Какое из предложений является одноместным предикатом sin x 7
Рассмотрим предложение «n – четное число», где n – натуральная переменная. Это предложение не является высказыванием, т.к. нельзя сказать, истинно оно или ложно. Но если вместо n подставить какое-либо допустимое значение (некоторое натуральное число), то получается высказывание. Например, при n=3получится ложное высказывание, а при n=6 – истинное. Предложения такого вида называются предикатами. Определение. Предложения с переменными, дающие высказывания в результате замены свободных переменных их допустимыми значениями называются предикатами.
Пример: Пусть x, y, z – целочисленные переменные. 1) x > 10; 2) x + y = 7; 3) x 2 + y 2 = z 2 – предикаты. По числу свободных переменных, входящих в предикат, различают предикаты одноместные,двухместные, трехместные и т.д. (соответствуют примеры 1)-3)). Высказывания будем считать 0-местными предикатами. Предикаты можно задавать различными способами. В алгебре предикаты задаются с помощью уравнений, неравенств, систем уравнений и неравенств и т.д. Например: 1) x+1=0, xR – одноместный предикат. 2) x+y=5, 2x-y>3, x,yR – двухместные предикаты. Обозначение предикатов:A(x), B(x, y), C(x, y, z).
Определение. Истинностное значение предикатана том или ином наборе входящих в его состав свободных переменных – это истинностное значение высказывания, которое получается в результате замены свободных переменных соответствующими значениями из рассматриваемого набора. Пример: истинностное значение предиката A(x): x>2, xR, дляx=5 – истина, дляx=1 – ложь. Истинностное значение предиката B(x, y): x 2 +y 2 =25, x, yZ, дляx=5, y=0 – истина, дляx=y=1 – ложь.
1.2. Область истинности предиката Пусть A(x)– одноместный предикат на множестве M (xM).
Определение. Областью истинности одноместного предиката называется совокупность всех значений свободной переменной x, при которых предикат обращается в истинное высказывание. Будем обозначать это множество T(A(x)).Пример 1: Область истинности одноместного предиката A(x): x 2 0, xR –все действительные числа (это неравенство будет верно при подстановке любого действительного числа), т.е. T(A(x))=R. Пример 2: Область истинности предиката A(x): x-5=0, xR – число 5. T(A(x))=5. ПустьA(x, y) – двухместный предикат (xM1, yM2).
Определение. Областью истинности двухместного предиката называется совокупность всех пар значений свободных переменных x и y, при которых предикат обращается в истинное высказывание. Пример 3: областью истинности двухместного предиката x-y=0, x, yR является прямая на плоскости x=y, т.е все пары действительных чисел (x, y), для которых верно x=y. Пример 4: областью истинности двухместного предиката x 2 +y 2 =1, x, yRявляется окружность на плоскости с центром в точке (0, 0), радиуса 1, т.е все пары действительных чисел (x, y), для которых соответствующие точки лежат на этой окружности. Аналогично определяется область истинности для трехместного предиката и т.д. (n-местного предиката). Для предикатов можно определить следующие понятия: — тождественно истинный предикат (превращается в истинное высказывание при всех значениях свободных переменных), множество истинности такого предиката совпадает с множеством, на котором определен предикат; — тождественно ложный предикат(превращается в ложное высказывание при всех значениях свободных переменных), множество истинности такого предиката пусто; — выполнимый предикат (существует набор значений свободных переменных, при котором предикат превращается в истинное высказывание); — опровержимый предикат (существует набор значений свободных переменных, при котором предикат превращается в ложное высказывание). Т.о. предикат из примера 1 является тождественно истинным и выполнимым, предикаты из примеров 2-4 – выполнимыми и опровержимыми.
1.3. Логические операции (связки) над предикатами Связки, аналогичные связкам для высказываний, соответствуют логическим операциям над предикатами. Операции над n-местными предикатами вводятся аналогично одноместным. Пусть, например, Р(х) и Q(x) – предикаты, которые определены на множестве D причем Т(Р) и T(Q) – их множества истинности.
