- •Розділ 6. Математична логіка
- •Історія розвитку
- •Часи Лейбниця були епохою, коли аксіоматична геометрія стародавніх греків переживала новий розквіт. Математика
- •Тільки у середині XIX ст. ірландський математик Дж. Буль частково втілив у життя
- •6.1.Поняття логіки висловлень
- •В природних мовах інформація передається за допомогою слів, об'єднаних у речення. Формальна логіка
- •Приклад. Визначити, які з даних речень є висловленнями:
- •Оповідальні речення бувають простими та складними. Складні речення, як правило, складаються з простих
- •Логіка висловлень — це алгебраїчна структура
- •Логічні зв'язки в логіці висловлень
- •Користуючись введеними логічними зв'язками, можна з елементарних висловлень будувати складні висловлення, що називаються
- •Для висловлення, що містить п атомів, можна скласти 2n інтерпретацій, як і для
- •Приклад. Записати у вигляді формули логіки висловлень і побудувати таблицю істинності висловлення «Якщо
- •Приклад. „Якщо ви виконаєте всі завдання, то отримаєте відмінну оцінку”.
- •Прочитання формул складних висловлень може бути неоднозначним, якщо не ввести дужки, що вказують,
- •Будь-якій формулі логіки висловлень можна поставити у відповідність деяке складне висловлення природної мови
- •Приклад. Записати у вигляді формули логіки висловлень таке речення: «Оскільки я ліг пізно
- •Приклад. Побудувати формулу для висловлень: «Якщо студент не підготувався до іспиту або йому
- •Виходячи з прийнятих формул логіки висловлень істиннісних значень, формули розділяються на тотожно істинні,
- •6.2. Дедуктивні висновки у логіці висловлень
- •Найважливішою характеристикою логічного висновку є відношення сумісності між його засновком та висновком. У
- •Приклад. Показати, що висловлення (А В) ¬С є логічним наслідком висловлення А ¬С.
- •Дедуктивним висновком називається висновок формули В
- •При створенні математичної логіки переслідувалася ціль побудови формальної мови для математичних міркувань і
- •Правила для дедуктивного висновку будуються на підставі загальнозначущих формул логіки висловлень виду А
- •Правила дедуктивних висновків
- •З усіх правил найбільш часто використовується правило відділення.
- •Приклад. Дано істинне висловлення
- •Приклад. Визначте тип правила дедуктивного висновку, яке було використане у такому міркуванні:
- •6.3.Обчислення висловлень
- •Для логічного аналізу необхідно створити сукупність правил визначення істинності або хибності висловлень.
- •Обчислення висловлень містить мову, систему аксіом і правила висновку.
- •Системи аксіом обчислення висловлень підбираються таким чином, щоб обчислення мало властивість
- •Крім правила відділення (Modus Ponens), у обчисленні висловлень часто використовується так зване правило
- •Приклад. Використовуючи правило підстановки і комутативний закон для диз'юнкції, довести загальнозначущість такої формули:
- •Система S1
- •Система S2
- •Приклад. Довести вивідність формули А А в системі S1.
- •Часто у математичних міркуваннях істинність твердження В доводять за припущенням істинності твердження А,
- •Приклад. Довести, що формула (¬А ¬В) ((¬А В) А) виведена в системі S2.
- •Всі теореми обчислення висловлень зв'язані з розв'язком такої задачі: «чи випливає це твердження
- •Замість прямого логічного висновку формули В з формули А часто виявляється зручним довести
- •Дві схеми доведення методом від супротивного
- •Доведення аналізом випадків
Користуючись введеними логічними зв'язками, можна з елементарних висловлень будувати складні висловлення, що називаються формулами або молекулами.
В логіці висловлень правильно побудована формула визначається рекурсивно таким чином:
1. Атом є формула.
2. Якщо А і В — формули, то (А В), (A В), (А В), (А~В) і ¬А — також формули.
3. Ніяких формул, крім породжених вказаними вище правилами, не існує.
Формули логіки висловлень, що відповідають складним висловленням, приймають значення I або X залежно від значень елементарних висловлень, з яких вони побудовані, і логічних зв'язок.
Приписування істиннісних значень атомам, з яких побудоване висловлення, називається інтерпретацією висловлення.
Для висловлення, що містить п атомів, можна скласти 2n інтерпретацій, як і для n-місної булевої функції. Формули логіки висловлень можна задавати таблицями істинності подібно до булевих функції. Наведемо таблицю істинності для логічних зв'язок логіки висловлень
А В ¬А А В |
A B |
А В А~В |
||||
X |
X |
І |
X |
X |
І |
І |
X |
І |
І |
X |
І |
І |
X |
І |
X |
X |
X |
І |
X |
X |
І |
І |
X |
І |
І |
І |
І |
Висловлення |
|
А В, що |
називається |
імплікацією (умовним |
||
реченням), хибне тоді і тільки тоді, коли А істинне, а В хибне. В імплікації А В висловлення А називається засновком (умовою, антецедентом), В — наслідком (висновком, консеквентом).
