
- •1. Элементы теории множеств.
- •1.1. Множества, подмножества, элементы множества.
- •1.2. Операции над множествами.
- •Свойства операции объединения.
- •Свойства операции пересечения множеств.
- •1.3.1. Счётные множества.
- •1.3.2. Множества мощности континуум.
- •1.3.3. Множества высших мощностей.
- •2. Элементы математической логики.
- •2.1. Высказывания и действия над ними.
- •Свойства логических операций.
- •2. Элементы математической логики.
- •2.2. Кванторы.
- •2.3. Математические теоремы, их виды и логическая структура.
- •2.3.1. Теоремы прямая, противоположная, обратная.
- •2.3.2. Достаточность и необходимость, существование и единственность.
- •2.3.3. Доказательство от противного; метод математической индукции .
- •2.3.4. Бином Ньютона.
- •3. Действительные числа.
- •3.1. Аксиомы действительных чисел.
- •3.2. Некоторые множества на числовой оси.
- •3.3. Несобственные точки числовой прямой.
- •3.4. Границы числовых множест.
- •5.4. Односторонняя непрерывность. Классификация точек разрыва.
- •5.6. Свойства функций, непрерывных на отрезке.
Свойства логических операций.
1.
( |
7. ((А∧В)∧C) ⇔ (А∧(В ∧С)). |
2.
(
|
8. ((А∨В)∧C) ⇔ ((А∧C)∨(В ∧С)). |
3.
(
|
9. ((А∧В)∨C) ⇔ ((А∨C)∧ (В∧С)). |
4. (А∨B) ⇔ (B∨A). |
10.
(А
⇒
В)
⇔
(
|
5. (А∧B) ⇔ (B∧A). |
11.
(А
⇒
B)
⇔
(
|
6. ((А∨В)∨C) ⇔ (А∨(В ∨С)). |
12. (А⇔В) ⇔ (A⇒B)∧(B⇒A). |
Док-во. Для доказательства любой из приведённых формул требуется построить таблицы истинности для частей формулы, стоящих слева и справа от символа эквивалентности ⇔, для всех значений истинности входящих в формулу высказываний, и показать, что они совпадают. Докажем, например, формулу 8. Таблица истинности:
А |
В |
С |
А ∨B |
|
(А∨В)∧С |
|
А ∧С |
В ∧C |
|
(А ∧С)∨(В∧С) |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|||
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|||
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Значения истинности для левой и правой частей формулы совпадают при любых истинностях входных высказываний, следовательно, левая и правая части формулы действительно эквивалентны. (Отметим аналогию между этой формулой и формулой 10. A∩(B∪C) = (A∩B)∪(A∩C) из раздела "1. Элементы терии множеств."). В дальнейшем мы будем отождествлять высказывание и его значение истинности, т.е. считать, что А = 1, если А - истинно, и А = 0, если А - ложно.
2. Элементы математической логики.
2.2. Кванторы.
В этом разделе мы расширим понятие термина "высказывание", чтобы ввести в рассмотрение утверждения вида х > 7. Строго говоря, это утверждение не является высказыванием в смысле опр.2.1.1., так как мы не можем сказать, истинно оно или ложно (оно истинно, если, например, x∈[12,15] и ложно, если x∈[ 2, 5]). Тем не менее, утверждения, содержащие переменные x, y, z,… с областями возможных значений X, Y, Z,…, обладающие тем свойством, что для каждого набора переменных x∈X, y∈Y, z∈Z,… истинность утверждения может быть установлена, в дальнейшем тоже будем называть высказываниями. Зависимость высказываний A, В, ... от переменной x будем обозначать как А(х), В(х),… x∈X. Подмножество Х(А)⊆Х множества Х такое, что для любого х∈Х(А) высказывание А(х) истинно, будем называть областью истинности высказывания А (так, для высказывания х>-2, X = [-5, 5] будет Х(А) = (-2, 5]).
Кванторы - логические операции, с помощью которых по некоторому высказыванию А(х) получают новые высказывания, характеризующие область истинности высказывания А(х).
Опр.
2.2.1. Квантором всеобщности
(обозначение - ∀)
высказывания А(х),
x∈X,
называется логическая операция, имеющая
значение "истина", если высказывание
А(х)
истинно для любого элемента x∈X,
и значение "ложь" в противоположном
случае (т.е. в случае, когда хотя бы для
одного x∈X
высказывание А(х)
ложно).
Формула
x∈X,
А(х)
читается как "для любого х,
принадлежащего Х,
справедливо А(х)";
"все х
из Х
удовлетворяют условию А(х)"
и т.д. Формальное определение квантора
всеобщности:
Примеры:
высказывание ("∀х
∈
[-2,4], x2
> -2) - истинно, высказывание ("∀х
∈
[-2,4], x2
> 16) - ложно, высказывание ("∀х
∈
N,
x2
> 0) - истинно, высказывание ("∀х
∈
R,
x2
> 0) - ложно.