Определение. Отрицанием предиката Р(х) называется предикат, также определенный на множестве D и истинный при тех значениях переменной х, при которых Р(х) ложен,
т.е. Т() = D\T(P) .
Пример: предикат Р(х): «х – простое число» определен на множестве D=Z целых чисел, а его областью истинности являются только простые числа, т. е. числа, имеющие два делителя: х и 1. Тогда предикат «х – составное (целое) число», также определенный на Z, будет отрицанием предиката Р(х), т.е., а его областью истинности будет множество всех целых составных чисел (имеющих три и более делителей): Т() = D\T(P(x)). Рис. Множество истинности предиката
Аналогично вводятся и остальные операции.
Определение.Конъюнкция предикатов Р(х) и Q(x) есть новый предикат Р(х)Q(x), определенный на множестве D и истинный при тех значениях переменной х, при которых истинны одновременно оба предиката Р(х) и Q(x),
поэтому Т(Р(х)Q(x)) = T(P)T(Q). Рис. Множество истинности конъюнкции предикатов
Рассмотрим примеры. 1. Для предикатов Р(х): «х – четное число» и Q(x): «x кратно 7» конъюнкцией Р(х)Q(x) служит предикат «х – четное и кратное 7 число» или «х – число, кратное 14». 2. Решить систему неравенств означает: решить первое неравенство, т.е. определить Т(Р1), решить второе неравенство – определить Т(Р2). Определить, при каких х верны и первое, и второе неравенства. В данном случае система означает конъюнкцию высказываний (х8)(х>5) <=> 5<х8, а ответ является пересечением Т(Р1) и Т(Р2). Рис. Графическое решение системы неравенств
Определение. Дизъюнкцией предикатов Р(х) и Q(x) называется предикат Р(х)vQ(x), определенный на множестве D и истинный при тех значениях переменной х, при которых истинен хотя бы один из предикатов Р(х) или Q(x). Поэтому T(PvQ) = T(P)T(Q). Рис. Множество истинности дизъюнкции предикатов
Например, для предикатов Р(х): «х – число, кратное 3» и Q(x): «х – число, оканчивающееся на 3», определенных на N, дизъюнкцией Р(х)vQ(x) служит предикат: «х – число или кратное 3, или оканчивающееся цифрой 3». Так, при решении уравнений (неравенств), левая часть которых есть произведение нескольких множителей, а правая – нуль, они разбиваются на совокупность уравнений (неравенств). Например, х 2 — 8х — 20 = 0 <=> (х — 10)(х +2) = 0<=>х-10=0 (P1) или х+2=0 (Р2). Таким образом, нужно найти Т(Р1)=, Т(Р2)= и их объединение:
Т(Р)=.
Определение. Импликацией предиката Р(х) в Q(x) называется предикат Р(х)Q(x), определенный на множестве D и ложный только при тех значениях переменной х, при которой предикат Р(х) истинен, а предикат Q(x) ложен. В полном соответствии с формулой логики имеем: РQ=vQ, T(РQ) = (D\T(P))T(Q). Рис. Множество истинности импликации предикатов
Например, импликацией предикатов Р(х): «х – нечетное число» и Q(x): «x кратно 5», определенных на NU, служит предикат Р(х) Q(x): «Если х – нечетное число, то х кратно 5».
Здесь Т(Р) = <у| (y mod 2) = 1>= ; T(Q) =
Определение. Эквиваленцией предикатов Р(х) и Q(x) называется предикат Р(х)Q(x), определенный на множестве D и истинный при тех значениях переменной х, при которых либо оба предиката истинны, либо оба предиката ложны. Например, эквивалентны предикаты Р(х): «х – натуральное число, кратное 3» и Q(x): «x – натуральное число, сумма цифр которого делится на 3».
