离散数学之数理逻辑(5)

2019-04-16 19:39

序列A1,A2,?,An,B(Ai?S), B是A1,A2,?,An,的逻辑结果,因而由定义1-1-4.2得证S演绎出B。

必要性:设S演绎出B,则存在公式的有限序列A1,A2,?,An其中A n=B且Ai?S或Ai是A1,A2,?,Ai?1中某些公式的逻辑结果。

下面用归纳法证明,因为,A1?S且A1?A1,故A1是S的逻辑结果(归纳基础)。设Ai (i

Aj1?Aj2 ???Ajl ?An (1-1-4.1)

其中j1?n,j2?n,?,jl?n。由归纳假定Aj1,Aj2,?,Ajl都是S的逻辑结果,即

S?Aj1,S?Aj2,?,S?Ajl

由§1-1-3蕴涵的性质5得Aj1?Aj2???Ajl是S的逻辑结果,即

S?Aj1?Aj2???Ajl (1-1-4.2)

由(1-1-4.1)和(1-1-4.2)式及蕴涵的传递性得S?An,而An =B,故S?B,即B是S的逻辑结果。

定理1-1-4.3 设S为前提公式集合,B和C是两个公式,若S∪{B}演绎出C,则S演绎出B→C。

证明:设S={A1, A2, ?, A n},因为S∪{B}演绎出C,则C是S∪{B}的逻辑结果,即(A1?A2 ???A n) ?B?C。由定理1-1-4.1得A1?A2 ???A n? B? C 。

定理 1-1-4.3和基本等价式及基本蕴涵式是论证演绎的根据,故在演绎推导过程中必须遵循下列推理规则:

P规则:在推演过程中可以随便使用前提。

T规则:在推演过程中可以任意使用前面演绎的某些公式的逻辑结果,当借

助于等价式记为TE,当借助于蕴涵式时记为TI。

CP规则:如果需要演绎出的公式为B→C形,那么将B作为附加前提,设法演绎出C来。

P规则和T规则的依据是定义1-1-4.2,CP规则的依据是定理1-1-4.3。 当然,论证的方法是前变万化的,除使用真值表方法以外,基本的方法就是:直接证法:由一组前提和P规则,T规则演绎出有效结论;另一方法是间接证法:(1)由一组前提和P规则,T规则,CP规则演绎出有效结论;(2)反证法,

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否定结论后作为附加前提,利用P规则和T规则得出矛盾式。

定义1-1-4.3 设P1,P2 ,?,P n 是A1,A2 ,?,A m 中出现的原子命题变元,若对P1,P2 ,P3 ?,Pn 的一些真值指派,A1 ?A2 ?…?Am 取值为1,则称A1,A2,?,A m 是相容的,若对P1,P2,P3 ?,Pn 的任何指派,A1 ?A2 ?…?Am 取值为0,则称A1,A2 ,?,A m 是不相容的(矛盾的)。

定理1-1-4.4 A1 ?A2 ???A m ? B 当且仅当A1,A2 ,?,Am ,?B是不相容的。

证明: A1 ?A2 ???A m ? B

当且仅当A1 ?A2 ???A m ?B ?T(重言式), 当且仅当?(A1 ?A2 ???A m )?B?T, 当且仅当A1 ?A2 ???Am ??B?F(矛盾式), 当且仅当A1,A2 ,?,A n,?B是不相容的。 下面给出利用上面的推理理论来论证若干实例。

例1-1-4.1 证明R→S是{ P→(Q→S),?R∨P,Q }的逻辑结果。 证明:

(1) ?R?P P

(2) R P( 附 加 前 提) (3) P T (1)(2) I (4) P→(Q→S) P (5) Q→S T(3)(4)I (6) Q P (7) S T(5)(6) I (7) R→S CP (2)(7)

