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离散数学-CH1-数理逻辑

离散数学-CH1-数理逻辑,待补充摘要。

June 9, 2026 修考 33 min read

命题逻辑的基本概念

原子命题

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复合命题

一、 命题联结词与符号化

图片上方的表格定义了五种最基本的逻辑联结词:

联结词(自然语言)符号化对应逻辑概念(黄色手写字)
¬\neg否定
并且\wedge合取
\vee析取
如果……则……\rightarrow蕴含
当且仅当\leftrightarrow等价

二、 五大基本真值表

板书用 11 表示真(True),00 表示假(False),详细列出了五种联结词的真值对应关系:

① 否定 (¬p\neg p)

  • 规则:取反。

  • 真值表:

    p¬p0110\begin{array}{c|c} p & \neg p \\ \hline 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{array}

② 合取 (pqp \wedge q)

  • 规则:全真才为真(只有当 ppqq 均为 11 时,结果才为 11)。

  • 真值表:

    pqpq000010100111\begin{array}{cc|c} p & q & p \wedge q \\ \hline 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 1 & 1 & \mathbf{1} \end{array}

③ 析取 (pqp \vee q)

  • 规则:有真则为真(只有当 ppqq 均为 00 时,结果才为 00)。

  • 真值表:

    pqpq000011101111\begin{array}{cc|c} p & q & p \vee q \\ \hline 0 & 0 & \mathbf{0} \\ 0 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 1 \end{array}

④ 蕴含 (pqp \rightarrow q)

  • 规则:前真后假才为假101 \rightarrow 0 结果为 00,其余情况皆为 11)。

  • 右下角手写补充概念:

    • pp 称为前件条件qq 称为后件结论
    • 对应四种输入结果:
      • 1001 \rightarrow 0 \Rightarrow \mathbf{0}
      • 1111 \rightarrow 1 \Rightarrow 1
      • 0010 \rightarrow 0 \Rightarrow 1
      • 0110 \rightarrow 1 \Rightarrow 1
  • 真值表:

    pqpq001011100111\begin{array}{cc|c} p & q & p \rightarrow q \\ \hline 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & \mathbf{0} \\ 1 & 1 & 1 \end{array}

⑤ 等价 (pqp \leftrightarrow q)

  • 规则:相同为真,不同为假ppqq 同为 00 或同为 11 时结果为 11)。

  • 真值表:

    pqpq001010100111\begin{array}{cc|c} p & q & p \leftrightarrow q \\ \hline 0 & 0 & \mathbf{1} \\ 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 1 & 1 & \mathbf{1} \end{array}

三、 运算优先级与实例

1. 运算优先级

逻辑算符的优先级从高到低排列如下:

¬\neg \quad \succ \quad \wedge \quad \succ \quad \vee \quad \succ \quad \rightarrow \quad \succ \quad \leftrightarrow

运算越“局部”,优先级越高;运算越“整体”,优先级越低。

  • 实例解析

    根据上述优先级,命题公式:

    ¬pqrs\neg p \rightarrow q \vee r \leftrightarrow s

    等价于加括号后的形式:

    (¬p)(qr)s(\neg p) \rightarrow (q \vee r) \leftrightarrow s

    (注:原图手写公式最后少写了一个 s\leftrightarrow s,根据逻辑结合律补充还原)

这四张图片延续了离散数学中“命题符号化”的例题讲解,重点展示了自然语言中不同的逻辑连词(如“和”、“或者”、“只要……就……”、“只有……才……”等)在转化为符号逻辑时的细节差异与陷阱。

以下为您提取和整理的完整板书内容:

