离散数学 第一章 命题逻辑 18推理理论

在数学和其他自然科学中,经常要考虑从某些前提a1,a2,…,an能够推导出什么结论。例如从分子学说,原子学说,能够得到什么结论,从光的波动学说,能得到什么结论等等。我们一般地要对〃假设〃的内容作深入分析,并推究其间的关系,从而得到结论。但也有一些道理,只需分析假设中的真值和联结词,便可获得结论。

在实际应用的推理中,我们常常把本门学科的一些定律、定理和条件,作为假设前提,尽管这些前提在数理逻辑中实非永真,但在推理过程中,却总是假设这些命题为t,并使用一些公认的规则,得到另外的命题,形成结论,这种过程就是论证。

定义1-8。1 设a和c是两个命题公式,当且仅当a→c为一重言式,既aþc,称c是a的有效结论。或c可由a逻辑地推出。

这个定义可以推广到有n个前提的情况。

h1, h2, …,hn,c是命题公式,当且仅当
       h1∧ h2∧ …∧hn
þc      (a) 称c是一组前提h1, h2, …,hn的有效结论。
    判别有效结论的过程就是论证过程,论证方法千变万化,但基本方法是真值表法、直接证法和间接证法。
 (1)真值表法

        设p1, p2, …,pn 是出现于前提h1, h2, …, hm和结论c中的全部命题变元,假定对p1, p2, …, pn作了全部的真值指派,这样就能对应地确定h1, h2, …, hm和c的所有真值,列出这个真值表,即可看出(a)式是否成立。
    因为若从真值表上找出h1, h2, …, hm真值均为t的行,对于每一个这样的行,若c也有真值t,则上述蕴涵式成立;或者找出c的真值为f的行,对于每一个这样的行,h1, h2, …, hm的真值中至少有一个为f,则上述蕴涵式也成立。
   现举例说明如下:
   例题1一份统计表格的错误或者是由于材料不可靠,或者是由于计算机有错误;这份统计表格的错误不是由于材料不可靠,所以这份统计表格是由于计算有错误。
     解 设各命题变元为
             p:统计表格的错误是由于材料不可靠。
             q:统计表格的错误是由于计算有错误。
       本例可译为:q是前提p∨q,┓p的有效结论,即 ┓p∧(p∨q)
þ
    我们列出真值表1-8.1如下:

表1-8.1

p

q

p∨q

┓p

t

t

t

f

t

f

t

f

f

t

t

t

f

f

f

t

从表上看到只有在第三行 p∨q和 ┓p的真值都为t,这时q的真值亦为t。故( p∨q)∧ (┓p)þ q成立。或者考察q的真值为f的情况,在第二行和第四行,其相应的 p∨q或 ┓p中至少有一真值为f,故亦说明       ( p∨q)∧ (┓p)þ q成立.

          例题2  如果张老师来了,这个问题可以得到解答,如果李老师来了,这个问题也可以得到解答,总之张老师或 李老师来了,这个问题就可得到解答。
      解  若设 p:张老师来了。
           q:李老师来了。
           r:这个问可以得到解答。
      上述语句可翻译成下述命题关系式
          (p→r)∧(q→r)∧( p∨q)
þ
     列出真值表1-8.2如下


表1-8.2

p

q

r

p→r

q→r

p∨q

t

t

t

t

t

t

t

t

f

f

f

t

t

f

t

t

t

t

t

f

f

f

t

t

f

t

t

t

t

t

f

t

f

t

f

t

f

f

t

t

t

f

f

f

f

t

t

f

 

 

 

 

 

 

从真值表看到,p→r,q→r, p∨q 的真值都为t的情况为第一行、第三行和第五行,而在这三行中r的真值均为t。故
    (p→r)∧(q→r)∧( p∨q)þ

(2)直接证法

直接证法就是由一组前提,利用一些公认的推理规则,根据已知的等价或蕴涵公式,推演得到有效的结论。
p规则前提在推导过程中的任何时候都可以引入使用。
    t规则在推导中,如果有一个或多个公式、重言蕴涵着公式s,则公式s可以引入推导中。
    现将常用的蕴涵式和等价式列入表1-8.3和表1-8.4中。

例题1 证明 ( p∨q)∧(p→r)∧(q→r)þs∨r
证法1  (1)p∨q       p
    (2)┓p→q     t(1)e
    (3)q→s     p
    (4)┓p→s     t(2),(3)1

表1-8.3

i1

p∧qþp

i2

p∧qþq

i3

pþp∨q

i4

qþp∨q

i5

┓pþp→q

i6

qþp→q

i7

┓(p→q)þp

i8

┓(p→q)þ┓q

i9

p,qþp∧q

i10

┓p,p∨qþq

i11

p,p→qþq

i12

┓q,p→qþ┓p

i13

p→q,q→rþp→r

i14

p∨q,p→r,q→rþr

i15

a→bþ(a∨c)→(b∨c)

i16

a→bþ(a∧c)→(b∧c)

