离散数学之数理逻辑(3)

2019-04-16 19:39

以f1(P,Q,R)来考虑,表的第一行说明f1的值为1,且指派中P,Q,R都取值为1,可用项P∧Q∧R,表示,表的第三行说明f1的值为1,此时指派中P,R取值为1,Q取值为0,即?Q取值为1,可用P??Q?R表示,此时P,Q,R的其它指派都使P?Q?R,或P??Q?R为0,同理可用

P??Q??R,?P??Q?R分别表示表第四、七行的1,

故f1(P,Q,R)

=(P?Q?R)?(P??Q?R)?(P??Q??R)?(?P??Q?R)(*) 同理 f2(P,Q,R)= (P?Q?R)?(?P??Q??R)。

注意: 由真值表确定的真值函数不一定是最简单的wff,不一定只有一个表达式。

例如:

P 1 1 1 1 0 0 0 0 Q 1 1 0 0 1 1 0 0 R 1 0 1 0 1 0 1 0 P?R 1 0 1 0 0 0 0 0 ?R 0 1 0 1 0 1 0 1 P??Q 0 0 1 1 0 0 0 0 ?Q?R (P?R)?(P??Q)?(?Q?R) 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 将这个真值表与f1(P,Q,R)的真值表相比较,对变元的任一指派,可以看到(P?R)?(P??Q)?(?Q?R)与(*)这两个表达式可代表同一个真值函数,而此两式相比,(*) 就不是最简单的wff 。 三、重言式与矛盾式

我们注意到例1-1-2.2,1-1-2.3和例1-1-2.1,1-1-2.4。对命题变元无论作什么样的指派,例1-1-2.2中的wff永远取值为1,这种类型的wff称为重言(永真)式;例1-1-2.3中的wff永远取值为0,这种类型的wff称为矛盾(永假)式;而例1-1-2.1,1-1-2.4中的wff则对有的指派取值为1。对另外指派又取值为0,这种类型的wff称为可满足公式。显然重言式(或永真函数)是可满足公式,矛盾式是不可满足公式。

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定义 1-1-2.4 对wff的命题变元无论作什么指派,公式均取值1时,称之为重言式,记为T;公式均取值0时称之为矛盾式(或不可满足式),记为F。若有指派使wff取值1,则称该公式为可满足公式。

定理 1-1-2.1 任意两个重言(矛盾)式的合取或析取仍然是一个重言(矛盾)式。

由定义1-1-2.4及析取、合取的真值表立即可以证明此定理。

1-1-2 习 题

1. 下列符号串哪些是合式公式?哪些是重言式或矛盾式?哪些是可满足公

式?

(1) ?(P?Q) ; (3) P?P?Q ;

(2) P?Q ;

(4) (?P?Q)?(P?Q);

(5) (P?Q)?((P?Q)?(Q?P)); (6) (?P?Q)?(P??Q)。 2. 用真值表证明下列各式为重言式:

(1)(P?Q)?R?P?(Q?R); (2)(P?Q)?R?P?(Q?R); (3)P?(P?Q)?P;

(4)P?(P?Q)?P;

(5)P?(R?Q)?(P?R)?(P?Q); (6)P?(R?Q)?(P?R)?(P?Q);

(7)P??P?F,P??P?T; (8)P?Q?P,P?Q?Q; (9)P?P?Q,Q?P?Q; (10)?P?(P?Q); (11)Q?(P?Q); (12)?(P?Q)?P; (13)?(P?Q)??Q; (14)?Q?(P?Q)??P;

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(15)?P?(P?Q)?Q;

(16)(P?Q)?(Q?R)?(P?R); (17)(P?Q)?(P?R)?(Q?R)?R;

(18)(P?Q)?(R?S)?((P?R)?(Q?S)); (19)(P?Q)?(Q?R)?(P?R); (20)(P?Q)?(Q?P),(P?Q)?(Q?P)。

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§1-1-3 公式的等价与蕴涵

在§1-1-2中我们已经看到真值函数f1(P,Q,R) 的表达式有:

(P?Q?R)?(P??Q?R)?(P??Q??R)?(?P??Q?R) 或

(P?R)?(P??Q)?(?Q?R),又如P?Q和?P?Q代表同一真值函数,对同

一真值函数的几个不同的wff 有下面的定义。

定义 1-1-3.1 设P1,P2,?,Pn为出现在两个wff A和B中的原子命题变元。如果对P1,P2,?,Pn的任意真值指派,A和B的真值都相同,则称A和B逻辑相等或说A和B等价,记为A?B或(A?B)。

例如 ?P?Q?P?Q ,用真值表和定义1-1-3.1可以得到下列基本等价式:

(1)??P?P; (对合律)

(2)P?P?P,P?P?P; (幂等律) (3)P?Q?Q?P,P?Q?Q?P; (交换律)

(4)P?(Q?R)?(P?Q)?R,P?(Q?R)?(P?Q)?R; (结合律)

(5)P?(Q?R)?(P?Q)?(P?R),P?(Q?R)?(P?Q)?(P?R);(分配律)

(6)P?(P?R)?P,P?(P?R)?P; (吸收律)

(7)?(P?Q)??P??Q,?(P?Q)??P??Q; (德.摩根律) (8)P?F?P,P?T?P; (同一律) (9)P?T?T,P?F?F; (零一律) (10)P??P?T,P??P?F; (否定律)

(11)P?Q??P?Q; (条件等价式)

(12)P?Q?(P?Q)?(Q?P)。 (双条件等价式)

当wff中出现的原子命题变元很多时,用真值表和定义1-1-3.1来判断两个wff是否等价就显得麻烦,因而可利用上述基本等价式和下面的定理1-1-3.1就可以得到一些复杂的等价式。

定义 1-1-3.2 若wff X 是wff A的子串,则称X为A的子公式。

定理 1-1-3.1 X是wff A的一个子公式,wff Y与X等价,则将A中的X用Y来代替所得的wff B,必有A与B等价(替换规则)。

证明: 因为在命题变元的任意指派下X与Y的真值相同,故用Y代替X后所

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得的wff B与A在任意相应的指派下也有相同的真值,故A与B等价。

例1-1-3.1 由吸收律和替换规则可知

Q?(P?(P?Q))?Q?P

例 1-1-3.2 证明((P?Q)?R)?((R?P)?(S?P))?T 证明: ((P?Q)?R)?((R?P)?(S?P))

?((?P?Q)?R)?((?R?P)?(?S?P)) ?(?(?P?Q)?R)?(?(?R?P)?(?S?P)) ??(?(?P?Q)?R))?(?(?R?P)?(?S?P)) ?((?P?Q)??R)?(R??P)?(?S?P)

?((?P??R)?(?R?Q))?(?P?R)??S?P ?((?P??R)?(?P?R))?(?R?Q)??S?P ?(?P?((?R?R))?(?R?Q)??S?P ?(?P?T)?(?R?Q)??S?P ?(?P?P)?(?R?Q)??S

?T?(?R?Q)??S ?T

定理 1-1-3.2 在一个重言(矛盾)式中对同一命题变元都用任意一个wff去替换,仍可得一个重言(矛盾)式。

证明: 因为重言(矛盾)式的真值永为1(0),与变元的指派无关,故对同一变元用任一wff 替换后,其值仍为1(0),所以结果为一个重言(矛盾)式。

例1-1-3.3 因为P??P?T,P??P?F,当P以某 wff 替换后仍为重言(矛盾)式,例如P以(Q?R)?S去代替,则有

((Q?R)?S)??((Q?R)?S)?T ((Q?R)?S)??((Q?R)?S)?F

定理1-1-3.3 合式公式A和B等价当且仅当A?B为重言式。

证明: 必要性:若A与B等价,则对出现在A,B中的原子命题变元的任意指派A和B有相同的真值,即A?B永远取值1,即A?B为重言。

充分性:若A?B为重言(矛盾)式,则无论任何指派A?B均取值1,即

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