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逻辑问题和命题代数
L·L·钦曼
让我们从几个逻辑问题的表述开始。
任务 1. 家长会后,一位家长找到老师。
“你没有把我儿子列为好学生,”他说。 “但我的费迪亚是一名优秀的学生,而且还是班上最好的运动员。”
“是的,你说得对。”老师回答道。 “但我们认为一个好学生是一个学习好的学生,遵守纪律,帮助那些学习落后的人,此外,还参与科学界的工作或参与争论。”还有你的费迪亚…
老师还要对费奥多·帕莱说什么呢?
问题 2. 因此,有一次需要同时讯问三名证人:克劳德、雅克和迪克。他们的证词遭到其他人的反驳,每个人都被指控撒谎。克劳德说雅克在撒谎,雅克指责迪克撒谎,因此迪克坚持不相信克劳德或雅克。但他很快就把他们公开了,没有问他们任何问题。哪个证人回答了真相?
问题3. 一名男子被野人俘虏,并被关在一个有两个出口的地牢里。野蛮人的首领为俘虏提供了以下拯救的机会:“一个出口通向自由,另一个出口则导致死亡。你可以选择任何人。我们帮助我的证人做出选择。他会留在这里
会回答一个问题——任何我们想问他的问题。但我警告自己:如果这个警卫心情好,那么他说的是真话,但如果他心情不好,那么他就是在说谎!
沉思片刻后,聚集在一起的洛伊克问了一个问题,然后他明确地选择了通向自由的出口。那个问题是什么?
与所列出的逻辑问题类似的逻辑问题经常出现在科普出版物中。解决这些问题不需要任何逻辑领域的特殊知识,只需要相当发达的逻辑思维。但是想象一下,一个人负责解决一些数值问题(运动、浇注),但不知道如何自由地进行代数变换和求解方程。在不使用辅助工具的情况下解决逻辑问题时,您会发现自己处于大致相同的位置,这称为命题代数或逻辑代数(与学校学习的数字代数相对)。
本文的目的是向读者介绍代数必要性的初步信息,并利用所获得的知识来解决上述问题。但请注意,命题代数不仅用于解决逻辑问题(这只是其应用之一),而且它也很重要
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否定陈述
语句否定的符号是。语句的否定对应于语句“not ”(“不是真的”)。因此,由如下真值表确定:
| | |
| :— | :— |
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
使用语句代数中引入的运算,可以从各个语句…构造复杂的代数表达式,例如:。
与数值代数一样,条件是乘法运算比加法运算更古老。这使您可以避免编写一些括号。现在的表达
可以重写为以下形式
.
如果您知道代数表达式中包含的每个语句的含义,那么使用真值表您可以找到该代数表达式的值。例如,让我们找到代数表达式 及其分量 和 所有可能值的值:
| | | | | |
| :— | :— | :— | :— | :— |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
首先,使用前两列中的值填充第三列和第四列,然后根据加法的定义填充最后一列。该表称为表达式 的真值表。
现在让我们为 构建一个真值表:
| | | |
| :— | :— | :— |
| 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 |
上表中的以下各列结果是相同的。这意味着对于语句和的任何值,表达式和具有相同的含义。我们将这样的代数表达式称为等价的。为了记录等价性,使用身份符号:
这两个等价表达具有相同的含义,但用不同的词语表达。
事实上,如果和是一些陈述,那么表示复杂陈述“两个给定陈述都为真不是真的”,表示复杂陈述“至少一个给定陈述为假”。
真值表中最后一列由 1(或 0)组成的代数表达式也称为真真(相当于假),并用字母 (字母 )表示。
使用真值表,总是很容易确定两个给定的代数表达式是否等价。
让我们提出最简单的等价物,其中一些我们
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接下来我们将使用它们作为规则。
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
- .
如果我们像上面对规则 9 所做的那样想象规则 1-17 的实质含义,那么这些等价物将变得明显且易于记住。
列出的一些规则,即 1-5,与数值代数中加法和乘法运算的众所周知的属性类似。因此,在命题代数中,我们可以执行类似于数值代数中的代数变换。特别是,我们可以使用多项式与多项式相乘的规则来“乘”两个代数语句。
但命题代数也有其特定的规则,例如6。
问题1的解决方案
让我们引入该语句的符号:
:“Fedya 是个好学生”;
:“Fedya 遵守纪律”;
:“Fedya帮助那些学习落后的人”;
:“Fedya 参与科学界的工作”;
:“Fedya 喜欢运动。”
现在,“费迪亚是一个好学生”这一说法,根据“定义的”好学生,这个教学,
体,可以这样写:
().
在命题代数的语言中,这个复杂的陈述将采用代数表达式的形式
.
老师声称“这不是真的(Fedya 是个好学生)”,即
现在让我们首先根据规则 9 变换左侧的代数表达式(虽然在这种情况下,否定位于四个分量的逻辑乘积之上,但很容易看出 9 的等价性在这种更一般的形式中仍然有效),然后根据规则 10:
费丁·波波 (Fedin Popau) 会声称(老师也同意他的观点)
(Fedya 是一名优秀的学生!),而且
(Fedya 是班上最好的滑雪者!)。那么在(1)中,前两项是假的,可以根据规则17和14将其丢弃。
我们明白了
这意味着老师想向Fedya抱怨,要么是因为Fedya不遵守纪律,要么是因为他不帮助那些学习落后的人(或者也许Fedya同时成为这两个缺点)。
问题2的解决方案
让我们用字母、、相应地表示证人克劳德、雅克和迪克的证词。我们不知道这些读数哪些是真实的,哪些是错误的。但我们知道以下几点:
- 要么克劳德说真话,然后雅克说谎,要么克劳德说谎,然后雅克说真话;