命题逻辑的基本概念
原子命题


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) |
|---|
| 非 | ¬ | 否定 |
| 并且 | ∧ | 合取 |
| 或 | ∨ | 析取 |
| 如果……则…… | → | 蕴含 |
| 当且仅当 | ↔ | 等价 |
二、 五大基本真值表
板书用 1 表示真(True),0 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)
② 合取 (p∧q)
③ 析取 (p∨q)
④ 蕴含 (p→q)
-
规则:前真后假才为假(1→0 结果为 0,其余情况皆为 1)。
-
右下角手写补充概念:
- p 称为前件或条件;q 称为后件或结论。
- 对应四种输入结果:
- 1→0⇒0
- 1→1⇒1
- 0→0⇒1
- 0→1⇒1
-
真值表:
p0011q0101p→q1101
⑤ 等价 (p↔q)
-
规则:相同为真,不同为假(p 与 q 同为 0 或同为 1 时结果为 1)。
-
真值表:
p0011q0101p↔q1001
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:
¬≻∧≻∨≻→≻↔
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:
¬p→q∨r↔s
等价于加括号后的形式:
(¬p)→(q∨r)↔s
(注:原图手写公式最后少写了一个 ↔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 是无理数。
2. 2 和 5 都是无理数。
3. 2 和 5 的乘积是无理数。
4. 小丽喜欢唱歌或者喜欢跳舞。
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,q:今晚小丽打球。
则符号化为:(p∧¬q)∨(¬p∧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:
令 p:天气好,q:我去公园。
- 句型一:如果天气好,我就去公园;
- 符号化为:p→q
- 句型二:只要天气好,我就去公园;
- 符号化为:p→q (“只要 A 就 B” 等价于 A→B)
- 句型三:只有天气好,我才会去公园;
- 符号化为:q→p (“只有 A 才 B” 等价于 B→A)
- 句型四:仅当天气好,才去公园。
- 符号化为:q→p (“B 仅当 A” 等价于 B→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:
令 p:经一事,q:长一智。
则符号化为:(p→q)∧(¬p→¬q)
(注:该公式也等价于 p↔q)
8. 天津是直辖市的充要条件是 2+3=5。
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 1。(又称Tautology)
- Contradiction:公式真值恒为 0。(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 1。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:p∧r∧¬(q→p)
- 分析方法:真值表法(涉及 p,q,r 三个变元,共 23=8 种赋值组合)。
- 真值表递推过程:
p00001111q00110011r01010101p∧r00000101q→p11001111¬(q→p)00110000p∧r∧¬(q→p)00000000
- 结论:∵ 最后一列真值全为 0,
- ∴ 公式为Contradiction。
② 公式:(p→q)→(¬q→¬p)
-
分析方法:涉及 p,q 两个变元,共 4 种赋值组合。
-
真值表递推过程:
p0011q0101p→q1101¬q→¬p1101(p→q)→(¬q→¬p)1111
-
结论:∵ 最后一列真值全为 1,∴ 公式为Tautology。
③ 公式:(¬p∧q)→¬r
-
真值表递推过程(提取自第三张图的上半部分):
p00001111q00110011r01010101¬p∧q00110000¬r10101010(¬p∧q)→¬r1110←(1→0⇒0)1111
-
结论:最后一列真值有 1 也有 0,… 公式为Contingency,非Tautology。
例四:求公式 (¬p∧q)→¬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 0 的变量输入组合。
- 结果为:011 (即 p=0,q=1,r=1)