示例续:将下列命题符号化

1. 2\sqrt{2} 是无理数。

  • 符号化

    p:2是无理数p: \sqrt{2}\text{是无理数}

    则该命题直接符号化为:pp

2. 2\sqrt{2}5\sqrt{5} 都是无理数。

  • 分析:此处的“和”连接的是两个独立的陈述,属于合取关系。

  • 符号化

    p:2是无理数p: \sqrt{2}\text{是无理数}q:5是无理数q: \sqrt{5}\text{是无理数}

    则符号化为:pqp \wedge q

3. 2\sqrt{2}5\sqrt{5} 的乘积是无理数。

  • 分析:此处的“和”是构成主语的一部分,描述的是一个单一的数学运算性质,无法拆分为两个独立的命题,因此它是一个原子命题

  • 符号化

    p:25的乘积是无理数p: \sqrt{2}\text{和}\sqrt{5}\text{的乘积是无理数}

    则符号化为:pp

4. 小丽喜欢唱歌或者喜欢跳舞。

  • 分析:此处的“或者”属于兼容或(唱歌和跳舞可以同时喜欢)。

  • 符号化

    p:小丽喜欢唱歌p: \text{小丽喜欢唱歌}q:小丽喜欢跳舞q: \text{小丽喜欢跳舞}

    则符号化为:pqp \vee q

    (注:板书红字强调:\vee 表示兼容或)

5. 今天晚上小丽看书或者打球。

  • 分析:因为一个人在同一时间段通常只能做一件事,此处的“或者”属于不兼容或(异或)
  • 符号化: 令 p:今晚小丽看书p: \text{今晚小丽看书}q:今晚小丽打球q: \text{今晚小丽打球}。 则符号化为:(p¬q)(¬pq)(p \wedge \neg q) \vee (\neg p \wedge q)

6. 条件语句的四种常见句型变形

统一设定基准原子命题:

p:天气好p: \text{天气好}q:我去公园q: \text{我去公园}

  • 句型一:如果天气好,我就去公园;
    • 符号化为:pqp \rightarrow q
  • 句型二:只要天气好,我就去公园;
    • 符号化为:pqp \rightarrow q (“只要 AABB” 等价于 ABA \rightarrow B
  • 句型三:只有天气好,我才会去公园;
    • 符号化为:qpq \rightarrow p (“只有 AABB” 等价于 BAB \rightarrow A
  • 句型四:仅当天气好,才去公园。
    • 符号化为:qpq \rightarrow p (“BB 仅当 AA” 等价于 BAB \rightarrow A

7. 经一事,长一智,并且不经一事,不长一智。

  • 分析:前半句为充分条件,后半句也是充分条件,中间用“并且(合取)”连接。

  • 符号化

    p:经一事p: \text{经一事}q:长一智q: \text{长一智}

    则符号化为:(pq)(¬p¬q)(p \rightarrow q) \wedge (\neg p \rightarrow \neg q)

    (注:该公式也等价于 pqp \leftrightarrow q)

8. 天津是直辖市的充要条件是 2+3=52+3=5

  • 分析:“充要条件”直接对应等价联结词。

  • 符号化

    p:天津是直辖市p: \text{天津是直辖市}q:2+3=5q: 2+3=5

    则符号化为:pqp \leftrightarrow q

这两张和三张图片展示的是数理逻辑中“判断公式类型”的经典方法——*真值表法*,以及通过真值表求解“成真/成假赋值”的实际案例。

以下为您完整提取和整理的板书内容:

一、 核心概念:公式的三种类型

在右上角手写板书中,定义了命题公式的三种基本类型:

  • Tautology:公式真值恒为 11。(又称Tautology
  • Contradiction:公式真值恒为 00。(又称永假式
  • Contingency不是Contradiction的公式(即真值表中至少有一组赋值使公式为 11。注:Tautology属于Contingency的特例)。

二、 典型例题解析

例三:判断公式的类型

① 公式:pr¬(qp)p \wedge r \wedge \neg(q \rightarrow p)

