Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электронное пособие по дискретной математике

.pdf
Скачиваний:
58
Добавлен:
20.03.2016
Размер:
3.37 Mб
Скачать

Министерство сельского хозяйства российской федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования (ФГОУ ВПО)

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет прикладной информатики

Кафедра компьютерных технологий и систем

Электронный практикум по дискретной математике

для студентов факультета «Прикладная информатика» по областям

2

Глава 1. Элементы логики предикатов

1.1. Понятие предиката

Предикатом арности n (n-арным, или n-местным предикатом) называют функцию от n переменных Q(x1, x2, … ,xn), определенную на декартовом произведении множеств: X1 X2 … Xn и принимающую значения из множества {И, Л}.

Примеры выполнения заданий

1. Постройте матрицу одноместного предиката Р(x), если:

P(x) = "x кратно 2", где x [1, 14)

x

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

P(x)

Л

И

Л

И

Л

И

Л

И

Л

И

Л

И

Л

2. Изобразите геометрически множество истинности двуместного

 

предиката P(x,y) = 1/4x 1/4y”, если x, y (-2, 5];

 

 

 

 

 

 

 

 

Построим график прямой:

 

 

Y

 

 

1/4y =1/4x; y = x;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

5

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Проверим точку выше графика прямой

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

-2

 

 

 

 

 

например, с координатами (-1; 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим координаты в неравенство:

-2

 

 

 

1/4 (-1) 1/4(2) – это ложно, поэтому область истинности предиката расположена ниже прямой, включая ее точки (т.к. нестрогое неравенство).

Задания для самостоятельного выполнения

1.1.1.Постройте матрицу одноместного предиката Q(x), если:

0)Q (x)=”2x2

кратно 5”, x (-8, 13);

1)

Q (x)=”3x2

кратно 2”, x [-5, 13);

2)Q (x)=”4x2

кратно 5”, x (-10, 11);

3)

Q (x)=”3x3

кратно 2”, x [-9, 10);

4)Q (x)=”5x2 кратно 3”, x (-5, 13];

5)

Q (x)=”3x3

кратно 4”,x (-7, 12);

6)Q (x)=”5x3

кратно 4”, x [-6, 14];

7)

Q (x)=”x4 кратно 2”, x (-11, 1];

8)Q (x)=”x3 кратно 5”, x (-9, 10);

9)

Q (x)=”x2 кратно 3”, x [-7, 12);

x

Q(x)

3

1.1.2. Изобразите геометрически множество истинности одноместных предикатов G(x) и P(x), если:

0) G(x) = ”8 -2x > 4/3”;

P(x) = ”2 >1/5x -5”;

1) G(x) = ”-9 < -3x 3/2”;

P(x) = ”12 > 3/4x > -3”;

2)

G(x) = ”0 1/3x >-5/9”;

P(x) = ”–14 -7x 1/4”;

3)

G(x) = ”1/4

< -3x

9”;

P(x) = ”1 1/6x > -1/2”;

4)

G(x) = ”1/3 > -6x

>-6”;

P(x) = ”5 1/2x -1/4”;

5) G(x) = ”8 -2x > 4/3”;

P(x) = ”1/10 >1/5x > -5”;

6)

G(x) = ”-1 < -3x 3/2”;

P(x) = ”6 > 1/4x > -3”;

7)

G(x) = ”0 1/2x >-3/4”;

P(x) = ”–1 -7x 1/2”;

8)

G(x) = ”1/5

< -3x

9”;

P(x) = ”1 1/6x > -1/2”;

9)

G(x) = ”1/8

> -4x>-8”;

P(x) = ”2 1/2x -1/4”;

X

0

X

0

1.1.3. Изобразите геометрически множество истинности предиката P(x), решив систему неравенств:

 

 

+ ≤ +

 

− ≤ −

0) P( x)={

2x−2

+

 

1) P( x)={

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− > 3 −

P(x)={

+ ≤ −

3) P(x)={ + < 8 +

 

− + ≥ −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P(

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) + > 0

5) P( x)={

 