- 成真赋值:使得公式最终真值为 1 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 011 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 A↔B 为Tautology,则称 A,B 是等值的。记作 A⇔B,称 A⇔B 为等值式。
- 手写补充笔记:
- “⇔” 不是联结词。
- A⇔B 也可以记作 A=B 或 A⊨∣B。
2. 常见等值式(基本定律)
- 双否律:¬¬A⇔A
- 幂等律:A∧A⇔A, A∨A⇔A
- 交换律:A∧B⇔B∧A, A∨B⇔B∨A
- 结合律:A∧(B∧C)⇔(A∧B)∧C, A∨(B∨C)⇔(A∨B)∨C
- 分配律:
- A∨(B∧C)⇔(A∨B)∧(A∨C)
- A∧(B∨C)⇔(A∧B)∨(A∧C)
- 德·摩根律:
- ¬(A∧B)⇔¬A∨¬B
- ¬(A∨B)⇔¬A∧¬B
- 吸收律:A∨(A∧B)⇔A, A∧(A∨B)⇔A
- 零律:A∨1⇔1, A∧0⇔0
- 同一律:A∧1⇔A, A∨0⇔A
- 排中律:A∨¬A⇔1
- 矛盾律:A∧¬A⇔0
- 蕴含等值式(重点标记 ⋆):A→B⇔¬A∨B
- 等价等值式:A↔B⇔(A→B)∧(B→A)
- [[Proof by contraposition]]:A→B⇔¬B→¬A
- 等价否定:A↔B⇔¬A↔¬B
- 归谬论:(A→B)∧(A→¬B)⇔¬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 → 和 ↔,换成 ¬,∧,∨。
题 ①:p∧r∧¬(q→p)
⇔p∧r∧¬(¬q∨p)⇔p∧r∧(q∧¬p)⇔p∧¬p∧q∧r⇔0
- 结论:∴ 公式为Contradiction。
题 ②:(¬p∧q)→¬r
⇔¬(¬p∧q)∨¬r⇔p∨¬q∨¬r
- 成真赋值:100,111
- 成假赋值:011
- 结论:∴ 公式为Contingency。
例二:证明 q→(p→r)⇔(p∧q)→r
方法一:从左边推导到右边
证:q→(p→r)⇔¬q∨(¬p∨r)⇔¬p∨¬q∨r⇔¬(p∧q)∨r⇔(p∧q)→r
方法二:从右边推导到左边
法二:(p∧q)→r⇔¬(p∧q)∨r⇔¬p∨¬q∨r⇔¬q∨¬p∨r⇔¬q∨(p→r)⇔q→(p→r)
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 P 为任意命题变量,则 P 和 ¬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:P∨Q,P∨¬Q,¬P
- 有限个文字的合取称为合取式。如:¬P∧Q,P∧Q∧r,¬r
- def 3(范式):
- 有限个合取式的析取称为析取范式。结构形如:(⋯∧…)∨(⋯∧…)∨…
- 有限个析取式的合取称为合取范式。结构形如:(⋯∨…)∧(⋯∨…)∧…
2. 经典例题
例三:求 (P∨Q)↔P 的合取范式和析取范式。
核心公式提示:消去 ↔ 和 →,只留下 ¬,∧,∨。
(P∨Q)↔P⇔((P∨Q)→P)∧(P→(P∨Q))⇔(¬(P∨Q)∨P)∧(¬P∨P∨Q)【其中 ¬P∨P∨Q⇔1】⇔(¬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】
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 n 个命题变元的合取式 G(p1,p2,…,pn),若每个 pi 和 ¬pi 出现且仅出现一次,而且出现次序与 p1,p2,…,pn 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 n 个命题变元的析取式 G(p1,p2,…,pn),若每个 pi 和 ¬pi 出现且仅出现一次,而且出现次序与 p1,p2,…,pn 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,Q)
小项(Minterm)
| 公式 | 成真赋值 (P,Q) | 名称 |
|---|
| ¬P∧¬Q | 00 | m0 |
| ¬P∧Q | 01 | m1 |
| P∧¬Q | 10 | m2 |
| P∧Q | 11 | m3 |
大项(Maxterm)
| 公式 | 成假赋值 (P,Q) | 名称 |
|---|
| P∨Q | 00 | M0 |
| P∨¬Q | 01 | M1 |
| ¬P∨Q | 10 | M2 |
| ¬P∨¬Q | 11 | M3 |
-
3 变元小项与大项 (P,Q,r)
三变量小项(Minterm)