1.4. Следование и эквиваленция
Предикат Q2 следует из предиката Q1 если импликация Q1Q2 обращается в истинное высказывание при любых наборах значений переменных, входящих в нее. Для операции логического следования принято обозначение Q1Q2. Пусть даны два предиката, определенные на одном множестве. Предикаты Q1 и Q2 назовем равносильными, если при любом наборе значений переменных, входящих в них, предикаты принимают одинаковые значения истинности: Q1Q2. Очевидно, что если Q1Q2 a Q2Q1, то Q1Q2. Тогда T(Q1) = T(Q2), т.е. множества истинности равносильных предикатов также совпадают. Например, пусть предикаты заданы на множестве действительных чисел R. (х 2 – 5х + 6)/(x-2)= 0 и х 2 -5х+6 = 0 не являются равносильными. (3x+8)/(x 2 +1)= 0 и 3х+8=0 являются равносильными. В математике нарушение цепочки тождественных преобразований при решении уравнений или неравенств влечет за собой потерю имеющихся или приобретение посторонних корней, т.е. изменение множества истинности исследуемого предиката. Эти свойства предиката используются при решении уравнений и неравенств, которые тоже являются некоторыми предикатами. Так, решение любого уравнения или неравенства предусматривает установление множества его истинности, т. е. множества истинности соответствующего ему предиката. В процессе поиска множества истинности производят замену одного предиката другим, равносильным данному, с целью упрощения имеющихся предикатов.
1.5. Кванторы
Для количественных характеристик обычно используют понятия «все», «некоторые», «существуют» и др., которые называют кванторами (от лат. quantum – сколько). Символы и, заменяют слова «любой» и существует». Покажем действие этих кванторов в предикатах. Определение. Часть предиката, на которую распространяется действие квантора, называется областью действия этого квантора. Вхождение переменной в формулу может бытьсвязанным, если переменная расположена либо непосредственно после знака квантора, либо в области действий квантора, после которого стоит переменная. Все прочие вхождения – свободные. Например, в выражении хР(х) переменная х связывает свойство предиката и квантор общности. Грубо говоря, от этой переменной, ее конкретного вида и имени, ничего не зависит, т.е. хР(х) и уР(у) суть одно и то же. Так, можно произвольно называть индекс суммирования в рядах и переменную интегрирования в определенных интегралах. В частности, в определении множества как совокупности всех объектов, удовлетворяющих характеристическому свойству, использовалась запись G=. Очевидно, что в предикате со связанной переменной ее так же легко можно заменить на любую другую. При этом множество все равно будет совокупностью тех же элементов, удовлетворяющих свойству Р. Переменная, не являющаяся связанной, называется свободной, если после подстановки вместо нее имени некоторых конкретных объектов предикат превращается в осмысленное предложение. Например, запишем с помощью формул логики предикатов следующее утверждение: «Для лечения любого известного компьютерного вируса имеются программы. Существуют новые (неизвестные) компьютерные вирусы, для лечения которых программы еще не разработаны». Введем обозначения элементарных формул: А(х) – известен компьютерный вирус х; В(х) – для лечения вируса х существует программа. Тогда с помощью логических связок и кванторов получим формулы: В(х) – против вируса х нет программы; x(A(x)) – любой вирус известен; х((х)) – существуют новые (неизвестные) вирусы; х(А(х) В(х)) – если вирус давно известен, то имеется программа для его лечения; х((х)(х)) – существуют (появились) новые вирусы, для лечения которых программы еще не разработаны. Тогда формализованное исходное утверждение примет вид (х(А(х) В(х))) (х((х)(х))). В эту формулу входит лишь связанная переменная х, а, например, в формуле А(х1, х2)В(х1) первое включение переменной х1 свободное, а второе – связанное. Отношения следования и равносильности между предикатами связаны с тождественно-истинными импликацией и эквиваленцией, следовательно, их можно записать с помощью квантора