 

 

 

 

x−1

< 0

x)={

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

< 2

7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) P( x)={3−x

 

 

 

 

( + ) < 5( + ) + ( + )

− x < 3

P(x)={

 

 

2

 

 

 

( − ) < 7 − ( + )

8) P(x)={ − < 1 −

9) P(x)={( − ) − ( + ) > 0

+ > 2 + 6

− ( − ) > 2

4

X

0

1.1.4. Постройте матрицу двуместного предиката P(x,y) и проверьте решение геометрически:

0)P(x,y)=”3x>-1/2y”, при x, y (-4,4); 2)P(x,y)=”-1/4x 2y”, при x, y [-1,5]; 4)P(x,y)=”5x>1/2y”, при x, y [-6,1); 6)P(x,y)=”-1/10x 5y”, при x,y (-1,7) 8)P(x, y)=”-3x<2y”, при x, y [-5,2);

x y

1)P(x, y)=”1/3x > 9y”, при x, y (-2,5]; 3)P(x,y)=”10x 1/2y”, при x,y (-4,3); 5)P(x,y)=”-4x 2/3y”, при x, y [-5,1]; 7)P(x,y)=”3x 5/3y”, при x, y [-2,4]; 9)P(x,y)=”1/6x>-12y”, при x,y [-1,6).

Y

X

1.1.5. Изобразите геометрически множество истинности двуместного предиката A(x, y).

0)

A(x, y)=”1/3x > 9y”,

1)

A(x, y)=”3x > -1/2y”,

 

если x, y (-2, 13];

 

если x, y (-5, 11);

2)

A(x, y)=”-1/4x 2y”,

3)

A(x, y)=”10x 1/2y”,

 

если x, y [-4, 9];

 

если x, y (-10, 5);

4)

A(x, y)=”5x > 1/2y”,

 

Y

 

если x, y [-12, 3);

 

 

5)A(x, y)=”- 1/10x 5y”,

если x, y (-1, 15);

6)A(x, y)=”3x 5/3y”,

если x, y [-9, 4];

X

7) A(x, y)=”-3x < 2y”,

 

если x, y [-10, 5);

 

5

8) A(x, y)=”1/6x >- 12y”,

если x, y [-1, 14); 9) A(x, y)=” -4x 2/3y”,

если x, y [-8, 6];

1.1.6. Изобразите геометрически множество истинности двуместного предиката Q(x,y).

0) Q(x, y)=”1/4x2 <2y”, если x, y (-1,6); Y

1)Q(x, y)=”-4x2<2y”, если x,y (-4, 8];

2)Q(x, y)=”-6x2 3y”,если x, y [-2, 7];

3)Q(x, y)=”-5x2 2y”, если x, y [-3,7);

4)Q(x, y)=”3x2<-2y”, если x, y (-2, 6);

5)Q(x, y)=”- 6x2 >3y”, если x, y (-4, 5];

0

X

6)

Q(x, y)=”7x2 -3y”, если x, y [-4, 5];

 

 

7)

Q(x, y)=”-4x >1/ 2y”, если x, y (-7,1)

 

 

8)Q(x, y)=”6x2>- 5y”, если x, y [-3, 4]; 9)Q(x, y)=” 8x2 1/6y”, если x, y [-3, 8);

1.2. Операции над предикатами и кванторами

Все логические операции логики высказываний справедливы и для предикатов (отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация и эквиваленция). Квантор — общее название для логических операций, ограничивающих область истинности какого-либо предиката. В математической логике приписывание квантора к формуле называется связыванием, а переменную, к которой он относится, называют связанной иначе свободной. Например, в предикате x A(x, y) z B(c, z) переменные x и z - связанные, а переменные у и z – свободные.

Чаще всего используют два вида кванторов:

Название

Прочтение

Обозначение

Квантор общности

«все», «всякий», «каждый»,

 

 

«любой»

 

Квантор

«существует», «найдется»,

 

существования

«хотя бы один»

 

Пусть задан одноместный предикат P(x) на множестве Х = {a1, a2, a3, a4},

тогда: xP(x)=P(a1)&P(a2)&P(a3)&P(a4); xP(x)=P(a1) P(a2) P(a3) P(a4).

