Таблиця № 5. Доведення закону де Моргана.

5.2. Диз'юнкція двох предикатів.

5.2. Для того, щоб визначити операцію диз’юнкції предикатів, розглянемо на множині абітурієнтів предикати: А(х): „х – склав всі екзамени” і В(х): „х – набрав прохідний бал”. Як можна назвати предикат „х – склав всі екзамени або набрав прохідний бал” - диз'юнкцією заданих предикатів. Отже, приймемо таке означення.

Означення: диз'юнкцією двох предикатів А(х) і В(х), заданих на одній і тій самій множині Х, називається такий новий предикат А(х)ÚВ(х), який визначений на множині Х і який хибний при всіх тих хÎХ, при яких одночасно хибні обидва предикати.

При оперуванні із складенимипредикатами доводиться знаходити їх множини істинності. Знайдемо множину істинності предиката А(х)ÚВ(х). Позначимо область визначення предикатів через Х, множину істинності предиката А(х) через Т_А, а множину істинності предиката В(х) – через Т_В. Щоб знайти множину істинності предиката А(х)ÚВ(х), тобто Т_АÚ_В, на діаграмі Ейлера-Венна зафарбуємо спочатку множину істинності предиката А(х), а потім - множину істинності предиката В(х). Тоді множина істинності предиката А(х)ÚВ(х) буде зображатися тією частиною множини Х, яка зафарбована (див. таблицю №6).

Таким чином, множина істинності предиката А(х)ÚВ(х) є об’єднанням множин істинності предикатів А(х) і В(х), тобто справедлива рівність Т_АÚ_В=Т_АÈТ_В. Операція диз’юнкції предикатів підкоряється тим же самим законам, що і операція диз’юнкції висловлень. Пропонуємо студентам записати відповідні закони самостійно.

Таблиця № 6. Множина істинності диз’юнкції предикатів Т_АÚВ=Т_АÈТ_В.

6. Операція імплікації над висловленнями та предикатами. Її таблиця істинності. Основні властивості (закони) операції імплікації.

6.1. Операція імплікації висловлень.

6.1. Ми вже розглянули три операції над висловленнями та предикатами. Кожній з них, певним чином, відповідали частка не чи сполучники: і, або. У математиці досить часто використовуються словосполучення «якщо …, то …», слова «випливає», «слідує» тощо. Розглянемо два висловлення: а=„число 2 просте” і в=„число 2 – парне”. Утворимо з цих двох простих висловлень за допомогою словосполучення «якщо …, то …» або слова «слідує» нове висловлення: „якщо число 2 – просте, то воно парне” або «із того, що число 2 – просте, слідує (випливає), що воно парне». Воно є складеним (Чому?). У математичній логіці таке нове висловлення називають імплікацією (грецьк. Implico– тісно зв'язую) даних висловлень і позначають так: а→b або аÞb. Символічний запис а→b або аÞb читають так: „якщо а, то b”, або „з а слідує (випливає) b”, або „імплікація а і b”, або „а імплікує в b”. Тепер сформулюємо строге математичне означення цієї операції над висловленнями.

Означення: імплікацією двох висловлень а і b називається таке нове висловлення а→b, яке хибне тоді і тільки тоді, коли висловлення а істинне, а висловлення b – хибне, і істинне в усіх інших випадках.

За допомогою таблиці істинності операцію імплікації можна задати так (див. таблицю №7).

Таблиця № 7. Таблиця істинності для операції імплікації висловлень.

В імплікації а→b висловлення а називають або умовою, або посилкою, або основою імплікації, а висловлення b – висновком або наслідком імплікації. Зв'язок між операцією імплікації та операціями заперечення та диз'юнкції задається за допомогою такої формули: а→b=āÚв.Доведемо її за допомогою таблиці істинності (див. таблицю №8). Порівнюючи 3 і 5 стовпчики, бачимо, що вони набувають однакових значень істинності при будь-яких наборах значень істинності висловлень а і b.

Таблиця № 8: доведення формули а→b=āÚв.

Розглянемо імплікацію:а→b=„якщо число закінчується на 0, то воно ділиться на 5”.Домовимося називати її даною або прямою імплікацією. Переставивши місцями умову та висновок, одержимо нову імплікацію b→а=„якщо число ділиться на 5, то воно закінчується нулем”. Така імплікація називається оберненою до даної. Замінимо в даній імплікації а→bумову і висновок їх запереченнями. Отримаємо нову імплікацію`ā→b=„якщо число не закінчується на 0, то воно не ділиться на 5”, яку називають імплікацією, протилежною до даної. Поміняємо в останній імплікації місцями умову та висновок. Тоді одержимо імплікацію`в→ā=„якщо число не ділиться на 5, то воно не закінчується нулем”. Цю імплікацію називають імплікацією протилежною до оберненої або оберненою до протилежної. Таким чином, маємо чотири види імплікації: 1) а→b – пряма; 2) b→а – обернена до даної; 3) ā→b - протилежна до прямої; 4)`b→ā - протилежна до оберненої або обернена до протилежної. Виникає запитання: як ці види імплікацій пов’язані між собою? Для виявлення зв'язку між імплікаціями побудуємо таблицю істинності (див. таблицю №9).

