离散数学 第二讲
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1.1.3 命题符号化1.1.2介绍的5种常用的联结词也可称为真值联结词或逻辑联结词。
在命题逻辑中,利用这些联结词可将各种各样的复合命题符号化,基本的步骤如下:9找出各简单命题,将它们符号化;9使用合适的联结词,将简单命题逐个联结起来,组成复合命题的符号化形式。
例1.12将下列命题符号化:(1)小王是游泳冠军或百米赛跑冠军。
(2)小王现在在宿舍或在图书馆里。
(3)选小王或小李中的一人做班长。
解:根据以上步骤,上述命题可符号化为:(1)p ∨q,其中,p:小王是游泳冠军,q:小王是百米赛跑冠军。
(2)p ∨q,其中,p:小王在宿舍,q:小王在图书馆。
这里的“或”是排斥或,但因p与q不能同时发生,所以仍然符号化为p ∨q。
(3)(p ∧¬q) ∨(q ∧¬p),其中,p:选小王做班长,q:选小李做班长。
这里的“或”是排斥或,因p与q可能同时发生,所以须符号化为(p ∧¬q) ∨(q ∧¬p)。
例1.13将下列命题符号化:(1)如果我上街,我就去书店看看,除非我很累。
(2)小王是电子工程学院的学生,他生于1983年或1984年,他是三好学生。
解:上述命题可符号化为:(1)¬r→(p→q),其中,p:我上街,q:我去书店看看,r:我很累。
(该命题也可符号化为(p∧¬r)→q或p→(¬r→q))(2)p∧(q∨r)∧s,其中,p:小王是电子工程学院的学生,q:他生于1983年,r:他生于1984年,s:他是三好生。
1.1 命题符号化及联结词5个联结词的优先级顺序为:¬、∧、∨、→、↔例我们写符号串:p ∨q ∧r→q∧¬s ∨r即为如下公式:(p ∨(q ∧r))→((q∧(¬s)) ∨r)1.2 命题公式及分类1.2.1 命题公式命题公式是由命题常项、命题变项、联结词、括号等组成的符号串,但并不是由这些符号任意组成的符号串都是命题公式,下面给出命题公式的严格定义:定义1.6(1)单个命题常项或变项p , q , r , …p i , q i , r i , …, 0, 1是合式公式;(2)若A 是合式公式,则¬A 也是合式公式;(3)若A 、B 是合式公式,则A ∧B 、A ∨B 、A →B 、A ↔B 也是合式公式;(4)只有有限次地应用(1)—(3)组成的符号串才是合式公式。
我们将合式公式称为命题公式,或简称为公式。
1.2 命题公式及分类注意:¾公式(¬p)、(p∧q)等的括号可以省略,写成¬p、p∧q ,整个公式的最外层括号可以省略;¾p∧q→r是公式,但pq→r不是公式。
定义1.7(1)设A为单个命题(常项或变项),p, q, r, …pi , qi,r i, …, 0,1,则称A为0层公式;(2)称A是n+1(n ≥0)层公式,若A符合下列情况之一:①A = ¬B,B是n层公式;②A=B ∧C,其中B、C分别为i层和j层公式,且n=max( i,j);③A=B ∨C,其中B、C的层次同②;④A=B →C,其中B、C的层次同②;⑤A=B ↔C,其中B、C 的层次同②;(3)若A的最高层为k,则A是k层公式。
例1.2.2¬p ∨q、p ∧q ∧r、¬(¬p ∧q) →r ∨s分别为2、2、4层命题公式。