6

Говорят, что у квантора всеобщности конъюнктивная природа, а у квантора существования – дизъюнктивная. Квантор уменьшает число свободных переменных в логическом выражении и превращает трёхместный предикат в двухместный, двухместный — в одноместный, одноместный — в высказывание.

Примеры выполнения заданий

1. Пусть предикат Q(x,y) определен на конечных множествах:

X={a1,a2,a3, a4, a5}, Y={b1, b2, b3, b4, b5, b6} и имеет таблицу истинности:

 

 

 

 

Y

 

 

X

b1

b2

b3

b4

b5

b6

a1

И

И

Л

Л

И

Л

a2

Л

Л

Л

И

И

Л

a3

И

И

Л

Л

И

И

a4

Л

И

Л

Л

И

И

a5

И

И

И

И

И

И

С помощью кванторов общности и существования постройте высказывания и определите их истинность.

Решение. Результат применения кванторов общности и существования по x X:

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

 

 

xQ(x,y)

Л

Л

Л

Л

 

И

Л

 

 

xQ(x,y)

И

И

И

И

 

И

И

 

 

Результат применения

 

 

Результат применения

квантора общности по y Y:

 

квантора существования по y Y:

X

yQ(x,y)

 

 

a1

Л

a2

Л

a3

Л

a4

Л

a5

И

X

yQ(x,y)

 

 

a1

И

a2

И

a3

И

a4

И

a5

И

Применив кванторы общности и существования повторно, получим восемь высказываний (0-арных предикатов), представленных в таблице:

Высказывание

Значение истинности

 

7

 

 

y x Q(x, y)

Л

y x Q(x ,y)

И

y x Q(x ,y)

И

x y Q(x ,y)

И

x y Q(x ,y)

И

x y Q(x ,y)

И

Задания для самостоятельного выполнения

1.2.1. Пусть предикат P(x, y) определен на множествах: X={a1,a2 a3,a4}, Y={b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8} и имеет таблицу истинности. С помощью кванторов постройте высказывания и определите их истинность:

0)

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

И

Л

И

 

Л

И

И

Л

 

a2

Л

И

И

И

 

Л

И

И

Л

 

a3

И

И

Л

И

 

Л

Л

Л

Л

 

a4

И

И

Л

И

 

Л

Л

Л

Л

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

Л

Л

И

 

Л

И

И

Л

 

a2

Л

Л

Л

Л

 

Л

Л

Л

Л

 

a3

И

И

Л

И

 

Л

Л

Л

Л

 

a4

Л

Л

Л

И

 

И

Л

И

Л

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

Л

И

Л

 

И

Л

И

Л

 

a2

Л

И

И

Л

 

Л

Л

Л

И

 

a3

И

Л

Л

Л

 

Л

Л

Л

И

 

a4

Л

И

Л

И

 

И

Л

Л

И

3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

И

Л

И

 

И

Л

Л

И

 

a2

Л

Л

И

Л

 

И

И

И

И

 

a3

И

Л

И

Л

 

И

И

Л

И

 

a4

И

И

Л

И

 

Л

Л

Л

И

8

4)

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

И

Л

И

 

Л

И

И

Л

 

a2

Л

И

И

И

 

Л

И

И

Л

 

a3

Л

И

Л

И

 

Л

Л

Л

Л

 

a4

И

Л

И

Л

 

Л

Л

Л

Л

5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

И

Л

И

 

И

Л

Л

Л

 

a2

Л

И

И

И

 

И

Л

Л

И

 

a3

И

И

Л

Л

 

И

И

Л

И

 

a4

И

Л

И

Л

 

И

Л

Л

Л

6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

И

Л

И

 

И

И

И

Л

 

a2

Л

И

И

И

 

И

И

И

Л

 

a3

Л

Л

И

И

 