例1-1-4.1 的这种书写方法写出了演绎的公式序列和使用的规则,便于复核检查推演的过程,以下都采用这样的书写方法。

例1-1-4.2 (P?Q)?(P→R) ?(Q→S)? S?R 证明:

(1) P?Q P (2) ?P→Q T(1)E

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(3) Q→S P (4) ?P→S T(2)(3)I (5) ?S→P T(4)E (6) P→R P (7) ?S→R T(5)(6)I (8) S?R T(7)E 或者

(1) P→R P (2) P?Q→R?Q T(1)I (3) Q→S P (4) R?Q→R?S T(3)I (5) P?Q →R?S T(2)(4)I (6) P?Q P (7) R?S T(5)(6)I

这个例子说明:从前提演绎出公式时的有限序列不是唯一的,将两种演绎步骤直观地分别表示为下面的两个图:

(1) (1) (3)

(2) (3) (2) (4)

(4) (5) (6)

(5) (6) (7)

(7)

(8) 图1-1-4.1

例1-1-4.2采用的是直接证法。

例1-1-4.3 证明S={A→B,?(B?C)}演绎出 ?A。 证明: (1) A→B P

(2) A P (附加前提) (3) ?(B?C) P (4) ?B??C T(3)E

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(5) B T(1)(2)I (6) ?B T(4)I (7) B??B?F T(5)(6)E (8) ?A 定理1-1-4.4

例1-1-4.4 用间接证法证明例1-1-4.2。

证明: (1) ?(S?R) P(附加前提) (2) ?S??R T(1)E (3) P?Q P (4) ?P→Q T(3)E

(5) Q→S P (6) ?P→S T(4)(5)I (7) ?S→P T(6)E (8) ?S??R→?R?P T(7)I (9) ?R?P T(2)(8)I (10) P→R P (11) ?P?R T(10)E (12) ?(P??R) T(11)E (13) (P??R)??(P??R)?F T(9)(12)E (14) S?R 定理1-1-4.4

例1-1-4.5 “如果下雨,春游就改期,如果没有球赛,春游就不改期。结果没有球赛,所以没有下雨”,证明这是有效的论断。

证明: 令A:天下雨 B:春游改期 C:没有球赛。 符号化题中各语句得 S={ A→B,C→ ?B,C },S??A。

(1) A→B P (2) C→?B P (3) B→?C T(2)E (4) A→?C T(1)(3)I (5) C→?A T(4)E (6) C P (7) ?A T(5)(6)I

例1-1-4.6 如果学生学习努力,他们的父亲或母亲就高兴,若母亲高

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兴,学生就不努力学习,若老师只表扬学生,学生的父亲就不高兴,故如果学生学习努力,老师就不是只表扬学生。试证这是有效的结论。

证明: 令A:学生学习努力;B:学生的父亲高兴;C:学生的母亲高兴;D:老师只表扬学生。则问题符号化为:

A→B?C,C→ ?A,D→?B?A→?D (1) D→?B P (2) B→?D T(1)E (3) C→?A P (4) A→?C T(3)E (5) A→(B?C) P (6) A→(?C→B) T(5)E (7) A P(附加前提) (8) ?C T(4)(7)I (9) ?C→B T(6)(7)I (10) B T(8)(9)I (11) ?D T(2)(10)I (12) A→?D CP

例1-1-4.7 证明下列命题是不相容的:如果他因病缺课,那么他考试不及格,如果他考试不及格,他就受不到教育。若他读了许多书,则他受到了教育,但是,虽然他因病缺课,他还是读了许多书。

证明 令 P:他因病缺课,Q:他考试不及格,R:他受不到教育,S:他读了许多书。则问题符号化为 {P→Q,Q→R,S→?R,P?S}?F 。

现证之。

(1) P→Q P (2) Q→R P (3) P→R T(1)(2)I (4) S→?R P (5) R→?S T(4)E (6) P→?S T(3)(5)I (7) ?P??S T(6)E (8) ?(P?S) T(7)E

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