а	в	`а	`b	а →b	b→а	`а→b	`b →а

Таблиця № 9. Доведення рівносильності різних видів імплікацій.

Аналізуючи побудовану таблицю, бачимо, що значення 5-го і 8-го стовпців приймають однакові значення істинності при всіх наборах значень істинності висловлень, що до них входять. Саме тому можна твердити, що справедливі такі рівності: а→b=b→а та b→а=а→b.Таким чином, маємо дві пари рівносильних між собою імплікаційа→b=b→а та b→а=а→b. Це дає змогу визначати істинність не всіх чотирьох імплікацій, а лише двох (по одній із кожної пари), бо істинність двох інших випливатиме із рівносильності пар імплікацій.

6.2. Операція імплікації предикатів.

6.2. Для того, щоб визначити операцію імплікації предикатів, розглянемо на множині абітурієнтів предикати: А(х): „х – склав всі екзамени” і В(х): „х – набрав прохідний бал”. Як можна назвати предикат „якщо х – склав всі екзамени, то він набрав прохідний бал” – імплікацією заданих предикатів. Отже, приймемо таке означення.

Означення: імплікацією двох предикатів А(х) і В(х), заданих на одній і тій самій множині Х, називається такий новий предикат А(х)®В(х), який визначений на тій самій множині Х і який хибний при всіх тих хÎХ, при яких предикат А(х) – істинний, а предикат В(х) – хибний.

Оскільки при оперуванні із складенимипредикатами доводиться знаходити їх множини істинності, то знайдемо множину істинності предиката А(х)→В(х). Позначимо область визначення предикатів через Х, множину істинності предиката А(х) через Т_А, а множину істинності предиката В(х) – через Т_В. Щоб знайти множину істинності предиката А(х)→В(х), тобто Т_А→_В, можна використати міркування або діаграми Ейлера-Венна. Зазначимо, що міркуваннями множину істинності Т_А®В можна знайти, використавши рівність А(х) ®В(х)=Ā(х)ÚВ(х). Отже, маємо: Т_А®В =`Т<sub>А</sub>ÈТ<sub>В</sub>=Т<sub>`А</sub>ÈТ_В.

Відомо, що предикат А(х)®В(х) буде хибним для тих значень хєХ, для яких предикат А(х) істинний, а предикат В(х) – хибний, тобто на множині Т_АÇТ_В =`Т<sub>А</sub>È`Т_В = Т_`А È Т_В. Отже, множиною істинності предиката А(х)®В(х) – є об'єднання множини істинності предиката В(х) і доповнення до множини істинності предиката А(х) (див. таблицю №10).

Таблиця № 10. Зображення множини істинності імплікації Т_А®_В=`Т_АÈТ_В.

Чи розглядають імплікації в шкільному курсі математики? – так, але найчастіше розглядаються імплікації, які істинні при всіх хÎХ. Прикладами таких предикатів можуть бути такі: „Якщо число закінчується цифрою 5, то воно ділиться на 5”; „Якщо протилежні сторони чотирикутника попарно паралельні, то такий чотирикутник є паралелограмом”.

7. Операція еквіваленції над висловленнями та предикатами. Її таблиця істинності. Основні властивості (закони) операції еквіваленції.

7.1. Операція еквіваленції висловлень.

7.1. Ми вже розглянули чотири операції над висловленнями та предикатами. Кожній з них, певним чином, відповідали: частка не; сполучники і, або; слова чи словосполучення «якщо…, то…», «випливає», «слідує», «імплікує». У математиці досить часто використовуються словосполучення «тоді і тільки тоді», «необхідно і достатньо», слова «рівносильно», «еквівалентно» тощо. Розглянемо два висловлення: а=„число 2 просте” і в=„число 2 – парне”. Утворимо з цих двох простих висловлень за допомогою словосполучення «тоді і тільки тоді» або «необхідно і достатньо» нові висловлення: „число 2 просте тоді і тільки тоді, коли воно парне” або «для того, щоб число 2 було простим, необхідно і достатньо, щоб воно було парним». Воно є складеним (Чому?). У математичній логіці таке нове висловлення називають еквіваленцією даних висловлень і позначають так: а↔b або аÛb. Символічний запис а↔b або аÛb читають так: „а рівносильно b”, або „а еквівалентно b”, або „еквіваленція висловлень а і b”, або „для а необхідно і достатньо b”, або „а тоді і тільки тоді, коли b”. Тепер сформулюємо строге математичне означення цієї операції над висловленнями.

Означення: еквіваленцією двох висловлень а і b називається таке нове висловлення а↔b, яке істинне тоді і тільки тоді, коли значення істинності висловлень а і b співпадають (або коли вони одночасно істинні або одночасно хибні).

