формула ложна;
г) тождественно-ложная или противоречие – если для любого (") набора параметров формула ложна.
Формула называется формулой с тесными отрицаниями, если в ней нет связок Þ и Û, и отрицания относятся только к пропозициональным переменным.
Произвольная конъюнкция (дизъюнкция) формул, каждая из которых есть пропозиционная переменная или ее отрицание называется элементарной конъюнкцией (дизъюнкцией).
Def: Произвольная дизъюнкция элементарных конъюнкций называется дизъюнктивной нормальной формой, а произвольная конъюнкция элементарных дизъюнкций называется конъюнктивной нормальной формой (Д.Н.Ф. и К.н.ф.).
Def: Д.н.ф. называется совершенной (с.д.Н.Ф.), если каждая переменная формулы входит в элементарную конъюнкцию ровно один раз – с отрицанием или без него.
Def: К.н.ф. называется совершенной (с.к.Н.Ф.), если каждая переменная формулы входит в элементарную дизъюнкцию ровно один раз – с отрицанием или без него.
Пример: Исчислить высказывание: ((А Þ В) Þ (Ø (С Ú А) Þ В)).
1 5 3 2 4
Внизу указан порядок операций.
1) Таблицы истинности:
А | В | С | |||||
В 5ом столбце указана истинность всего составного высказывания при различных значениях истинности А, В и С.
2) С помощью формулы: (А Þ В) Û (Ø А Ú В) избавимся от импликаций:
(Ø А Ú В) Þ (С Ú А Ú В)
Ø (Ø А Ú В) Ú С Ú А Ú В и применим один из законов де Моргана.
(А Ù ØВ) Ú С Ú А Ú В - получена формула с «тесными» отрицаниями.
Запишем последнюю формулу в виде:
* (А Ù ØВ) Ú (С)Ú (А)Ú (В), трактуя каждую скобку как элементарную конъюнкцию, видим: дизъюнкцию элементарных конъюнкций, т.е. Д. Н.Ф. она не является совершенной т.к. в каждую скобку входят не все переменные формулы.
Запишем последнюю формулу в виде:
(А Ù ØВ) Ú (С Ú А Ú В) и применим дистрибутивный закон
(А Ú С Ú А Ú В) Ù (ØВ Ú С Ú А Ú В),
(А Ú С Ú В) Ù (ØВ Ú С Ú А Ú В), здесь последняя скобка есть тавтология, поэтому получаем: (А Ú В Ú С) и, трактуя скобку как элементарную дизъюнкцию, делаем заключение, что перед нами К.Н.Ф., причем С.К.Н.Ф. т.к. в элементарную дизъюнкцию входят все три переменные.
Примечание: С.К.Н.Ф. позволяет сказать, что исходная формула ложна только в одном случае, если А, В, С – ложны. Зная С.К.Н.Ф. , легко написать и С.Д.Н.Ф если учесть, что отдельные элементарные конъюнкции описывают случаи истинности формы.
( (А Ú В Ú С) Û (ØА Ù В Ù С) Ú (А Ù ØВ Ù С) Ú (А Ù В Ù ØС) Ú
(ØА Ù ØВ Ù С) Ú (ØА Ù В Ù ØС) Ú (А Ù ØВ ÙØ С) Ú (ØА Ù ØВ Ù ØС)) .
В записанной формуле слева от Û стоит С.К.Н.Ф. а справа С.Д.Н.Ф .
· Исчислить высказывание можно также, если смоделировать исходное составное высказывание эквивалентной электрической схемой.
Для этого, записав исходную формулу как формулу с тесными отрицаниями можно заменить ее эквивалентной электроцепью.
При этом: конъюнкция А Ù В может быть промоделирована последовательным включением в цепь двух выключателей А и В, а дизъюнкция А Ú В - параллельным.