  • 分析方法:真值表法(涉及 p,q,rp, q, r 三个变元,共 23=82^3 = 8 种赋值组合)。
  • 真值表递推过程pqrprqp¬(qp)pr¬(qp)00001000010100010001001100101000100101110011001001111100\begin{array}{ccc|c|c|c|c} p & q & r & p \wedge r & q \rightarrow p & \neg(q \rightarrow p) & p \wedge r \wedge \neg(q \rightarrow p) \\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & \mathbf{0} \\ 0 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & \mathbf{0} \\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & \mathbf{0} \\ 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 1 & \mathbf{0} \\ 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & \mathbf{0} \\ 1 & 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & \mathbf{0} \\ 1 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & \mathbf{0} \\ 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 0 & \mathbf{0} \end{array}
  • 结论\because 最后一列真值全为 00
  • \therefore 公式为Contradiction

② 公式:(pq)(¬q¬p)(p \rightarrow q) \rightarrow (\neg q \rightarrow \neg p)

  • 分析方法:涉及 p,qp, q 两个变元,共 44 种赋值组合。

  • 真值表递推过程

    pqpq¬q¬p(pq)(¬q¬p)00111011111000111111\begin{array}{cc|c|c|c} p & q & p \rightarrow q & \neg q \rightarrow \neg p & (p \rightarrow q) \rightarrow (\neg q \rightarrow \neg p) \\ \hline 0 & 0 & 1 & 1 & \mathbf{1} \\ 0 & 1 & 1 & 1 & \mathbf{1} \\ 1 & 0 & 0 & 0 & \mathbf{1} \\ 1 & 1 & 1 & 1 & \mathbf{1} \end{array}

  • 结论\because 最后一列真值全为 11\therefore 公式为Tautology

③ 公式:(¬pq)¬r(\neg p \wedge q) \rightarrow \neg r

  • 真值表递推过程(提取自第三张图的上半部分):

    pqr¬pq¬r(¬pq)¬r000011001001010111011100(100)100011101001110011111001\begin{array}{ccc|c|c|c} p & q & r & \neg p \wedge q & \neg r & (\neg p \wedge q) \rightarrow \neg r \\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 & 1 & 1 & 1 \\ 0 & 1 & 1 & 1 & 0 & \mathbf{0} \quad \leftarrow (1 \rightarrow 0 \Rightarrow 0) \\ 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 0 & 0 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & 1 \end{array}

  • 结论:最后一列真值有 11 也有 00\dots 公式为Contingency,非Tautology

例四:求公式 (¬pq)¬r(\neg p \wedge q) \rightarrow \neg r 的成真赋值和成假赋值

该题直接复用了上述 ③ 的真值表计算结果:

  • 成假赋值:使得公式最终真值为 00 的变量输入组合。
    • 结果为:011\mathbf{011} (即 p=0,q=1,r=1p=0, q=1, r=1
  • 成真赋值:使得公式最终真值为 11 的变量输入组合。
    • 结果为:其余 7 组赋值均为成真赋值(即除了 011011 之外的其余 7 种组合)。

CH2 命题逻辑的等值演算

这是一份关于离散数学 / 数理逻辑中“等值式及其演算法”的课堂板书内容。以下是为你提取的完整文字与公式梳理:

一、 等值式的定义与常见等值式

1. 定义

  • 等值式:若 ABA \leftrightarrow B 为Tautology,则称 A,BA, B 是等值的。记作 ABA \Leftrightarrow B,称 ABA \Leftrightarrow B 为等值式。
  • 手写补充笔记
    • \Leftrightarrow” 不是联结词。
    • ABA \Leftrightarrow B 也可以记作 A=BA = BA ⁣BA \models \!\mid B

2. 常见等值式(基本定律)

  1. 双否律¬¬AA\neg\neg A \Leftrightarrow A
  2. 幂等律AAAA \wedge A \Leftrightarrow A, AAA\quad A \vee A \Leftrightarrow A
  3. 交换律ABBAA \wedge B \Leftrightarrow B \wedge A, ABBA\quad A \vee B \Leftrightarrow B \vee A
  4. 结合律A(BC)(AB)CA \wedge (B \wedge C) \Leftrightarrow (A \wedge B) \wedge C, A(BC)(AB)C\quad A \vee (B \vee C) \Leftrightarrow (A \vee B) \vee C
  5. 分配律
    • A(BC)(AB)(AC)A \vee (B \wedge C) \Leftrightarrow (A \vee B) \wedge (A \vee C)
    • A(BC)(AB)(AC)A \wedge (B \vee C) \Leftrightarrow (A \wedge B) \vee (A \wedge C)
  6. 德·摩根律
    • ¬(AB)¬A¬B\neg(A \wedge B) \Leftrightarrow \neg A \vee \neg B
    • ¬(AB)¬A¬B\neg(A \vee B) \Leftrightarrow \neg A \wedge \neg B
  7. 吸收律A(AB)AA \vee (A \wedge B) \Leftrightarrow A, A(AB)A\quad A \wedge (A \vee B) \Leftrightarrow A
  8. 零律A11A \vee 1 \Leftrightarrow 1, A00\quad A \wedge 0 \Leftrightarrow 0
  9. 同一律A1AA \wedge 1 \Leftrightarrow A, A0A\quad A \vee 0 \Leftrightarrow A
  10. 排中律A¬A1A \vee \neg A \Leftrightarrow 1
  11. 矛盾律A¬A0A \wedge \neg A \Leftrightarrow 0
  12. 蕴含等值式(重点标记 \star):AB¬ABA \rightarrow B \Leftrightarrow \neg A \vee B
  13. 等价等值式AB(AB)(BA)A \leftrightarrow B \Leftrightarrow (A \rightarrow B) \wedge (B \rightarrow A)
  14. [[Proof by contraposition]]AB¬B¬AA \rightarrow B \Leftrightarrow \neg B \rightarrow \neg A
  15. 等价否定AB¬A¬BA \leftrightarrow B \Leftrightarrow \neg A \leftrightarrow \neg B
  16. 归谬论(AB)(A¬B)¬A(A \rightarrow B) \wedge (A \rightarrow \neg B) \Leftrightarrow \neg A

    这是通过[[反证法]]证明A错误的一种技巧

二、 经典例题与等值演算法

例一:判断公式类型

解题核心思路(手写提示):去掉 \rightarrow\leftrightarrow,换成 ¬,,\neg, \wedge, \vee

题 ①:pr¬(qp)p \wedge r \wedge \neg(q \rightarrow p)

pr¬(¬qp)pr(q¬p)p¬pqr0\begin{aligned} & \Leftrightarrow p \wedge r \wedge \neg(\neg q \vee p) \\ & \Leftrightarrow p \wedge r \wedge (q \wedge \neg p) \\ & \Leftrightarrow p \wedge \neg p \wedge q \wedge r \\ & \Leftrightarrow 0 \end{aligned}

  • 结论\therefore 公式为Contradiction

题 ②:(¬pq)¬r(\neg p \wedge q) \rightarrow \neg r

¬(¬pq)¬rp¬q¬r\begin{aligned} & \Leftrightarrow \neg(\neg p \wedge q) \vee \neg r \\ & \Leftrightarrow p \vee \neg q \vee \neg r \end{aligned}

  • 成真赋值100,111100, \quad 111
  • 成假赋值011011
  • 结论\therefore 公式为Contingency

例二:证明 q(pr)(pq)rq \rightarrow (p \rightarrow r) \Leftrightarrow (p \wedge q) \rightarrow r

方法一:从左边推导到右边

证:q(pr)¬q(¬pr)¬p¬qr¬(pq)r(pq)r\begin{aligned} \text{证:} & q \rightarrow (p \rightarrow r) \\ & \Leftrightarrow \neg q \vee (\neg p \vee r) \\ & \Leftrightarrow \neg p \vee \neg q \vee r \\ & \Leftrightarrow \neg(p \wedge q) \vee r \\ & \Leftrightarrow (p \wedge q) \rightarrow r \end{aligned}

方法二:从右边推导到左边

法二:(pq)r¬(pq)r¬p¬qr¬q¬pr¬q(pr)q(pr)\begin{aligned} \text{法二:} & (p \wedge q) \rightarrow r \\ & \Leftrightarrow \neg(p \wedge q) \vee r \\ & \Leftrightarrow \neg p \vee \neg q \vee r \\ & \Leftrightarrow \neg q \vee \neg p \vee r \\ & \Leftrightarrow \neg q \vee (p \rightarrow r) \\ & \Leftrightarrow q \rightarrow (p \rightarrow r) \end{aligned}

双斜线符号(#)表示证明完毕。\text{双斜线符号(\#)表示证明完毕。}

析取式我感觉对应的就是最大项

合取式对应的就是最小项 Minimum

析取范式 就是 sum of product

合取范式 就是 product of sums

和数字电路里面一一对应

析取范式和合取范式都不唯一,给我们带来了困难

所以提出来 主析取范式 和 主合取范式

这不就是数电里面的定义吗

等值演算法我有些看不懂

但是真值表有时候不太好画,所以老师推荐等值演算法

这份板书详细讲解了离散数学中范式(Normal Forms)的核心概念,包括析取/合取范式、极小项/极大项,以及如何通过“真值表法”和“等值演算法”求主范式。以下是为你整理的完整文字与公式梳理:

一、 析取范式与合取范式

1. 基础定义

  • def 1(文字):设 PP 为任意命题变量,则 PP¬P\neg P 称为文字
  • def 2(析取式与合取式)
    • 有限个文字的析取称为析取式。如:PQ,P¬Q,¬PP \vee Q, \quad P \vee \neg Q, \quad \neg P
    • 有限个文字的合取称为合取式。如:¬PQ,PQr,¬r\neg P \wedge Q, \quad P \wedge Q \wedge r, \quad \neg r
  • def 3(范式)
    • 有限个合取式的析取称为析取范式。结构形如:()()(\dots \wedge \dots) \vee (\dots \wedge \dots) \vee \dots
    • 有限个析取式的合取称为合取范式。结构形如:()()(\dots \vee \dots) \wedge (\dots \vee \dots) \wedge \dots

2. 经典例题

例三:求 (PQ)P(P \vee Q) \leftrightarrow P 的合取范式和析取范式。

核心公式提示:消去 \leftrightarrow\rightarrow,只留下 ¬,,\neg, \wedge, \vee

(PQ)P((PQ)P)(P(PQ))(¬(PQ)P)(¬PPQ)【其中 ¬PPQ1(¬P¬Q)P 此时已是 【析取范式】(P¬P)(P¬Q) 此时已是 【合取范式】P¬Q 化简到最简,它既是【析取范式】也是【合取范式】\begin{aligned} (P \vee Q) \leftrightarrow P & \Leftrightarrow ((P \vee Q) \rightarrow P) \wedge (P \rightarrow (P \vee Q)) \\ & \Leftrightarrow (\neg(P \vee Q) \vee P) \wedge (\neg P \vee P \vee Q) \quad \text{【其中 }\neg P \vee P \vee Q \Leftrightarrow 1\text{】} \\ & \Leftrightarrow (\neg P \wedge \neg Q) \vee P \quad \longrightarrow \text{ 此时已是 【析取范式】} \\ & \Leftrightarrow (P \vee \neg P) \wedge (P \vee \neg Q) \quad \longrightarrow \text{ 此时已是 【合取范式】} \\ & \Leftrightarrow P \vee \neg Q \quad \longrightarrow \text{ 化简到最简,它既是【析取范式】也是【合取范式】} \end{aligned}

二、 主析取范式与主合取范式

1. 小项(极小项)与大项(极大项)

  • 小项(def 1):含 nn 个命题变元的合取式 G(p1,p2,,pn)G(p_1, p_2, \dots, p_n),若每个 pip_i¬pi\neg p_i 出现且仅出现一次,而且出现次序与 p1,p2,,pnp_1, p_2, \dots, p_n 的次序保持一致,则称该合取式为一个小项(极小项)。其特点是有且仅有一组赋值使其为真(成真赋值)
  • 大项(def 3):含 nn 个命题变元的析取式 G(p1,p2,,pn)G(p_1, p_2, \dots, p_n),若每个 pip_i¬pi\neg p_i 出现且仅出现一次,而且出现次序与 p1,p2,,pnp_1, p_2, \dots, p_n 的次序保持一致,则称该析取式为一个大项(极大项)。其特点是有且仅有一组赋值使其为假(成假赋值)

2 变元与 3 变元的小项/大项对照表

  • 2 变元小项与大项 (P,QP, Q)

    小项(Minterm)

    公式成真赋值 (P,Q)(P,Q)名称
    ¬P¬Q\neg P \land \neg Q00m0m_0
    ¬PQ\neg P \land Q01m1m_1
    P¬QP \land \neg Q10m2m_2
    PQP \land Q11m3m_3

    大项(Maxterm)

    公式成假赋值 (P,Q)(P,Q)名称
    PQP \lor Q00M0M_0
    P¬QP \lor \neg Q01M1M_1
    ¬PQ\neg P \lor Q10M2M_2
    ¬P¬Q\neg P \lor \neg Q11M3M_3
  • 3 变元小项与大项 (P,Q,rP, Q, r)

    三变量小项(Minterm)

    公式成真赋值 (P,Q,r)(P,Q,r)名称
    ¬P¬Q¬r\neg P \land \neg Q \land \neg r000m0m_0
    ¬P¬Qr\neg P \land \neg Q \land r001m1m_1
    ¬PQ¬r\neg P \land Q \land \neg r010m2m_2
    ¬PQr\neg P \land Q \land r011m3m_3
    P¬Q¬rP \land \neg Q \land \neg r100m4m_4
    P¬QrP \land \neg Q \land r101m5m_5
    PQ¬rP \land Q \land \neg r110m6m_6
    PQrP \land Q \land r111m7m_7

    三变量大项(Maxterm)

    公式成假赋值 (P,Q,r)(P,Q,r)名称
    PQrP \lor Q \lor r000M0M_0
    PQ¬rP \lor Q \lor \neg r001M1M_1
    P¬QrP \lor \neg Q \lor r010M2M_2
    P¬Q¬rP \lor \neg Q \lor \neg r011M3M_3
    ¬PQr\neg P \lor Q \lor r100M4M_4
    ¬PQ¬r\neg P \lor Q \lor \neg r101M5M_5
    ¬P¬Qr\neg P \lor \neg Q \lor r110M6M_6
    ¬P¬Q¬r\neg P \lor \neg Q \lor \neg r111M7M_7

2. 主范式求解方法

例四:求 PQP \rightarrow Q 的主合取范式和主析取范式。

方法一:真值表法

通过列出真值表,直接找出使公式为 11 的项(对应主析取范式的小项)或为 00 的项(对应主合取范式的大项)。

小项赋值P→Q
m0m_0001
m1m_1011
m2m_2100
m3m_3111
  • 主析取范式(找真值结果为 11 的小项进行析取):

    PQ(¬P¬Q)(¬PQ)(PQ)m0m1m3P \rightarrow Q \Leftrightarrow (\neg P \wedge \neg Q) \vee (\neg P \wedge Q) \vee (P \wedge Q) \Leftrightarrow m_0 \vee m_1 \vee m_3

  • 主合取范式(找真值结果为 00 的成假赋值 10,对应大项 M2M_2):

    PQ¬PQM2P \rightarrow Q \Leftrightarrow \neg P \vee Q \Leftrightarrow M_2

方法二:等值演算法

通过基本定律进行代数展开,通常使用“乘以 1”(即 (Q¬Q)\wedge (Q \vee \neg Q))或“加上 0”(即 (Q¬Q)\vee (Q \wedge \neg Q))的方法来补全缺失的变元。

  • 求主合取范式

    PQ¬PQ变元完整,直接得到主合取范式 M2P \rightarrow Q \Leftrightarrow \neg P \vee Q \quad \longrightarrow \text{变元完整,直接得到主合取范式 } M_2

  • 求主析取范式

    PQ¬PQ(¬P(Q¬Q))((P¬P)Q)【补全变元】(¬PQ)(¬P¬Q)(PQ)(¬PQ)【分配律展开】(¬PQ)(¬P¬Q)(PQ)【利用幂等律去重】调整顺序后即为主析取范式:m0m1m3\begin{aligned} P \rightarrow Q & \Leftrightarrow \neg P \vee Q \\ & \Leftrightarrow (\neg P \wedge (Q \vee \neg Q)) \vee ((P \vee \neg P) \wedge Q) \quad \text{【补全变元】} \\ & \Leftrightarrow (\neg P \wedge Q) \vee (\neg P \wedge \neg Q) \vee (P \wedge Q) \vee (\neg P \wedge Q) \quad \text{【分配律展开】} \\ & \Leftrightarrow (\neg P \wedge Q) \vee (\neg P \wedge \neg Q) \vee (P \wedge Q) \quad \text{【利用幂等律去重】} \\ & \longrightarrow \text{调整顺序后即为主析取范式:} m_0 \vee m_1 \vee m_3 \end{aligned}

这两幅板书主要讲解了离散数学中的两个进阶课题:复杂的等值演算求主范式,以及全功能联结词集(联结词完备集)的定义与公式转换。以下是为你整理的完整内容提取与公式梳理:

一、 经典例题:等值演算求主范式

例五:用等值演算求 P((PQ)¬(¬Q¬P))P \rightarrow ((P \rightarrow Q) \wedge \neg(\neg Q \vee \neg P)) 的主合取范式和主析取范式。

P((PQ)¬(¬Q¬P))¬P((¬PQ)(QP))【蕴含等值式与德⋅摩根律、双否律】(¬P¬PQ)(¬PQ)(¬PP)【分配律展开,其中 ¬PP1¬PQ 变元完整,直接得到 【主合取范式】 (大项 M2)(¬P(Q¬Q))((P¬P)Q)【等值演算法:引入缺少的变元补全小项】(¬PQ)(¬P¬Q)(PQ)(¬PQ)【分配律展开】(¬PQ)(¬P¬Q)(PQ) 调整顺序后即为 【主析取范式】 (即 m0m1m3)\begin{aligned} & P \rightarrow ((P \rightarrow Q) \wedge \neg(\neg Q \vee \neg P)) \\ \Leftrightarrow\quad & \neg P \vee ((\neg P \vee Q) \wedge (Q \wedge P)) \quad \text{【蕴含等值式与德·摩根律、双否律】} \\ \Leftrightarrow\quad & (\neg P \vee \neg P \vee Q) \wedge (\neg P \vee Q) \wedge (\neg P \vee P) \quad \text{【分配律展开,其中 }\neg P \vee P \Leftrightarrow 1\text{】} \\ \Leftrightarrow\quad & \neg P \vee Q \quad \longrightarrow \text{ 变元完整,直接得到 【主合取范式】 (大项 } M_2 \text{)} \\ \Leftrightarrow\quad & (\neg P \wedge (Q \vee \neg Q)) \vee ((P \vee \neg P) \wedge Q) \quad \text{【等值演算法:引入缺少的变元补全小项】} \\ \Leftrightarrow\quad & (\neg P \wedge Q) \vee (\neg P \wedge \neg Q) \vee (P \wedge Q) \vee (\neg P \wedge Q) \quad \text{【分配律展开】} \\ \Leftrightarrow\quad & (\neg P \wedge Q) \vee (\neg P \wedge \neg Q) \vee (P \wedge Q) \quad \longrightarrow \text{ 调整顺序后即为 【主析取范式】 (即 } m_0 \vee m_1 \vee m_3 \text{)} \end{aligned}

二、 联结词完备集(全功能集)

1. 定义与定理

如果某个联结词集合中的元素能够表示出所有的命题公式与其等价,则称该集合 SS 是一个联结词完备集

定理 (Th):以下联结词集都是联结词完备集:

  1. S1={¬,,}S_1 = \{ \neg, \wedge, \vee \}
  2. S2={¬,,,}S_2 = \{ \neg, \wedge, \vee, \rightarrow \}
  3. S3={¬,,,,}S_3 = \{ \neg, \wedge, \vee, \rightarrow, \leftrightarrow \}
  4. S4={¬,}S_4 = \{ \neg, \wedge \}
  5. S5={¬,}S_5 = \{ \neg, \vee \}
  6. S6={¬,}S_6 = \{ \neg, \rightarrow \}
  7. S7={}S_7 = \{ \uparrow \} (与非门 / Sheffer stroke,定义:PQ¬(PQ)P \uparrow Q \Leftrightarrow \neg(P \wedge Q)
  8. S8={}S_8 = \{ \downarrow \} (或非门 / Peirce arrow,定义:PQ¬(PQ)P \downarrow Q \Leftrightarrow \neg(P \vee Q)

2. 经典例题:联结词集化简与转换

例六:将 PQP \rightarrow Q 分别化成在指定完备集上的公式。

  • 给定完备集目标:S1={¬,}S_1 = \{ \neg, \wedge \}, S2={¬,}S_2 = \{ \neg, \vee \}, S3={}S_3 = \{ \uparrow \}, S4={}S_4 = \{ \downarrow \}

① 转换为 S2={¬,}S_2 = \{ \neg, \vee \} 上的公式:

PQ¬PQ是 S2 上的公式P \rightarrow Q \Leftrightarrow \neg P \vee Q \quad \longrightarrow \text{是 } S_2 \text{ 上的公式}

② 转换为 S1={¬,}S_1 = \{ \neg, \wedge \} 上的公式:

PQ¬PQ¬¬(¬PQ)【双否律】¬(P¬Q)是 S1 上的公式\begin{aligned} P \rightarrow Q & \Leftrightarrow \neg P \vee Q \\ & \Leftrightarrow \neg\neg(\neg P \vee Q) \quad \text{【双否律】} \\ & \Leftrightarrow \neg(P \wedge \neg Q) \quad \longrightarrow \text{是 } S_1 \text{ 上的公式} \end{aligned}

③ 转换为 S3={}S_3 = \{ \uparrow \}(与非)上的公式:

PQ¬(P¬Q)P¬Q【利用与非定义】P(¬Q¬Q)P¬(QQ)P(QQ)是 S3 上的公式\begin{aligned} P \rightarrow Q & \Leftrightarrow \neg(P \wedge \neg Q) \\ & \Leftrightarrow P \uparrow \neg Q \quad \text{【利用与非定义】} \\ & \Leftrightarrow P \uparrow ( \neg Q \vee \neg Q ) \\ & \Leftrightarrow P \uparrow \neg(Q \wedge Q) \\ & \Leftrightarrow P \uparrow (Q \uparrow Q) \quad \longrightarrow \text{是 } S_3 \text{ 上的公式} \end{aligned}

④ 转换为 S4={}S_4 = \{ \downarrow \}(或非)上的公式:

基础手写代换提示¬P¬(PP)PP\neg P \Leftrightarrow \neg(P \vee P) \Leftrightarrow P \downarrow P

PQ¬PQ¬¬(¬PQ)¬(¬PQ)【将内层用或非表示】¬((PP)Q)【将 ¬P 用或非表示】((PP)Q)((PP)Q)是 S4 上的公式\begin{aligned} P \rightarrow Q & \Leftrightarrow \neg P \vee Q \\ & \Leftrightarrow \neg\neg(\neg P \vee Q) \\ & \Leftrightarrow \neg(\neg P \downarrow Q) \quad \text{【将内层用或非表示】} \\ & \Leftrightarrow \neg((P \downarrow P) \downarrow Q) \quad \text{【将 }\neg P\text{ 用或非表示】} \\ & \Leftrightarrow ((P \downarrow P) \downarrow Q) \downarrow ((P \downarrow P) \downarrow Q) \quad \longrightarrow \text{是 } S_4 \text{ 上的公式} \end{aligned}

CH3 命题逻辑的推理理论