За допомогою таблиці істинності операцію еквіваленції можна задати так (див. таблицю №11). Зв'язок між операціями еквіваленції, імплікації, кон’юнкції, заперечення та диз'юнкції виражається за допомогою таких формул: 1) а↔b=(а→b)Ù(b→а); 2) а↔b=(āÚb)Ù(bÚа). Другу формулу легко одержати із першої, якщо врахувати формулу:а→b=āÚb.

Таблиця № 11. Таблиця істинності еквіваленції висловлень.

7.2. Операція еквіваленції предикатів.

7.2. Для того, щоб визначити операцію еквіваленції предикатів, розглянемо на множині абітурієнтів два предикати: А(х): „х – склав всі екзамени” і В(х): „х – набрав прохідний бал”. Як можна назвати предикат „для того, щоб х – склав всі екзамени, необхідно і достатньо, щоб він набрав прохідний бал” – еквіваленцією заданих предикатів. Отже, приймемо таке означення.

Означення: еквіваленцією двох предикатів А(х) і В(х), заданих на одній і тій самій множині Х, називається такий новий предикат А(х)↔В(х), який визначений на тій самій множині Х і який істинний при всіх тих хÎХ, при яких значення істинності предикатів А(х) і В(х) співпадають.

Оскільки при оперуванні із складенимипредикатами доводиться знаходити їх множини істинності, то знайдемо множину істинності предиката А(х)↔В(х). Позначимо область визначення предикатів через Х, множину істинності предиката А(х) через Т_А, а множину істинності предиката В(х) – через Т_В. Щоб знайти множину істинності предиката А(х)↔В(х), тобто Т_А↔_В, можна використати міркування або діаграми Ейлера-Венна. Зазначимо, що міркуваннями множину істинності Т_А↔_В можна знайти, використавши рівність А(х)↔В(х)=((Ā(х)ÚВ(х))Ù(В(х)ÚА(х))). Отже, маємо: Т_А↔_В=(Т_АÈТ_В)Ç(Т_ВÈТ_А).Оскільки відомо, що предикат А(х)↔В(х) буде істинним для тих значень хєХ, для яких предикати А(х) і В(х) одночасно істинні або хибні, тобто на множинах Т_АÇТ_В і Т_{`А</sub>ÇТ<sub>`в}. Отже, множиною істинності предиката А(х)↔В(х) – є об'єднання цих множин, тобто Т_А↔_В=(Т_АÇТ_В)È(Т_{`А</sub>ÇТ<sub>`в}) (див. таблицю №12).

Таблиця № 12. Множина істинності еквіваленції предикатів.

8. Логічні формули. Порядок виконання логічних операцій у формулах. Рівносильні формули. Тотожньо істинні формули (логічні закони). Відношення логічного слідування та рівносильності на множині предикатів.

8. Із шкільного курсу математики відомо, що вирази отримують за допомогою цифр, букв, знаків арифметичних дій та дужок. Аналогічно можна отримувати вирази або формули у математичній логіці. Для того, щоб однозначно розуміти відповідні формули та в однаковому порядку виконувати дії над висловленнями та предикатами, виробили наступні правила виконання операцій: заперечення, кон’юнкція, диз’юнкція, імплікація та еквіваленція:

1) порядок виконання логічних операцій регулюють дужками, починаючи виконання з операції, яка стоїть у самих внутрішніх дужках;

2) вираз, якій міститься під знаком операції заперечення, в дужки не береться, але його вважають таким, що знаходиться в дужках, а тому обчислюють окремо;

3) якщо у формулі немає дужок, то порядок виконання логічних операцій такий: а) заперечення; б) кон’юнкція; в) диз’юнкція; г) імплікація; д) еквіваленція. Застосування вказаних правил проілюструємо на наступній вправі.

Вправа: спростити вираз (aÚbÚcÚd)Ù(aÚbÚcÚd)Ù(aÚbÚc)Ù(aÚb)Ùā=(aÚbÚc)Ù(dÚd)Ù(aÚbÚc)Ù(aÚb)Ùā=(aÚbÚc)Ù1Ù(aÚbÚc)Ù(aÚb)Ùā=(aÚbÚc)Ù(aÚbÚc)Ù(aÚb)Ùā=(aÚb)Ù(сÚс)Ù(aÚb)Ùā=(aÚb)Ù1Ù(aÚb)Ùā=(aÚb)Ù(aÚb)Ùā=aÙ(bÚ b)Ùā=aÙ1Ùā=aÙā=0.

Побудуємо таблицю істинності для двох формул: a↔b і a→b.

Аналіз таблиці №13 дозволяє зробити висновок про те, що формула a→b набуває значення 1 при тих значеннях логічних змінних, при яких формула a↔b також набуває значення 1. В цьому випадку говорять, що формула a→b логічно випливає з формули a↔b. Символічно це позначають так a↔b╞a→b, а читають цей запис наступним чином: формула a→b логічно випливає з формули a↔b.