Ratkaisu: Yksi tapa nähdä, että kaavat A (B C) ja (A B) (A C) ovat loogisesti ekvivalentit, on tehdä totuustaulu lauseelle

Samankaltaiset tiedostot
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotukset

Johdatus logiikkaan I Harjoitus 4 Vihjeet

Ratkaisu: Käytetään induktiota propositiolauseen A rakenteen suhteen. Alkuaskel. A = p i jollain i N. Koska v(p i ) = 1 kaikilla i N, saadaan

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotukset

Kirjoita käyttäen propositiosymboleita, konnektiiveja ja sulkeita propositiologiikan lauseiksi:

Tehtävä 1. Päättele resoluutiolla seuraavista klausuulijoukoista. a. 1 {p 3 } oletus. 4 {p 1, p 2, p 3 } oletus. 5 { p 1 } (1, 2) 7 (4, 6)

Loogiset konnektiivit

2. Minkä joukon määrittelee kaava P 0 (x 0 ) P 1 (x 0 ) mallissa M = ({0, 1, 2, 3}, P M 0, P M 1 ), kun P M 0 = {0, 1} ja P M 1 = {1, 2}?

Totuusjakaumat. Totuusjakauma eli valuaatio v on kuvaus v : {p 0, p 1, p 2,...} {0, 1}. Käytämme jatkossa joukolle {0, 1} merkintää B.

-Matematiikka on aksiomaattinen järjestelmä. -uusi tieto voidaan perustella edellisten tietojen avulla, tätä kutsutaan todistamiseksi

Nimitys Symboli Merkitys Negaatio ei Konjuktio ja Disjunktio tai Implikaatio jos..., niin... Ekvivalenssi... jos ja vain jos...

Johdatus logiikkaan 1

Logiikka I. Kaarlo Reipas 17. huhtikuuta 2012 Ψ. Tämä materiaali on vielä keskeneräinen. 1 Johdanto Mitä logiikka on?... 3

T Logiikka tietotekniikassa: perusteet Kevät 2008 Laskuharjoitus 5 (lauselogiikka ) A ( B C) A B C.

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 2 (opetusmoniste, lauselogiikka )

Induktio kaavan pituuden suhteen

Ratkaisu: (b) A = x 0 (R(x 0 ) x 1 ( Q(x 1 ) (S(x 0, x 1 ) S(x 1, x 1 )))).

Konnektiivit. On myös huomattava, että vain joillakin luonnollisen kielen konnektiiveilla on vastineensa lauselogiikassa.

Johdatus logiikkaan 1

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

Luonnollisen päättelyn luotettavuus


T Kevät 2005 Logiikka tietotekniikassa: erityiskysymyksiä I Kertausta Ratkaisut

b) Määritä myös seuraavat joukot ja anna kussakin tapauksessa lyhyt sanallinen perustelu.

Toinen muotoilu. {A 1,A 2,...,A n,b } 0, Edellinen sääntö toisin: Lause 2.5.{A 1,A 2,...,A n } B täsmälleen silloin kun 1 / 13

Approbatur 3, demo 1, ratkaisut A sanoo: Vähintään yksi meistä on retku. Tehtävänä on päätellä, mitä tyyppiä A ja B ovat.

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Lauselogiikka Tautologia

1 Logiikkaa. 1.1 Logiikan symbolit

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

SAT-ongelman rajoitetut muodot

Logiikan kertausta. TIE303 Formaalit menetelmät, kevät Antti-Juhani Kaijanaho. Jyväskylän yliopisto Tietotekniikan laitos.

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Pikapaketti logiikkaan

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 1 / vko 8

T kevät 2007 Laskennallisen logiikan jatkokurssi Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 1/137

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

Propositiot: Propositiot ovat väitelauseita. Totuusfunktiot antavat niille totuusarvon T tai E.

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 8. syyskuuta 2016

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

isomeerejä yhteensä yhdeksän kappaletta.

Modus Ponens. JosAjaA B ovat tosia, niin välttämättä myösb on tosi 1 / 15. Modus Ponens. Ketjusääntö. Päättelyketju.

LOGIIKKA johdantoa

Ensimmäinen induktioperiaate

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

Johdatus yliopistomatematiikkaan

Lisää kvanttoreista ja päättelyä sekä predikaattilogiikan totuustaulukot 1. Negaation siirto kvanttorin ohi

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

Ensimmäinen induktioperiaate

Johdatus logiikkaan (Fte170)

1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

811120P Diskreetit rakenteet

T Kevät 2009 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 2 (lauselogiikka )

Kesälukio 2000 PK2 Tauluharjoituksia I Mallivastaukset

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 7 (opetusmoniste, kappaleet )

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 2

a k+1 = 2a k + 1 = 2(2 k 1) + 1 = 2 k+1 1. xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx

LOGIIKKA, TIETÄMYS JA PÄÄTTELY

Ratkaisu. Ensimmäinen kuten P Q, toinen kuten P Q. Kolmas kuten P (Q R):

HY / Avoin yliopisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 2015 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotuksia

Johdatus matematiikkaan

Insinöörimatematiikka A

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 1

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Roosa Niemi. Riippuvuuslogiikkaa

(a) Kyllä. Jokainen lähtöjoukon alkio kuvautuu täsmälleen yhteen maalijoukon alkioon.

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 3, MALLIRATKAISUT

= 3 = 1. Induktioaskel. Induktio-oletus: Tehtävän summakaava pätee jollakin luonnollisella luvulla n 1. Induktioväite: n+1

Logiikka. Kurt Gödel ( )

5.1 Semanttisten puiden muodostaminen

Logiikka 1/5 Sisältö ESITIEDOT:

2017 = = = = = = 26 1

Vastaoletuksen muodostaminen

Tietotekniikka ja diskreetti matematiikka

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

ALGORITMI- MATEMATIIKKA. Keijo Ruohonen

Predikaattilogiikan malli-teoreettinen semantiikka

Diskreetit rakenteet. 3. Logiikka. Oulun yliopisto Tietojenkäsittelytieteiden laitos 2015 / 2016 Periodi 1

Logiikka I 7. harjoituskerran malliratkaisut Ratkaisut laati Miikka Silfverberg.

Johdatus diskreettiin matematiikkaan (syksy 2009) Harjoitus 3, ratkaisuja Janne Korhonen

Testaa taitosi 1: Lauseen totuusarvo

Matemaattinen logiikka

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Äärellisen mallin ominaisuus filtraation kautta

(mod 71), 2 1(mod 71) (3 ) 3 (2 ) 2

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Heidi Luukkonen. Sahlqvistin kaavat

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti!

Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 1/144

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

Induktiota käyttäen voidaan todistaa luonnollisia lukuja koskevia väitteitä, jotka ovat muotoa. väite P(n) on totta kaikille n = 0,1,2,...

Jokaisen parittoman kokonaisluvun toinen potenssi on pariton.

1 Johdanto, Tavoitteet 2. 2 Lähteitä 2. 3 Propositiologiikkaa 2. 4 Karnaugh'n kartat Predikaattilogiikkaa Relaatiot 42.

Transkriptio:

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotukset 1. Olkoot A, B ja C propositiolauseita. Näytä, että A (B C) (A B) (A C). Ratkaisu: Yksi tapa nähdä, että kaavat A (B C) ja (A B) (A C) ovat loogisesti ekvivalentit, on tehdä totuustaulu lauseelle (A (B C)) ((A B) (A C)) ja huomata, että lause on tautologia. A B C ((A (B C)) ((A B) (A C))) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Totuustaulun perusteella ekvivalenssin totuusarvoksi saadaan aina 1, olivatpa lauseiden A, B ja C totuusarvot mitä tahansa. Täten lauseet A (B C) ja (A B) (A C) ovat loogisesti ekvivalentit. 2. Olkoot A, D ja E propositiolauseita, B propositiolause joka on saatu A:sta korvaamalla propositiosymboli p 0 propositiolauseella D jokaisessa esiintymässään ja vastaavasti C propositiolause joka on saatu A:sta korvaamalla propositiosymboli p 0 propositiolauseella E jokaisessa esiintymässään. Näytä, että jos D E, niin B C. Ratkaisu: Notaation ymmärtämisen helpottamiseksi määritellään seuraavanlainen lyhennysmerkintä: jos X ja Y ovat propositiolauseita, olkoon X[Y/p i ] 1