1.2 命题公式及分类1.2.2 解释(赋值)公式:(p ∧q )→r若p :电子院学生,q :2004级本科生,当r :学习离散数学,(p ∧q )→r 为真;当r :学习复变函数,(p ∧q )→r 为假。
定义1.8设A 为命题公式,p 1, …, p n 是出现在A 中的所有命题变项,给p 1, …, p n 指定一组真值,称为对A 的一个赋值或解释。
若指定的一组值使A 的值为真,则称这组值为A 的成真赋值;若指定的一组值使A 的值为假,则称这组值为A 的成假赋值。
1.2 命题公式及分类1.2 命题公式及分类定义含n(n≥1)个命题变项的命题公式,共有2n组赋值,将命题公式A在所有赋值之下取值的情况列成表,称为A的真值表。
构造真值表的步骤:¾列出每个命题变项的所有可能的取值(按字典顺序);¾按命题公式的层次从低到高写出各个层次。
例1.7(1)求命题公式p ∧(q ∨¬r)的真值表解:例1.7(2)求命题公式(p∧(p→q)) →q 的真值表解:例1.7(3)求命题公式¬(p→q) ∧q 的真值表解:1.2 命题公式及分类定义1.9设A为一个命题公式:(1)若A在它的各种赋值下均为真,则称A为重言式或永真式;(2)若A在它的各种赋值下均为假,则称A为矛盾式或永假式;(3)若A至少存在一组赋值是成真赋值,则称A为可满足式。
显然:例1.7(2) (真值表最后一列全为1)为永真式,例1.7(3) (真值表最后一列全为0)为永假式,例1.7(1)(真值表最后一列即有0又有1)为可满足式。
1.3 等值演算定义1.10设A、B为两个命题公式,若等价式A↔B 是永真式,则称A与B等值,记为A⇔B。
注意:¾“⇔”不是联结词,它只是A与B等值时的记号。
¾等值关系具有自反性、对称性和传递性。
¾A与B是否等值应判断A↔B是否为永真式。
例1)基本等值式:(1)A⇔¬¬A(双重否定律)(2)A ⇔A∨A (等幂律)(3)A ⇔A∧A(等幂律)(4)A∨B ⇔B∨A (交换律)(5)A∧B ⇔A∧B(交换律)(6)A∨(B∨C) ⇔(A∨B)∨C (结合律)(7)A∧(B∧C) ⇔(A∧B)∧C(结合律)(8)A∨(B∧C) ⇔(A∨B)∧(A∨C) (分配律)(9)A∧(B∨C) ⇔(A∧B)∨(A∧C)(分配律)证明(基本等值式:(10)¬(A∨B) ⇔¬A∧¬B (德·摩根律)(11)¬(A∧B) ⇔¬A∨¬B(德·摩根律)(12)A∨(A∧B) ⇔A (吸收律)(13)A∧(A∨B) ⇔A(吸收律)(14)A∧0 ⇔0 (零律)(15)A∨1 ⇔1(零律)(16)A∨0 ⇔A (同一律)(17)A∧1 ⇔A(同一律)证明:(基本等值式:(18)A ∨¬A ⇔1(排中律)(19)A ∧¬A ⇔0(矛盾律)(20)A→B ⇔¬A∨B(蕴涵等值式)(21)A↔B⇔(A→B) ∧(B→A)(等价等值式)(22)A→B ⇔¬B→¬A(假言易位)(23)A↔B⇔¬A ↔¬B(等价否定等值式)(24)(A→B) ∧(A→¬B) ⇔¬A(归谬论)其中:A、B、C代表任意的命题公式,因此每个公式都是一个模式。
请大家牢记以上24种等值式。
证明:1.3 等值演算1.3.2 等值演算利用已知的等值式,推算出另外一些等值式的方法即为等值演算。