Приклад. Записати у вигляді формули логіки висловлень і побудувати таблицю істинності висловлення «Якщо йде дощ, то над моєю головою відкрита парасолька».
Розв'язок. Введемо атоми: А — «йде дощ»;
В — «над моєю головою відкрита парасолька».
Тоді висловлення «Якщо йде дощ, то над моєю головою відкрита парасолька» буде відповідати
формулі А В.
А |
В |
А В |
Результат |
X |
X |
І |
залишуся сухим |
X |
І |
І |
залишуся сухим |
І |
X |
X |
змокну |
І |
І |
І |
залишуся сухим |
Приклад. „Якщо ви виконаєте всі завдання, то отримаєте відмінну оцінку”.
р = „Ви виконаєте всі завдання”
q = „Ви отримаєте відмінну оцінку” р→q = „Якщо ви виконаєте всі завдання,
то отримаєте відмінну оцінку”.
В разі виконання студентами всіх завдань вони одержать відмінну оцінку. Якщо ж студенти не виконають усіх завдань, то вони можуть отримати оцінку „відмінно”, а можуть і не отримати її залежно від інших обставин. Однак якщо студенти зробили всі завдання, а викладач не поставив оцінку „відмінно”, то студенти відчуватимуть себе ображеними. Це відповідає ситуації, коли в імплікації р→q припущення істинне, а її висновок хибний.
Прочитання формул складних висловлень може бути неоднозначним, якщо не ввести дужки, що вказують, в якому порядку зв'язуються між собою символи. Деякі дужки можна опустити, увівши послідовність виконання або пріоритет операцій таким же чином, як для операцій алгебри логіки:
¬, , , , ~.
Наприклад, такі вирази без дужок дорівнюють формулам з дужками:
А В С = А (В С); С ~ А В С = С ~ ((А В) С).
Будь-якій формулі логіки висловлень можна поставити у відповідність деяке складне висловлення природної мови і навпаки, «правильні» складні речення можна записати у вигляді формули логіки висловлень.
1)Аналіз складного речення необхідно починати з визначення такого факту: чи є воно скороченим варіантом більш розповсюдженого складного речення? Скорочений варіант слід замінити повним варіантом речення.
2)Далі виділити прості речення та взяти їх в дужки, залишаючи поза дужками службові слова, що поєднають прості речення. Процес взяття у дужки повторюється доти, доки цілком усе складне речення не виявиться взятим у дужки.
3)Після цього сполучники та звороти природної мови замінюються відповідними логічними зв'язками, а прості речення — атомарними формулами.
Приклад. Записати у вигляді формули логіки висловлень таке речення: «Оскільки я ліг пізно спати, я проспав і через це не пішов на пару».
Розв'язок. Виділимо прості речення у цьому складному реченні та візьмемо їх у дужки, залишаючи службові слова поза їх межами:
«(Оскільки (я ліг пізно спати), (я проспав)) і через це не (пішов на пару)».
Р — «Я ліг пізно спати»; Q — «Я проспав»;
S — «Я пішов на пару». (Р Q) ¬S.
Приклад. Побудувати формулу для висловлень: «Якщо студент не підготувався до іспиту або йому попався складний білет, то він не складе іспит на позитивну оцінку».
Розв'язок. Виділимо прості висловлення і послідовність їх поєднання службовими словами за допомогою дужок:
«Якщо ((студент не підготувався до іспиту) або (йому попався складний білет)), то (він не складе іспит на позитивну оцінку)».
Позначимо атоми: |
|
А—«Студент підготувався до іспиту, |
|
В— «Студенту попався складний білет»; |
|
С— «Студент складе іспит на позитивну оцінку». |
|
Одержана формула має вигляд: |
(¬A B) ¬С |
Виходячи з прийнятих формул логіки висловлень істиннісних значень, формули розділяються на тотожно істинні, тотожно хибні та незагальнозначущі.
Формула називається тотожно істинною (тавтологією або загальнозначущою), якщо вона приймає значення «Істина» на всіх інтерпретаціях (наборах значень змінних).
Формула називається тотожно хибною (суперечливою або нездійсненною), якщо вона приймає значення «Хибність» на всіх інтерпретаціях.
Формула називається незагальнозначущою, нейтральною
або несуперечливою, якщо вона на одних інтерпретаціях приймає значення «Істина», а на інших— «Хибність».
Усі формули, які не належать до суперечливих, утворюють множину здійсненних формул.
Міркування називається правильним, якщо воно виражається тотожно істинною формулою.
6.2. Дедуктивні висновки у логіці висловлень
логічний наслідок та його властивості
аксіоми
доведення
правила дедуктивних висновків