表1-8.4

e1

┓┓pûp

e2

p∧qûq∧p

e3

p∨qûq∨p

e4

(p∧q)∧rûp∧(q∧r)

e5

(p∨q)∨rûp∨(q∨r)

e6

p∧(q∨r)û(p∧q)∨(p∧r)

e7

p∨(q∧r)û(p∧q)∨(p∧r)

e8

┓(p∧q)û┓p∨┓q

e9

┓(p∨q)û┓p∧┓q

e10

p∨pûp

e11

p∧pûp

e12

r∨(p∧┓p)ûr

e13

p∧(p∨┓p)ûr

e14

r∨(p∨┓p)ût

e15

p∧(p∧┓p)ûf

e16

p→qû┓p∨q

e17

┓(p→q)ûp∧┓q

e18

p→qû┓q→┓p

e19

p→(q→r)û(p∧q)→r

e20

p«qû(p→q)∧(q→p)

e21

p«qûp ∧q)∨(┓p∧┓q)

e22

┓(p«q)ûp«┓q

5)┓s→p      t(4)e
(6)p →r     p
(7)┓s→r     t(5),(6)i
(8)s∨r      t(7)e

证法2    (1)p →r         p
                    (2)p ∨q→r∨q    t(1)i
                    (3)q→s       p
                    (4)q∨r→s∨r   t(3)i
                    (5)p∨q→s∨r   t(2),(4)i
                    (6)p∨q       p
                    (7)s∨r       t(5),(6)i

例题2 证明 (w∨r)→v,v→c∨s,s→u,┓c∧┓uþ┓w
证明 (1) ┓c∧┓u        
   (2) ┓u           t(1)i
   (3)s→u           p
   (4)┓s           t(2),(3)i
   (5)┓c           t(1)i
   (6)┓c∧┓s        t(4),(5)i
   (7)┓(c∨s)        t(6)e
   (8)(w∨r)→v       p
   (9)v→(c∨s)       p
   (10)(w∨r)→(c∨s) t(8),(9)i
   (11)┓(w∨r)     t(7),(10)i
   (12)┓w∧┓r     t(11)e
   (13)┓w        t(12)i

(3)间接证法

定义1-8.2 假设公式h1, h2, …, hm中的命题变元为p1, p2, …, pn,对于p1, p2, …, pn的一些真值指派,如果能使h1∧ h2∧ …∧hm的真值为t,则称公式h1, h2, …, hm是相容的。如果对于p1, p2, …, pn的每一组真值指派使得h1∧ h2∧ …∧hm的真值均为f,则称公式h1, h2, …, hm是不相容的。
   现在可把不相容的概念应用于命题公式的证明。
    设有一组前提h1, h2, …, hm,要推出结论c,即证h1∧ h2∧ …∧hm
þc,记作sþc,既┓c→┓s为永真,或c∨┓s为永真,故┓c┓s为永假。因此要证明h1∧ h2∧ …∧hmþc,只要证明h1, h2, …, hm与┓c是不相容。

例题3 证明a→b,┓(b∨c)可逻辑推出┓a
             证明    (1)a→b               p
                   (2)a                  p(附加前提)
                     (3)┓(b∨c)            p
                      (4)┓b∧┓c           t(3)e
                      (5)b               t(1),(2)i
                      (6)┓b             t(4)i
                      (7)b∧┓b(矛盾)        t(5),(6)i

例题4 证明 (p∨q)∧(p→r)∧(q→s)þ s∨r
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)→(p∧┓r)   t(7)i
         (9)p∧┓r        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)(矛盾) t(9),(12)i

间接证法的另一种情况是:若要证h1∧ h2∧ …∧hmþr→c)。设h1∧ h2∧ …∧hm为s,
即证s
þ(r→c)或sþ(┓r∨c),故s→(┓r∨c)为永真式。因为s→(┓r∨c)û┓s∨(┓r∨c)û(┓s∨┓r)∨cû┓(s∧r)∨cû(s∧r)→c,所以若将r作附加前提,如有(s∧r)→c,即证得s þ(r→c)。由(s∧r)þc,证得sþ(r →c)称为cp规则。

例题5 证明a→(b→c),┓d∨a,b重言蕴涵d→c
证明   (1)d      p(附加前提)
       (2)┓d∨a       p
       (3)a         t(1),(2)i
       (4)a→(b→c)    p
       (5)b →c       t(3),(4)i
       (6)b         p
       (7)c         t(5),(6)i
       (8)d →c       cp

例题6 没有下列情况结论是否有效?
(a) 或者是天晴,或者是下雨。
(b) 如果是天晴,我去看电影。
(c) 如果我去看电影,我就不看书。
结论:如果我在看书则天在下雨。

  若设 m:晴天。
q:下雨。
s:我看电影。
r:我看书。

故本题即证:m∨q,m→s,s→┓r,推出r→q
因为 (m∨q)û┓(m«q)
(1)r                  p(附加前提)
(2)s→┓p                 p
(3)p→┓s                 t(2)e
(4)┓s                   t(1)(3)i
(5)m→s                   p
(6)┓m                   t(4),(5)i
(7)┓(m→←q)           p
(8)m→←┓q             t(7)e
(9)(m→┓q)∧(┓q→m)  t(8)e
(10)┓q→m           t(9)i
(11)┓m→q           t(10)e
(12)q              t(60,(11)i
(13)r→q           cp

原文地址:https://www.cnblogs.com/emanlee/p/1799102.html