等值演算还将用到如下的置换规则:定理1.1设Φ(A)是含公式A的命题公式,Φ(B)是用公式B置换了Φ(A)中的A得到的命题公式,若A⇔B,则Φ(A)⇔Φ(B)例1.9 验证等值式: (1)p→(q→r) ⇔(p∧q)→r证明:p→(q→r)⇔¬p∨(q→r)(蕴涵等值式)⇔¬p ∨(¬q∨r)(蕴涵等值式)⇔(¬p∨¬q)∨r(结合律)⇔¬(p∧q) ∨r(德·摩根律)⇔(p∧q)→r(蕴涵等值式)例1.9(2)验证等值式:p⇔(p∧q) ∨(p∧¬q)证明:p⇔p ∧1(同一律)⇔p ∧(q ∨¬q )(排中律)⇔(p ∧q) ∨(p ∧¬q )(分配律)例1.10(1)验证:p→(q→r)⇔¬r→(q→¬p)证明:p→(q→r)⇔¬p∨(q→r) (蕴涵等值式)⇔⇔¬p∨(¬q ∨r) (蕴涵等值式)⇔⇔r∨(¬q∨¬p)(结合律)⇔⇔r∨(q→¬p) (蕴涵等值式)⇔¬r→(q→¬p) (蕴涵等值式)例1.10(2)判断下列公式的类型:((p∨q)∧¬(¬p∧(¬q∨¬r)))∨(¬p∧¬q)∨(¬p∧¬r)解:原式(7层公式)⇔((p∨q)∧¬(¬p∧¬(q∧r)))∨¬(p∨q)∨¬(p∨r)(德·摩根律)⇔((p∨q)∧(p∨(q∧r)))∨¬(p∨q)∨¬(p∨r)(双重否定律、德·摩根律)⇔((p∨q)∧(p∨r))∨¬((p∨q)∧(p∨r))(分配律、德·摩根律)⇔1(排中律)则:原式为永真式。
1.3 等值演算例1.11 用等值演算解决以下问题:A、B、C、D四人做百米竞赛,观众甲、乙、丙预报比赛的名次为:甲:C第一、B第二;乙:C第二、D第三;丙:A第二、D第四。
比赛结束后发现甲、乙、丙每人报告的情况都是各对一半,试问实际名次如何(假设无并列名次的情况)?解:设p i , q i , , r i , s i 分别表示A 、B 、C 、D 四人却取得第i 名(i =1,2,3,4),显然p i , q i , r i , s i 各有一个为真命题。
由题意,以下三个命题均为真命题:(1)(r 1 ∧¬q 2) ∨(q 2 ∧¬r 1) ⇔1(甲:C 第一、B 第二)(2)(r 2 ∧¬s 3) ∨(s 3 ∧¬r 2) ⇔1(乙:C 第二、D 第三)(3)(p 2 ∧¬s 4) ∨(s 4 ∧¬p 2) ⇔1(丙:A 第二、D 第四)由1⇔(1)∧(2)⇔((r 1 ∧¬q 2) ∨(q 2∧¬r 1) ) ∧((r 2 ∧¬s 3) ∨(s 3 ∧¬r 2))⇔(r 1 ∧¬q 2 ∧r 2 ∧¬s 3) ∨(¬q 2 ∧r 1∧s 3 ∧¬r 2) ∨(q 2 ∧¬r 1 ∧r 2 ∧¬s 3) ∨(q 2 ∧¬r 1 ∧s 3 ∧¬r 2)⇔0 ∨0 ∨(¬q2 ∧r1∧s3 ∧¬r2)∨(q2 ∧¬r1 ∧s3 ∧¬r2) 即:(4)(¬q2 ∧r1∧s3 ∧¬r2)∨(q2 ∧¬r1 ∧s3 ∧¬r2) ⇔1同理:1 ⇔(3)∧(4)⇔((p2 ∧¬s4) ∨(s4 ∧¬p2)) ∧((¬q2 ∧r1∧s3 ∧¬r2) ∨(q2 ∧¬r1 ∧s3 ∧¬r2))⇔(p2∧¬s4∧¬q2∧r1∧s3∧¬r2)∨(p2∧¬s4 ∧q2∧¬r1∧s3∧¬r2)∨(s4∧¬p2∧¬q2∧r1∧s3∧¬r2)∨(s4∧¬p2∧q2∧¬r1∧s3∧¬r2)⇔(p2∧¬s4∧¬q2∧r1∧s3 ∧¬r2)∨(s4∧¬p2∧¬q2∧r1∧s3∧¬r2) (5)1 ⇔(p2∧¬s4 ∧¬q2 ∧r1∧s3∧¬r2)∨(s4∧¬p2 ∧¬q2∧r1∧s3∧¬r2)由(5)可知:p2、r1、s3必须是真命题,即C第一、A第二、D第三,那么B只能是第四了。