общности: Q1Q2тождественно x(Q1Q2); Q1Q2 тождественно x(Q1Q2). Например, запись х 2 -5х=0 х(х-5)=0 является не формулой, а истинным высказыванием о равносильности двух формул, представленных в виде уравнений. Поэтому логическое следование можно определить через импликацию, а равносильность через эквиваленцию. При «навешивании» кванторов на двухместный предикат Q(x, у) можно получить одну из восьми комбинаций: 1) xy(Q(x, у)) – «для любого х и любого у Q(x, у)»; 2) yx(Q(x, у)) – «для любого у и любого х Q(x, у)»; 3) xy(Q(x, у)) – «существует х и существует у, такие, что Q(x, у)»; 4) yx(Q(x, у)) – «существует у и существует х, такие, что Q(x, у)»; 5) xy(Q(x, у)) – «существует х, такой, что для любого у Q(x, у)»; 6) xy(Q(x, у)) – «для всякого х существует у, такой, что Q(x, у)»; 7) yx(Q(x, у)) – «существует у, такой, что для любого х Q(x, у»; 8) yx(Q(x, у)) – «для всякого у существует х, такой, что Q(x, у)». Очевидно, что первое и второе высказывания, а также третье и четвертое тождественны между собой, их значения истинности совпадают. Между остальными полученными высказываниями нельзя установить тождественности: если истинно высказывание 5, то истинным будет и высказывание 8, причем обратное неверно. Аналогично, если истинно высказывание 7, то истинно и высказывание 6, но не наоборот. То есть, если кванторы одноименны (1–4), то их порядок не играет роли и полученные высказывания эквивалентны. Если кванторы разноименные (5 – 8), то их порядок в полученном высказывании принципиально важен. Например, для двухместного предиката «Город х находится в стране у» высказывание ухР(х, у) имеет вид 0-местного предиката и читается «В каждой стране у есть некоторый город х». Оно будет истинным, в то время как высказывание хуР(х, у) читается «Существует город х, находящийся во всех странах у» будет ложным.
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.
Тест по "Элементам математической логики" для аттестации студентов 3 курса БЭРТТ
Область истинности
Областью истинности предиката %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% называется множество всех %%n%%-ок %%(d_1, d_2, \ldots, d_n) \in D%% таких, что при замене %%x_1%% на %%d_1%%, %%x_2%% на %%d_2%%, . %%x_n%% на %%d_n%% получается истинное высказывание.
Пример
На множестве %%D = \< 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9\>%% рассмотрим одноместный предикат %%P(x): x%% — простое число. Найти область истинности предиката %%P(x)%%.
Обозначим область истинности буквой %%A%%. Тогда %%A%% состоит из таких элементов, при которых выполняется предикат %%P(x)%%. Поэтому %%A = \%%.
Определение
Одноместным предикатом, определенным на множестве %%D%%, называется предложение с переменной, которое превращается в высказывание при замене этой переменной на ее значение из множества %%D%%. Одноместный предикат будем называть унарным или предикатом от одной переменной.
Примеры
Следующие предложения являются одноместными предикатами:
- %%P(x): x^ 2 + 1 > 2%%, где %%D%% — множество действительных чисел.
- %%Q(x):%% Длина отрезка равна %%1%%, где %%D%% — множество всех отрезков прямой.
Следующие предложения не являются одноместными предикатами:
Законы алгебры предикатов
Для предикатов справедливы все законы, аналогичные законам алгебры логики высказываний 1 .
В случае тождественно истинных и тождественно ложных предикатов имеем следующие определения.
Предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% называется тождественно истинным если при любой замене переменных %%x_1, x_2, \ldots, x_n%% на их значения предикат превращается в истинное высказывание.
Предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% называется тождественно ложным если при любой замене переменных %%x_1, x_2, \ldots, x_n%% на их значения предикат превращается в ложное высказывание.
Высказывание является частным случаем предиката, когда в предикате нет переменных. То есть высказывание является предикатом %%0%% порядка (от %%0%% переменных).
Предикат- представляет собой функцию субъекта и выражения свойств о субъекте.