Опр.
2.2.2. Квантором существования
(обозначение - ∃)
высказывания А(х),
x
∈
X,
называется логическая операция, имеющая
значение "истина", если высказывание
А(х)
истинно хотя бы для одного элемента x
∈
X,
и значение "ложь" в противоположном
случае (т.е. в случае, когда высказывание
А(х)
ложно для всех x
∈
X).
Формула
∃х∈Х,
А(х)
читается как "существует ( найдётся)
(хотя бы один) элемент х,
принадлежащий Х,
для которого справедливо А(х)".
Формальное определение квантора
существования:
Примеры:
высказывание (∃
х
∈
[-2,4], x2
> 20) - ложно, высказывание (∃
х
∈
[-2,4], x2
> 10) - истинно, высказывание (∃
х
∈
N,
x2
= 0) - ложно, высказывание (∃
х
∈
R,
x2
= 0) - истинно.
Опр.
2.2.3. Квантором существования и
единственности (обозначение
-∃!)
высказывания А(х),
x
∈
X,
называется логическая операция, имеющая
значение "истина", если на множестве
X
существует элемент x,
для которого высказывание А(х)
истинно, и такой элемент единственен,
и значение "ложь" в противоположном
случае (т.е. в случае, когда высказывание
А(х)
ложно для любого элемента x
∈
X
либо А(х)
истинно более чем для одного элемента
x
∈
X.
Формула ∃!
х
∈
Х,
А(х)
читается как "существует единственный
элемент х,
принадлежащий Х,
для которого справедливо А(х)".
Формальное определение квантора
существования и единственности:
Примеры:
высказывание (∃!
x
∈
[-2,4], x2
≥ 16 ) - истинно, высказывание (∃!
x
∈
[-2,4], x2
> 15 ) - ложно, высказывание (∃!
x
∈
N,
x2
≤ 1) - истинно, высказывание (∃!
x
∈
R,
x2
≤ 1) - ложно.
Применение кванторов позволяет компактно записывать формулировки теорем, определений и других математических утверждений. Например, теорема о существовании корней квадратного уравнения запишется так: ∀a ∈ R, ∀b ∈ R, ∀c ∈ R, a ≠ 0 (∃x ∈ R (ax2 + bx + c = 0) ⇔ b2 - 4ac ≥ 0)
При
проведении математических рассуждений
(доказательство теорем от противного,
формулировки противоположных теорем
и т.д.) часто приходится строить отрицания
некоторых утверждений. Рассмотрим
простой пример. Пусть дано определение:
"Группа называется хорошей, если
любой (∀)студент
этой группы - хороший", требуется
построить логически следующее из этого
определения новое - определение плохой
группы. Правильный ответ: "Группа
называется плохой, если хотя бы один
(∃)студент
этой группы - плохой". Этот пример
подсказывает следующие правила
взаимодействия кванторов существования
и единственности с операцией отрицания:
(∀x
∈
X,
A(x))
⇔
∃x
∈
X,
A(x);
(∃x
∈
X,
A(x))
⇔
∀x
∈
X,
A(x).
Док-во.
Докажем первую эквивалентность. Если
истинно высказывание
(∀x
∈
X,
A(x))
(не для ∀х
∈
Х
истинно А(х)),
то ∃х
∈
Х,
для которого А(х)
ложно, т.е. истинно
А(х).
Импликация
(∀x
∈
X,
A(x))
⇒
∃x
∈
X,
A(x)
доказана. Если истинно высказывание ∃x
∈
X,
A(x)
(существует х
∈
Х,
для которого А(х)
ложно), то не для любого х
∈
Х
истинно А(х),
т.е.
(∀x
∈
X,
A(x)).
Импликация ∃x
∈
X,
A(x)
⇒
(∀x
∈
X,
A(x))
доказана. По формуле 12 таблицы Свойства
логических операций
из доказанных импликаций следует
эквивалентность левой и правой частей
первой формулы.
Аналогично
доказывается вторая формула. Фор-мулы
1 и 2 имеют простой смысл. Именно, если
мы хотим опровергнуть утверждение ∀х
∈
Х,
А(х)
(для любого х
из Х
верно А(х)),
достаточно найти хотя бы один х,
для которого А(х)
неверно: ∃х
∈
Х,
А(х).
Если опровергается утверждение ∃х
∈
Х,
А(х)
"существует х,
для которого верно А(х)",
необходимо доказать, что А(х)
неверно для любого х:
∀х
∈
Х,
А(х).
Задание. Самостоятельно доказать формулу 2.
Если
высказывание А(х)
содержит несколько кванторов, то операция
отрицания меняет каждый из них. Так,
отрицание утверждения "число b
есть предел функции f(x)
в точке x
= a…."
запишется так:
.