И

Л

Л

Л

 

a4

И

Л

Л

И

 

И

И

Л

Л

7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

Л

Л

И

 

Л

И

И

Л

 

a2

И

И

Л

Л

 

Л

И

И

Л

 

a3

И

И

Л

И

 

И

И

И

Л

 

a4

И

И

Л

Л

 

И

Л

Л

Л

8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

И

Л

И

 

Л

И

Л

И

 

a2

И

Л

Л

И

 

И

Л

И

Л

 

a3

Л

И

Л

И

 

И

Л

Л

И

 

a4

Л

Л

И

И

 

И

Л

Л

Л

9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

Л

Л

Л

 

Л

Л

Л

Л

9

a2

И

И

И

И

Л

И

И

Л

a3

Л

И

Л

И

И

И

И

И

a4

Л

Л

Л

И

И

И

Л

И

Решение:

Y

 

b1

 

b2

b3

 

b4

 

b5

b6

b7

b8

x P(x, y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x P(x, y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

y P(x, y)

 

 

 

 

X

 

y P(x, y)

 

 

a1

 

 

 

 

 

 

 

 

a1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

a4

 

 

 

 

 

 

 

 

a4

 

 

 

 

 

1.2.2. Предикат R(x,y) определен на множествах: X={a1,a2,a3,a4,a5}, Y={b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8} и имеет таблицу истинности. С помощью кванторов постройте высказывания и определите их истинность:

0)

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

Л

Л

Л

 

Л

И

И

И

 

a2

И

И

Л

И

 

И

И

Л

Л

 

a3

И

И

Л

И

 

И

Л

Л

Л

 

a4

Л

Л

Л

И

 

Л

Л

Л

Л

 

a5

Л

Л

Л

Л

 

Л

Л

Л

Л

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

И

Л

И

 

Л

И

И

Л

 

a2

Л

Л

Л

И

 

Л

И

Л

Л

 

a3

И

И

И

И

 

Л

И

Л

Л

 

a4

Л

Л

И

И

 

И

И

И

И

 

a5

И

Л

Л

И

 

Л

И

Л

Л

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

Л

И

И

 

И

И

И

И

 

a2

И

Л

Л

И

 

Л

Л

Л

И

 

a3

И

Л

Л

И

 

Л

Л

Л

И

 

a4

И

Л

Л

И

 

И

Л

Л

И

10

 

a5

И

Л

И

И

 

И

И

Л

Л

3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

И

Л

И

 

И

Л

Л

И

 

a2

Л

Л

И

Л

 

И

И

И

И

 

a3

И

Л

И

Л

 

И

И

Л

И

 

a4

И

И

Л

И

 

Л

Л

Л

И

 

a5

И

Л

И

Л

 

Л

Л

И

Л

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

И

Л

Л

 

Л

Л

И

Л

 

a2

И

И

И

И

 

Л

И

И

Л

 

a3

И

И

И

И

 

Л

Л

Л

Л

 

a4

И

Л

И

Л

 

Л

Л

Л

Л

 

a5

Л

Л

Л

Л

 

Л

Л

И

И

5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

Л

Л

И

 

И

Л

Л

Л

 

a2

Л

И

И

Л

 

И

Л

Л

И

 

a3

Л

И

Л

Л

 

И

И

Л

Л

 

a4

И

Л

И

Л

 

И

Л

Л

Л

 

a5

Л

И

Л

И

 

Л

Л

И

Л

6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

Л

И

Л

И

 

И

И

И

И

 

a2

Л

И

И

И

 

И

И

И

Л

 

a3

Л

И

И

И

 

И

Л

Л

Л

 

a4

И

Л

Л

И

 

И

И

И

И

 

a5

И

Л

Л

И

 

Л

Л

Л

Л

7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

X

b1

b2

b3

b4

 

b5

b6

b7

b8

 

a1

И

Л

Л

И

 

И

И

И

Л

 

a2

И

И

Л

Л

 

Л

И

И

Л

 

a3

И

И

Л

И

 

И

И

И

Л