Средства, предоставляемые логикой высказываний, оказываются недостаточными для анализа многих математических рассуждений. В алгебре логики не рассматриваются ни структура высказываний, ни, тем более, их содержание. В то же время и в науке, и в практике используются заключения, существенным образом зависящие как от структуры, так и от содержания используемых в них высказываний.
Например, в рассуждении «Всякий ромб – параллелограмм; ABCD – ромб; следовательно, ABCD – параллелограмм» посылки и заключение являются элементарными высказываниями логики высказываний и с точки зрения этой логики рассматриваются как целые, неделимые, без учёта их внутренней структуры. Следовательно, алгебра логики, будучи важной частью логики, оказывается недостаточной в анализе многих рассуждений.
Поэтому возникает необходимость в расширении логики высказываний и построении такой логической системы, средствами которой можно исследовать структуру и содержание тех высказываний, которые в логике высказываний рассматриваются как элементарные.
Логика предикатов, как и традиционная формальная логика, расчленяет элементарное высказывание на субъект(буквально – подлежащее, хотя оно может играть и роль дополнения) и предикат (буквально – сказуемое, хотя оно может играть и роль определения).
Субъект – это то, о чем что-то утверждается в высказывании, а предикат – это то, что утверждается о субъекте. Логика предикатов – это расширение логики высказываний за счет использования предикатов в роли логических функций.
Например, в высказывании «7 – простое число», «7» – субъект, «простое число» – предикат. Это высказывание утверждает, что «7» обладает свойством «быть простым числом».
Если в рассмотренном примере заменить конкретное число 7 переменной х из множества натуральных чисел, то получим высказывательную форму «х – простое число». При одних значениях х (например, х = 13, х = 17) эта форма дает истинные высказывания, а при других значениях х (например, х = 10, х = 18) эта форма дает ложные высказывания.
Определение 1. Одноместным предикатом Р(х) называется всякая функция одного переменного, в которой аргумент xпробегает значения из некоторого множества M, а функция при этом принимает одно из двух значений: истина или ложь.
Множество M, на котором задан предикат, называется областью определения предиката.
Множество , на котором предикат принимает только истинные значения, называется областью истинности предиката Р(х).
Так, предикат P(x) – «х – простое число» определён на множестве N, а множество для него есть множество всех простых чисел.
Определение 2. Предикат Р(х), определённый на множестве M, называется тождественно истинным (тождественно ложным), если .
Определение 3. Двухместным предикатом P(x,у) называется функция двух переменных х и у, определённая на множестве М=М1×М2 и принимающая значения из множества .
В качестве примеров двухместных предикатов можно назвать предикаты: Q(x,у) – «х = у» предикат равенства, определённый на множестве R 2 =R×R; F(x,у) – «х || у» прямая х параллельна прямой у, определённой на множестве прямых, лежащих на данной плоскости.
Аналогично определяется n-местный предикат.
Говорят, что предикат Р(х) является следствием предиката Q(х) , если ; и предикаты Р(х) и Q(х)равносильны , если .
Логические операции над предикатами: конъюнкция, дизъюнкция, отрицание, импликация. Кванторные операции. Кванторы всеобщности и существования.
Логические операции над предикатами
Предикаты, так же, как высказывания, принимают два значения и и л (1, 0), поэтому к ним применимы все операции логики высказываний.
Рассмотрим применение операций логики высказываний к предикатам на примерах одноместных предикатов.
Пусть на некотором множестве М определены два предиката Р(х) и Q(х).
Определение 4. Конъюнкцией двух предикатов Р(х) и Q(х) называется новый предикат Р(х)&Q(х), который принимает значение «истина» при тех и только тех значениях , при которых каждый из предикатов Р(х) и Q(х) принимает значение «истина» и принимает значение «ложь» во всех остальных случаях. Очевидно, что областью истинности предиката Р(х)&Q(х) является общая часть областей истинности предикатов Р(х) и Q(х), т.е. пересечение .