se propositiolause, joka saadaan korvaamalla lauseesta X jokainen propositiosymbolin p i esiintymä kaavalla Y. Esimerkiksi jos X = ((p 0 p 1 ) p 0 ) ja Y = (p 3 p 2 ), niin tällöin X[Y/p 0 ] = ((Y p 1 ) Y ) = (((p 3 p 2 ) p 1 ) (p 3 p 2 )) ja X[Y/p 1 ] = ((p 0 Y ) p 0 ) = ((p 0 (p 3 p 2 )) p 0 ). Näillä merkinnöillä tehtävässä esiintyvät kaavat B ja C saadaan esitettyä muodossa B = A[D/p 0 ] ja C = A[E/p 0 ]. Oletetaan sitten, että D ja E ovat loogisesti ekvivalentit eli että ne saavat saman totuusarvon jokaisella totuusjakaumalla. Halutaan osoittaa, että myös kaavat B = A[D/p 0 ] ja C = A[E/p 0 ] ovat loogisesti ekvivalentteja. Tätä varten olkoon v totuusjakauma. Koska D ja E ovat ekvivalentit, pätee v(d) = v(e). Todistamme induktiolla kaavan A rakenteen suhteen väitteen v(a[d/p 0 ]) = v(a[e/p 0 ]). Alkuaskeleet: (i) Jos A = p 0, niin tällöin A[D/p 0 ] = p 0 [D/p 0 ] = D ja A[E/p 0 ] = p 0 [E/p 0 ] = E. Nyt oletuksemme perusteella v(a[d/p 0 ]) = v(d) = v(e) = v(a[e/p 0 ]). (ii) Jos A = p i jollekin i N, i 0, niin kaavassa A ei esiinny propositiosymbolia p 0, jolloin A[D/p 0 ] = A = A[E/p 0 ]. Siten v(a[d/p 0 ]) = v(a) = v(a[e/p 0 ]). Induktioaskeleet: (iii) Oletetaan sitten, että A = F jollekin propositiolauseelle F. Huomataan, että A[D/p 0 ] = ( F )[D/p 0 ] = F [D/p 0 ]. Vastaavasti A[E/p 0 ] = F [E/p 0 ]. Koska todistettava väite on v(a[d/p 0 ]) = v(a[e/p 0 ]), induktio-oletus on muotoa v(f [D/p 0 ]) = v(f [E/p 0 ]). Nyt negaation totuusmääritelmän nojalla v(a[d/p 0 ]) = 1 v(f [D/p 0 ]) = 1 v(f [E/p 0 ]) = v(a[e/p 0 ]). (iv) Oletetaan sitten, että A = (F G) joillekin propositiolauseille F ja G. Nyt A[D/p 0 ] = (F G)[D/p 0 ] = (F [D/p 0 ] G[D/p 0 ]) ja samoin A[E/p 0 ] = (F [E/p 0 ] G[E/p 0 ]). Tehdään jälleen induktio-oletus, että v(f [D/p 0 ]) = v(f [E/p 0 ]) sekä v(g[d/p 0 ]) = v(g[d/p 0 ]). Nyt konjunktion totuusmääritelmän nojalla v(a[d/p 0 ]) = v(f [D/p 0 ])v(g[d/p 0 ]) = v(f [E/p 0 ])v(g[e/p 0 ]) = v(a[e/p 0 ]). 2

Konnektiivit, ja käsitellään samoin kuin ja. Nyt olemme osoittaneet, että v(b) = v(a[d/p 0 ]) = v(a[e/p 0 ]) = v(c). Koska v oli mielivaltainen totuusjakauma, kaavat B ja C ovat loogisesti ekvivalentit, mikä oli todistettava. 3. Etsi propositiolauseet A, D ja E, joilla D E mutta B C, missä B ja C ovat kuten tehtävässä 2. Ratkaisu: Valitaan A = (p 0 (p 1 p 2 )), D = (p 1 p 2 ) sekä E = p 1. Nyt B = ((p 1 p 2 ) (p 1 p 2 )) ja C = (p 1 (p 1 p 2 )). Koska lause E on välttämätön ehto lauseelle D, väite D E pätee. Kuitenkaan B C, sillä B on tautologiana aina tosi, kun taas C on epätosi, mikäli p 1 on tosi mutta p 2 epätosi. 4. Mikä on totuusfunktio f A kun A = (p 0 p 1 ) ( p 0 p 2 )? Ratkaisu: Koska suurin propositiosymbolin indeksi, joka lauseessa A esiintyy, on 2, on totuusfunktio f A kuvaus {0, 1} 3 {0, 1}, joka kuvaa kolmikon (x, y, z) luvuksi v(a), missä v on mikä tahansa totuusjakauma, jolle pätee v(p 0 ) = x, v(p 1 ) = y ja v(p 2 ) = z. Alla on lauseen A totuustaulu. p 0 p 1 p 2 ( (p 0 p 1 ) ( p 0 p 2 )) 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 Totuustaulusta arvot kopioimalla saadaan taulukoitua funktion f A kaikki mahdolliset arvot: 3

x y z f A (x, y, z) 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5. Mitkä seuraavista lauseista ovat disjunktiivisessa ja mitkä konjunktiivisessa normaalimuodossa? (a) p 0 p 1 p 2. (b) p 0 p 1 p 2. (c) (p 0 p 1 ) p 2. (d) ( p 0 p 1 ) p 2 ). (e) p 0 ( p 1 p 2 ). Ratkaisu: Kohtien (a) ja (b) lauseet ovat kumpikin sekä disjunktiivisessa että konjunktiivisessa normaalimuodossa: kohdassa (a) voidaan ajatella olevan disjunktio, jossa disjunkteina on yhden propositiosymbolin mittaisia konjunktioita; toisaalta voidaan ajatella, että lause on yhden konjunktin mittainen konjunktio, ja tämä konjunkti on kolmen propositiosymbolin disjunktio. Kohdassa (b) käy juuri päinvastoin: kyseessä on sekä yhden disjunktin mittainen disjunktio, jossa disjunkti on konjunktio propositiosymboleista, että kolmen mittainen konjunktio, jossa konjunktit ovat yhden propositiosymbolin mittaisia disjunktioita. Kohdan (c) lause ei ole disjunktiivisessa eikä konjunktiivisessa normaalimuodossa, sillä negaatiota ei esiinny pelkästään propositiosymbolin edessä. Kohdassa (d) lause on disjunktiivisessa normaalimuodossa, sillä pääkonnektiivi on disjunktio, joka yhdistää kahta konjunktiota (toinen kahden, toinen yhden literaalin mittainen). Kohdassa (e) kyseessä on konjunktiivinen normaalimuoto, sillä pääkonnektiivi on konjunktio, joka yhdistää kahta disjunktiota (toinen yhden ja toinen kahden literaalin mittainen). 4

6. Etsi disjunktiivisessa normaalimuodossa oleva lause joka on loogisesti ekvivalentti lauseen ((p 0 p 1 ) (p 0 p 2 )) (p 1 p 2 ) kanssa. Ratkaisu: Disjunktiivisen normaalimuodon lauseelle voi muodostaa tutkimalla lauseen totuustaulun rivejä, joilla lause on tosi, muodostamalla rivin totuusjakaumaa vastaavat konjunktiot ja ottamalla disjunktio näistä. p 0 p 1 p 2 (((p 0 p 1 ) (p 0 p 2 )) (p 1 p 2 )) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 Tällä tavalla saadaan lause (p 0 p 1 p 2 ) (p 0 p 1 p 2 ) ( p 0 p 1 p 2 ) ( p 1 p 1 p 2 ). 7. Etsi konjunktiivisessa normaalimuodossa oleva lause joka on loogisesti ekvivalentti lauseen (p 0 p 1 ) ( p 1 p 2 ) kanssa. Ratkaisu: Konjunktiivisen normaalimuodon lauseelle voi muodostaa tutkimalla lauseen totuustaulun rivejä, joilla lause on epätosi, muodostamalla rivin totuusjakaumaa vastaavat disjunktiot ja ottamalla konjunktio näistä. p 0 p 1 p 2 ( (p 0 p 1 ) ( p 1 p 2 )) 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 5

Tällä tavalla saadaan lause ( p 0 p 1 p 2 ) ( p 0 p 1 p 2 ) (p 0 p 1 p 2 ) (p 0 p 1 p 2 ). 6