| 公式 | 成真赋值 (P,Q,r) | 名称 |
|---|
| ¬P∧¬Q∧¬r | 000 | m0 |
| ¬P∧¬Q∧r | 001 | m1 |
| ¬P∧Q∧¬r | 010 | m2 |
| ¬P∧Q∧r | 011 | m3 |
| P∧¬Q∧¬r | 100 | m4 |
| P∧¬Q∧r | 101 | m5 |
| P∧Q∧¬r | 110 | m6 |
| P∧Q∧r | 111 | m7 |
三变量大项(Maxterm)
| 公式 | 成假赋值 (P,Q,r) | 名称 |
|---|
| P∨Q∨r | 000 | M0 |
| P∨Q∨¬r | 001 | M1 |
| P∨¬Q∨r | 010 | M2 |
| P∨¬Q∨¬r | 011 | M3 |
| ¬P∨Q∨r | 100 | M4 |
| ¬P∨Q∨¬r | 101 | M5 |
| ¬P∨¬Q∨r | 110 | M6 |
| ¬P∨¬Q∨¬r | 111 | M7 |
2. 主范式求解方法
例四:求 P→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 1 的项(对应主析取范式的小项)或为 0 的项(对应主合取范式的大项)。
| 小项 | 赋值 | P→Q |
|---|
| m0 | 00 | 1 |
| m1 | 01 | 1 |
| m2 | 10 | 0 |
| m3 | 11 | 1 |
-
主析取范式(找真值结果为 1 的小项进行析取):
P→Q⇔(¬P∧¬Q)∨(¬P∧Q)∨(P∧Q)⇔m0∨m1∨m3
-
主合取范式(找真值结果为 0 的成假赋值 10,对应大项 M2):
P→Q⇔¬P∨Q⇔M2
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))或“加上 0”(即 ∨(Q∧¬Q))的方法来补全缺失的变元。
-
求主合取范式:
P→Q⇔¬P∨Q⟶变元完整,直接得到主合取范式 M2
-
求主析取范式:
P→Q⇔¬P∨Q⇔(¬P∧(Q∨¬Q))∨((P∨¬P)∧Q)【补全变元】⇔(¬P∧Q)∨(¬P∧¬Q)∨(P∧Q)∨(¬P∧Q)【分配律展开】⇔(¬P∧Q)∨(¬P∧¬Q)∨(P∧Q)【利用幂等律去重】⟶调整顺序后即为主析取范式:m0∨m1∨m3
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→((P→Q)∧¬(¬Q∨¬P)) 的主合取范式和主析取范式。
⇔⇔⇔⇔⇔⇔P→((P→Q)∧¬(¬Q∨¬P))¬P∨((¬P∨Q)∧(Q∧P))【蕴含等值式与德⋅摩根律、双否律】(¬P∨¬P∨Q)∧(¬P∨Q)∧(¬P∨P)【分配律展开,其中 ¬P∨P⇔1】¬P∨Q⟶ 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】(¬P∧Q)∨(¬P∧¬Q)∨(P∧Q)∨(¬P∧Q)【分配律展开】(¬P∧Q)∨(¬P∧¬Q)∨(P∧Q)⟶ 调整顺序后即为 【主析取范式】 (即 m0∨m1∨m3)
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 S 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:
- S1={¬,∧,∨}
- S2={¬,∧,∨,→}
- S3={¬,∧,∨,→,↔}
- S4={¬,∧}
- S5={¬,∨}
- S6={¬,→}
- S7={↑} (与非门 / Sheffer stroke,定义:P↑Q⇔¬(P∧Q))
- S8={↓} (或非门 / Peirce arrow,定义:P↓Q⇔¬(P∨Q))
2. 经典例题:联结词集化简与转换
例六:将 P→Q 分别化成在指定完备集上的公式。
- 给定完备集目标:S1={¬,∧}, S2={¬,∨}, S3={↑}, S4={↓}
① 转换为 S2={¬,∨} 上的公式:
P→Q⇔¬P∨Q⟶是 S2 上的公式
② 转换为 S1={¬,∧} 上的公式:
P→Q⇔¬P∨Q⇔¬¬(¬P∨Q)【双否律】⇔¬(P∧¬Q)⟶是 S1 上的公式
③ 转换为 S3={↑}(与非)上的公式:
P→Q⇔¬(P∧¬Q)⇔P↑¬Q【利用与非定义】⇔P↑(¬Q∨¬Q)⇔P↑¬(Q∧Q)⇔P↑(Q↑Q)⟶是 S3 上的公式
④ 转换为 S4={↓}(或非)上的公式:
基础手写代换提示:¬P⇔¬(P∨P)⇔P↓P
P→Q⇔¬P∨Q⇔¬¬(¬P∨Q)⇔¬(¬P↓Q)【将内层用或非表示】⇔¬((P↓P)↓Q)【将 ¬P 用或非表示】⇔((P↓P)↓Q)↓((P↓P)↓Q)⟶是 S4 上的公式
CH3 命题逻辑的推理理论