Определение 5. Дизъюнкцией двух предикатов Р(х) и Q(х) называется новый предикат , который принимает значение «ложь» при тех и только тех значениях , при которых каждый из предикатов принимает значение «ложь» и принимает значение «истина» во всех остальных случаях. Ясно, что областью истинности предиката является объединение областей истинности предикатов Р(х) и Q(х), то есть объединение .
Определение 6. Отрицанием предиката Р(х) называется новый предикат , который принимает значение «истина» при всех значениях , при которых предикат Р(х) принимает значение «ложь», и принимает значение «ложь» при тех значениях , при которых предикат Р(х) принимает значение «истина». Очевидно, что, .
Определение 7. Импликацией предикатов Р(х) и Q(х) называется новый предикат , который является ложным при тех и только тех значениях , при которых одновременно Р(х) принимает значение «истина», а Q(х) – значение «ложь» и принимает значение «истина» во всех остальных случаях.
%%n%%-местный предикат
%%n%%-местым предикатом с областью определения %%D = D_1 \times D_2 \times \ldots \times D_n%% называется предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% от %%n%% переменных, который превращается в высказывание при замене переменных %%x_1, x_2, \ldots, x_n%% на их значения из множеств %%D_1, D_2, \ldots, D_n%% соответственно.
Тогда предложение прямая %%x%% параллельна прямой %%y%% является двуместным предикатом %%P(x, y)%%, где %%X, Y%% — множество всех прямых.
Область определения предиката
Рассмотрим %%n%%-местный предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%%. В этом случае переменные берутся из множеств %%D_1, D_2, \ldots, D_n%% соответственно. Можно рассмотреть множество %%D = D_1 \times D_2 \times \ldots \times D_n%% — декартово произведение множеств %%D_1, D_2, \ldots, D_n%%, элементами которого являются всевозможные упорядоченные %%n%%-ки %%(d_1, d_2, \ldots, d_n)%% элементов исходных множеств.
Множество %%D%% называется областью определения предиката.
Список вопросов теста
Вопрос 1
- ложным высказыванием
- истинным высказыванием
- тождественно ложным одноместным предикатом
- выполнимым одноместным предикатом
Вопрос 2
Верно ли утверждение:
Предикат - утверждение, которое содержит переменные, принимающие значение 1 или 0 (истинно или ложно) в зависимости от значений переменных.
При изучении высказываний мы отмечали, что утверждение с переменными не является высказыванием. Можно, например, рассмотреть предложение %%P(x) : x^2 + 1 > 2%% с переменной %%x \in \mathbb R%%. Это предлождение не является высказыванием, так как нельзя сказать истинно оно или ложно. Однако, если заменить переменную %%x%% на какое-либо значение, например, %%x = 1%%, получаем высказывание %%2 > 2%%, которое является ложным. Заменив переменную %%x%% на значение %%x = 2%%, получим истинное высказывание %%5 > 2%%. Итак есть выражение %%P(x)%% не являющиееся высказыванием, но превращающееся в него при замене переменной %%x%% на ее произвольное значение из соответствующего множества.
Операции над предикатами
Аналогично операциям для высказываний вводятся операции для предикатов.
Пусть %%P(x)%% и %%Q(x)%% — одноместные предикаты, определенные на множестве %%D%%.
Отрицанием предиката %%P(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%\overline%% и являющийся ложным для тех и только тех %%x%%, для которых предикат %%P(x)%% истинный.
Конъюнкцией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \land Q(x)%% и являющийся истинным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% истинны.
Дизъюнкцией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \lor Q(x)%% и являющийся ложным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% ложны.
Импликацией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \rightarrow Q(x)%% и являющийся ложным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% истинный, а %%Q(x)%% ложный.
Эквиваленцией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \leftrightarrow Q(x)%% и являющийся истинным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% имеют одинаковые значения.
Применяя операции над предикатами, мы получаем составные предикаты, которые будем называть формулами алгебры предикатов.
Предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% эквивалентные , если для любого значения переменной %%x%% их значения истинности совпадают. Обозначают $$P(x) \equiv Q(x).$$
Читайте также: