Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Σχετικά έγγραφα
Περιεχόμενα 1 Πρωτοβάθμια Λογική Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) / 60

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

d k 10 k + d k 1 10 k d d = k i=0 d i 10 i.

Κατηγορηματικός Λογισμός (ΗR Κεφάλαιο )

Φροντιστήριο 2 Λύσεις

a n = 3 n a n+1 = 3 a n, a 0 = 1

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Στοιχεία Κατηγορηματικής Λογικής

Σημειώσεις Λογικής I. Εαρινό Εξάμηνο Καθηγητής: Λ. Κυρούσης

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 3: Προτασιακή Λογική / Θεωρία Συνόλων

ΠΛΗ 20, 3 η ΟΣΣ (Κατηγορηματική Λογική)

Στοιχεία Κατηγορηματικής Λογικής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

4. Ο,τιδήποτε δεν ορίζεται με βάση τα (1) (3) δεν είναι προτασιακός τύπος.

Κατηγορηµατική Λογική Προτασιακή Λογική: πλαίσιο διατύπωσης και µελέτης επιχειρηµάτων για πεπερασµένο πλήθος «λογικών αντικειµένων». «Λογικό αντικείµε

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Λογική. Δημήτρης Πλεξουσάκης

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

ΠΛΗ 20, 3 η ΟΣΣ (Κατηγορηματική Λογική)

f x 0 για κάθε x και f 1

m + s + q r + n + q p + s + n, P Q R P Q P R Q R F G

Δώστε έναν επαγωγικό ορισμό για το παραπάνω σύνολο παραστάσεων.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Μαθηματική Λογική (προπτυχιακό) Εξέταση Ιανουαρίου 2018 Σελ. 1 από 5

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

, για κάθε n N. και P είναι αριθμήσιμα.

Κανονικές μορφές - Ορισμοί

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Σχόλιο. Παρατηρήσεις. Παρατηρήσεις. p q p. , p1 p2

Παράδειγμα δομικής επαγωγής Ορισμός δομικής επαγωγής Συμβολοσειρές Γλώσσες Δυαδικά δένδρα Μαθηματικά Πληροφορικής 3ο Μάθημα Αρχικός συγγραφέας: Ηλίας

Παράδειγμα δομικής επαγωγής Ορισμός δομικής επαγωγής Συμβολοσειρές Γλώσσες Δυαδικά δένδρα Μαθηματικά Πληροφορικής 3ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλ

Μαθηματική Λογική και Απόδειξη

Κατηγορηµατική Λογική

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Υποθετικές προτάσεις και λογική αλήθεια

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

ΕΝΑΣ ΔΙΚΡΙΤΗΡΙΟΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ SIMPLEX

x < y ή x = y ή y < x.

Αλγόριθμοι για αυτόματα

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Πρόταση. Αληθείς Προτάσεις

EukleÐdeiec emfuteôseic: ˆnw frˆgmata

Μέρος ΙΙ. Τυχαίες Μεταβλητές

f(t) = (1 t)a + tb. f(n) =

Σηµειώσεις για το µάθηµα Λογική για Υπολογιστές

Στοιχεία Κατηγορηματικής Λογικής

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης. Οταν το πρόβλημα έχει πεπερασμ

5o Επαναληπτικό Διαγώνισμα 2016

Πώς είναι δυνατόν να είναι ισοδύναµες οι εξισώσεις που αναφέρονται στο ερώτηµα ii, αφού δεν έχουν το ίδιο πεδίο ορισµού 2 ;

Μορφές αποδείξεων. Μαθηματικά Πληροφορικής 2ο Μάθημα. Μορφές αποδείξεων (συνέχεια) Εξαντλητική μέθοδος

Μ Α Θ Η Μ Α Τ Α Γ Λ Υ Κ Ε Ι Ο Υ

Πεπερασμένες Διαφορές.

G n. n=1. n=1. n=1 G n) = m (E). n=1 G n = k=1

Τεχνητή Νοημοσύνη. 8η διάλεξη ( ) Ίων Ανδρουτσόπουλος.

ΑΛΓΕΒΡΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ. 8. Πότε το γινόμενο δύο ή περισσοτέρων αριθμών παραγόντων είναι ίσο με το μηδέν ;


ιακριτά Μαθηµατικά και Μαθηµατική Λογική ΠΛΗ20 Ε ρ γ α σ ί α 5η Προτασιακή Λογική


(ii) X P(X). (iii) X X. (iii) = (i):

Αποφασισιµότητα. HY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Βασικές µέθοδοι απόδειξης. 07 -Αποδείξεις. ιακριτά Μαθηµατικά, Εαρινό εξάµηνο 2017

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

4 Ασθενείς τοπολογίες σε χώρους με νόρμα. 4.1 θεωρήματα Mazur, Alaoglou, Goldstine.

Μορφολογική Παραγωγή. 3 ο φροντιστήριο ΗΥ180 Διδάσκων: Δ. Πλεξουσάκης Τετάρτη 08/03/2018 Ζωγραφιστού Δήμητρα

p p p q p q p q p q

Σημειώσεις Μαθηματικής Λογικής. Χειμερινό Εξάμηνο Δ. Ζώρος, Ν. Καρβέλας Σύμφωνα με παραδόσεις του Λ. Κυρούση

Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης. Οταν το πρόβλημα έχει πεπερασμ

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Διακριτά Μαθηματικά Ι

z 1 E(G) 2(k 1) = 2k 3. x z 2 H 1 H 2

ΗΥ118 - Διακριτά Μαθηματικά. Εαρινό Εξάμηνο 2013

Θεωρία Γραφημάτων 5η Διάλεξη

Το Θεώρημα CHEVALLEY-WARNING

Μορφολογική Παραγωγή. 3 ο φροντιστήριο ΗΥ180 Διδάσκων: Δ. Πλεξουσάκης Τετάρτη 28/02/2019 Ζωγραφιστού Δήμητρα

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΚΑΙ ΛΟΓΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΗΥ118 Διακριτά Μαθηματικά Εαρινό Εξάμηνο η Σειρά Ασκήσεων Λύσεις

Στοιχεία Προτασιακής Λογικής

Διάλεξη 4: Απόδειξη: Για την κατεύθυνση, παρατηρούμε ότι διαγράφοντας μια κορυφή δεν μπορούμε να διαχωρίσουμε τα u και v. Αποδεικνύουμε

f(x) = και στην συνέχεια

ψ φ2 = k χ φ2 = 4k χ φ1 = χ φ1 + χ φ2 + 3 = 4(k 1 + k 2 + 1) + 1 ψ φ1 = ψ φ1 + χ φ2 = k k = (k 1 + k 2 + 1) + 1

(a + b) + c = a + (b + c), (ab)c = a(bc) a + b = b + a, ab = ba. a(b + c) = ab + ac

Λύσεις Σειράς Ασκήσεων 1

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Τυχαία Διανύσματα και Ανεξαρτησία

Μαθηματική Λογική και Λογικός Προγραμματισμός

Ασκήσεις μελέτης της 8 ης διάλεξης

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΚΑΙ ΑΠΟΔΕΙΞΗ

Μαθηματικά Πληροφορικής Πιθανοτικά Εργαλεία. Υποπροσθετικότητα. Η Πιθανοτική Μέθοδος (The Probabilistic Method)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Φ(s(n)) = s (Φ(n)). (i) Φ(1) = a.

Apì ton diakritì kôbo ston q ro tou Gauss

p (R 1 (R 2 R 3 )) q pr 1 r 1, r 1 R 2 r 2, r 2 R 3 q p (R 1 R 2 ) r 2 και r 2 R 3 q p ((R 1 R 2 ) R 3 ) q άρα R 1 (R 2 R 3 ) (R 1 R 2 ) R 3

Transcript:

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 1 / 47

Περιεχόμενα 1 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 2 / 47

Περιεχόμενα 1 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 3 / 47

Ορισμός Μία πρόταση της πρωτοβάθμιας λογικής φ λέμε ότι βρίσκεται σε ποσοδεικτική κανονική μορφή αν φ = Q n x n Q n 1 x n 1... Q 1 x 1 ψ, όπου n 0, Q i {, } και ψ είναι πρόταση χωρίς ποσοδείκτες. Στη συνέχεια θα δείξουμε ότι κάθε πρόταση της πρωτοβάθμιας λογικής είναι λογικά ισοδύναμη με μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Θα χρησιμοποιήσουμε ορισμένους κανόνες που εκφράζουν λογικές ισοδυναμίες, οι οποίοι περιγράφονται στη συνέχεια. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 4 / 47

Οι παρακάτω κονόνες είναι άμεση συνέπεια της σημασίας των λογικών συνδέσμων και του ορισμού της ισοδυναμίας και ισχύουν για οποιεσδήποτε προτάσεις φ, ψ, ω, χ: (1) φ ψ ψ φ (2) φ ψ ψ φ (3) φ ψ φ ψ (4) φ ψ (φ ψ) ( φ ψ) (5) Αν φ ψ τότε φ ψ (6) Αν φ ω και ψ χ τότε φ ψ ω χ (7) Αν φ ω και ψ χ τότε φ ψ ω χ (8) Αν φ ψ τότε x φ x ψ (9) Αν φ ψ τότε x φ x ψ Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 5 / 47

Οι παρακάτω λογικές ισοδυναμίες ισχύουν για οποιεσδήποτε προτάσεις φ και ψ, όπως έχουμε δείξει κατά την άτυπη περιγραφή των ποσοδεικτών. Οι αποδείξεις ισοδυναμίας μπορούν γίνουν με παρόμοιο τρόπο χρησιμοποιώντας τον τυπικό ορισμό της αλήθειας: (10) x φ x φ (11) x φ x φ (12) x φ x ψ x (φ ψ) (13) x φ x ψ x (φ ψ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 6 / 47

Οι παρακάτω κανόνες ισχύουν για οποιεσδήποτε προτάσεις φ και ψ: (14) Αν η x free(φ) τότε φ x ψ x (φ ψ) (15) Αν η x free(φ) τότε φ x ψ x (φ ψ) (16) Αν η x free(φ) τότε φ x ψ x (φ ψ) (17) Αν η x free(φ) τότε φ x ψ x (φ ψ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 7 / 47

Για την απόδειξη της ορθότητας τών κανόνων 14-17 παρατηρούμε αρχικά ότι αν x free(φ) τότε φ x φ και φ x φ. Πράγματι, για οποιοδήποτε μοντέλο M και οποιαδήποτε ανάθεση τιμών s στις μεταβλητές ισχύει M = s x φ ανν για κάθε στοιχείο d M ισχύει M = s(x d) φ. Επειδή ωστόσο η μεταβλητή x δεν εμφανίζεται ελεύθερη στην φ, ισχύει M = s(x d) φ αν και μόνο αν M = s φ. Συνεπώς φ x φ. Με παρόμοιο τρόπο αποδεικνύεται ότι φ x φ. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 8 / 47

Για την απόδειξη της ορθότητας τών κανόνων 14-17 παρατηρούμε αρχικά ότι αν x free(φ) τότε φ x φ και φ x φ. Πράγματι, για οποιοδήποτε μοντέλο M και οποιαδήποτε ανάθεση τιμών s στις μεταβλητές ισχύει M = s x φ ανν για κάθε στοιχείο d M ισχύει M = s(x d) φ. Επειδή ωστόσο η μεταβλητή x δεν εμφανίζεται ελεύθερη στην φ, ισχύει M = s(x d) φ αν και μόνο αν M = s φ. Συνεπώς φ x φ. Με παρόμοιο τρόπο αποδεικνύεται ότι φ x φ. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 9 / 47

Με βάση την προηγούμενη παρατήρηση, αν x free(φ), τότε λόγω του κανόνα (6) ισχύει φ x ψ x (φ ψ) ανν x φ x ψ x (φ ψ). Η δεξιά λογική ισοδυναμία ισχύει από τον κανόνα (12). Συνεπώς και ο κανόνας (14) είναι ορθός. Αντίστοιχα, λόγω του κανόνα (7) ισχύει φ x ψ x (φ ψ) ανν x φ x ψ x (φ ψ). Η τελευταία λογική ισοδυναμία ισχύει από τον κανόνα (13). Συνεπώς και ο κανόνας (17) είναι ορθός. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 10 / 47

Θα αποδείξουμε τώρα την ορθότητα του κανόνα (15). Υποθέτουμε ότι x free(φ). Εστω ένα οποιοδήποτε μοντέλο μοντέλο M και οποιαδήποτε ανάθεση τιμών s στις μεταβλητές. Αν M = s (φ x ψ) τοτε M = s φ και M = s x ψ. Το M = s x ψ συνεπάγεται ότι υπάρχει στοιχείο d M τέτοιο ώστε M = s(x d) ψ. Επειδή x free(φ), το M = s φ συνεπάγεται ότι M = s(x d) φ. Άρα υπάρχει d τέτοιο ώστε M = s(x d) φ και M = s(x d) ψ, δηλαδή υπάρχει d τέτοιο ώστε M = s(x d) φ ψ. Συνεπώς M = s x (φ ψ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 11 / 47

Αντίστροφα, αν M = s x (φ ψ), τότε υπάρχει d τέτοιο ώστε M = s(x d) φ ψ, δηλαδή υπάρχει d τέτοιο ώστε M = s(x d) φ και M = s(x d) ψ. Επειδή x free(φ), το M = s(x d) φ συνεπάγεται ότι M = s φ. Επειδή υπάρχει d τέτοιο ώστε M = s(x d) ψ, ισχύει M = s x ψ. Από τα δύο τελευταία προκύπτει ότι M = s (φ x ψ). Άρα αν x free(φ) οι προτάσεις (φ x ψ) και x (φ ψ) είναι λογικά ισοδύναμες και συνεπώς ο κονόνας (15) είναι ορθός. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 12 / 47

Η ορθότητα του κανόνα 16 μπορεί να αποδειχτεί με ανάλογο τρόπο. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 13 / 47

Οι παρακάτω κανόνες ισχύουν για οποιεσδήποτε πρόταση φ και χρησιμεύουν ώστε να αλλάζουμε τη μεταβλητή που συνοδεύει έναν ποσοδείκτη, όταν δεν ικανοποιείται η προϋπόθεση των κανόνων 14-17. Παρότι διαισθητικά αντιλαμβανόμαστε την ορθότητα αυτών των κανόνων, η πλήρης απόδειξη της ορθότητάς τους απαιτεί επαγωγή στη δομή της φ και είναι αρκετά τεχνική. Για αυτό το λόγο παραλείπεται. 18. Αν η y δεν εμφανίζεται στη φ τότε x φ y φ [x y] 19. Αν η y δεν εμφανίζεται στη φ τότε x φ y φ [x y] Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 14 / 47

Τέλος παρακάτω κανόνες προκύπτουν συνδυάζοντας τους κανόνες 14-17 με του 18-19 και ισχύουν επίσης για οποιεσδήποτε προτάσεις φ και ψ: 20. Αν η y δεν εμφανίζεται στις φ, ψ τότε φ x ψ y (φ ψ [x y] ) 21. Αν η y δεν εμφανίζεται στις φ, ψ τότε φ x ψ y (φ ψ [x y] ) 22. Αν η y δεν εμφανίζεται στις φ, ψ τότε φ x ψ y (φ ψ [x y] ) 23. Αν η y δεν εμφανίζεται στις φ, ψ τότε φ x ψ y (φ ψ [x y] ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 15 / 47

Συμβολίζουμε με prenex(φ) το σύνολο όλων των προτάσεων σε ποσοδεικτική κανονική μορφή που είναι λογικά ισοδύναμες με την φ. Λόγω της μεταβατικότητας της λογικής ισοδυναμίας, προκύπτει εύκολα ότι αν φ ψ τότε prenex(φ) = prenex(ψ). Αποδεικνύουμε πρώτα ορισμένα λήμματα. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 16 / 47

Λήμμα Κάθε πρόταση της μορφής φ = ω, όπου ω είναι πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή, είναι λογικά ισοδύναμη με μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 17 / 47

Απόδειξη Εχουμε φ = Q n x n Q n 1 x n 1... Q 1 x 1 ψ, όπου n 0, Q i {, } και ψ είναι πρόταση χωρίς ποσοδείκτες. Εφαρμόζοντας επαναληπτικά τους κανόνες (10) και (11) μπορούμε να φέρουμε την άρνηση στην πρόταση ψ, αντιστρέφοντας τους ποσοδείκτες. Η πρόταση που προκύπτει είναι σε ποσοδεικτική κανονική μορφή και είναι λογικά ισοδύναμη με τη φ, λαμβάνοντας υπόψη και τους κανόνες (8) και (9). Πιο αυστηρά η απόδειξη μπορεί να γίνει με επαγωγή στο πλήθος ποσοδεικτών n. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 18 / 47

Παράδειγμα Θα μετατρέψουμε την πρόταση φ = x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) σε μία λογικά ισοδύναμη πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 19 / 47

Παράδειγμα Οι γραμμές υποδεικνύουν τις υποπροτάσεις στις οποίες εφαρμόζεται ο κανόνας (10) ή (11). Η υποπρόταση που βρίσκεται κάτω από μία γραμμή προκύπτει από την υποπρόταση που βρίσκεται πάνω από τη γραμμή. Οι κανόνες (8) και (9) χρησιμοποιούνται ώστε η ισοδυναμία των υποπροτάσεων να επεκταθεί σε ολόκληρες τις προτάσεις. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 20 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) φ = x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) από (10) x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) από (11),(9) x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) από (11),(8),(9) x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) από (10),(8),(9) x y z w t (p(x, y) q(w) p(z, t)) από (11),(8),(9) prenex(φ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 21 / 47

Λήμμα Κάθε πρόταση της μορφής φ = ω ω, όπου ω και ω είναι προτάσεις σε ποσοδεικτική κανονική μορφή, είναι λογικά ισοδύναμη με μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 22 / 47

Απόδειξη Εχουμε φ = Q k x k Q k 1 x k 1... Q 1 x 1 ψ Q my m Q m 1 y m 1... Q 1 y 1 ψ, όπου k, m 0, Q i, Q j {, } και ψ, ψ είναι πρότάσεις χωρίς ποσοδείκτες. Εφαρμόζοντας επαναληπτικά τους κανόνες (20) και (21) μπορούμε να φέρουμε τους ποσοδείκτες Q j έξω από τη σύζευξη. (Εναλλακτικά μπορούμε για απλούστευση να εφαρμόσουμε κάποιον από τους κανόνες 12, 14 ή 15, εφόσον μπορεί να εφαρμοστεί.) Στη συνέχεια εφαρμόζουμε τον κανόνα (1) και επαναλαμβάνουμε την προηγούμενη διαδικασία ώστε να φέρουμε και τους ποσοδείκτες Q i έξω από τη σύζευξη. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 23 / 47

Απόδειξη (συνέχεια) Η πρόταση που προκύπτει είναι σε ποσοδεικτική κανονική μορφή και είναι λογικά ισοδύναμη με τη φ, λαμβάνοντας υπόψη και τους κανόνες (8) και (9). Πιο αυστηρά η απόδειξη μπορεί να γίνει με επαγωγή στο συνολικό πλήθος ποσοδεικτών n = m + k των δύο προτάσεων. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 24 / 47

Παράδειγμα Θα μετατρέψουμε την πρόταση φ = x y z p(x, y, z) x y z r(x, y, z) σε μία λογικά ισοδύναμη πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 25 / 47

Παράδειγμα Οι γραμμές υποδεικνύουν τις υποπροτάσεις στις οποίες εφαρμόζεται κάποιος από τους κανόνες (1), (12), (14), (15), (20) ή (21). Η υποπρόταση που βρίσκεται κάτω από μία γραμμή προκύπτει από την υποπρόταση που βρίσκεται πάνω από τη γραμμή. Οι κανόνες (8) και (9) χρησιμοποιούνται ώστε η ισοδυναμία των υποπροτάσεων να επεκταθεί σε ολόκληρες τις προτάσεις. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 26 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) φ = x y z p(x, y, z) x y z r(x, y, z) x ( y z p(x, y, z) y z r(x, y, z)) από (12) x y ( y z p(x, y, z) z r(x, y, z)) από (14),(8) x y z ( y z p(x, y, z) r(x, y, z)) από (15),(8) x y z (r(x, y, z) y z p(x, y, z)) από (1),(8),(9) x y z w (r(x, y, z) z p(x, w, z)) από (21),(8),(9) x y z w t (r(x, y, z) p(x, w, t)) από (20),(8),(9) prenex(φ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 27 / 47

Λήμμα Κάθε πρόταση της μορφής φ = ω ω, όπου ω και ω είναι προτάσεις σε ποσοδεικτική κανονική μορφή, είναι λογικά ισοδύναμη με μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Απόδειξη Αποδεικνύεται όπως το πρηγούμενο, εφαρμόζοντας επαναληπτικά τους κανόνες 22 και 23 (ή εναλλακτικά μπορούμε για κάποιον από τους κανόνες 13, 16 ή 17, εφόσον μπορεί να εφαρμοστεί). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 28 / 47

Παράδειγμα Θα μετατρέψουμε την πρόταση φ = z w y q(x, y, z, w) x y z s(x, y, z) σε μία λογικά ισοδύναμη πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 29 / 47

Παράδειγμα Οι γραμμές υποδεικνύουν τις υποπροτάσεις στις οποίες εφαρμόζεται κάποιος από τους κανόνες (2), (13), (16), (17), (22) ή (23). Η υποπρόταση που βρίσκεται κάτω από μία γραμμή προκύπτει από την υποπρόταση που βρίσκεται πάνω από τη γραμμή. Οι κανόνες (8) και (9) χρησιμοποιούνται ώστε η ισοδυναμία των υποπροτάσεων να επεκταθεί σε ολόκληρες τις προτάσεις. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 30 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) φ = z w y q(x, y, z, w) x y z s(x, y, z) t ( z w y q(x, y, z, w) y z s(t, y, z)) από (22) t y ( z w y q(x, y, z, w) z s(t, y, z)) από (17),(8) t y z ( w y q(x, y, z, w) s(t, y, z)) από (13),(8),(9) t y z (s(t, y, z) w y q(x, y, z, w)) από (2),(8),(9) t y z w (s(t, y, z) y q(x, y, z, w)) από (16),(8),(9) t y z w u (s(t, y, z) q(x, u, z, w)) από (23),(8),(9) prenex(φ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 31 / 47

Θεώρημα Κάθε πρόταση της πρωτοβάθμιας λογικής είναι λογικά ισοδύναμη με μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Απόδειξη Αρκεί να δείξουμε ότι για κάθε πρόταση φ, prenex(φ), ή ισοδύναμα ότι υπάρχει φ τέτοια ώστε φ prenex(φ). Η απόδειξη θα γίνει με επαγωγή στη δομή της φ. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 32 / 47

Απόδειξη (συνέχεια) Εστω φ = p(t 1, t 2,..., t n ), η ίδια η φ βρίσκετε σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Συνεπώς φ prenex(φ). Εστω φ = ψ. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχει πρόταση ψ prenex(ψ). Συνπεπώς ψ ψ, που συνεπάγεται φ ψ, λόγω του κανόνα (5). Από το πρώτο λήμμα, προκύπτει ότι prenex( ψ ), που είναι ισοδύναμο με prenex(φ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 33 / 47

Απόδειξη (συνέχεια) Εστω φ = ψ ω. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχουν προτάσεις ψ prenex(ψ) και ω prenex(ω). Συνπεπώς ψ ψ και ω ω, που συνεπάγεται φ ψ ω λόγω του κανόνα (6). Από το δεύτερο λήμμα, προκύπτει ότι prenex(ψ ω ), που είναι ισοδύναμο με prenex(φ). Εστω φ = ψ ω. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχουν προτάσεις ψ prenex(ψ) και ω prenex(ω). Συνπεπώς ψ ψ και ω ω, που συνεπάγεται φ ψ ω λόγω του κανόνα (7). Από το τρίτο λήμμα, προκύπτει ότι prenex(ψ ω ), που είναι ισοδύναμο με prenex(φ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 34 / 47

Απόδειξη (συνέχεια) Εστω φ = ψ ω. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχουν προτάσεις ψ prenex(ψ) και ω prenex(ω). Συνπεπώς ψ ψ και ω ω, που συνεπάγεται φ ψ ω λόγω των κανόνων (5) και (7). Από το πρώτο λήμμα, προκύπτει ότι υπάρχει ψ prenex( ψ ), και άρα φ ψ ω λόγω του κανόνα (7). Από το τρίτο λήμμα, προκύπτει ότι prenex(ψ ω ), που είναι ισοδύναμο με prenex(φ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 35 / 47

Απόδειξη (συνέχεια) Εστω φ = ψ ω. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχουν προτάσεις ψ prenex(ψ) και ω prenex(ω). Συνπεπώς ψ ψ και ω ω, που συνεπάγεται φ (ψ ω ) ( ψ ω ) λόγω των κανόνων (5)-(7). Από το πρώτο λήμμα, προκύπτει ότι υπάρχουν ψ prenex( ψ ) και ω prenex( ω ), και άρα φ (ψ ω ) (ψ ω ) λόγω των κανόνων (6) και (7). Από το δεύτερο λήμμα, προκύπτει ότι υπάρχουν χ prenex(ψ ω ) και χ prenex(ψ ω ), και άρα φ χ χ. Από το τρίτο λήμμα, προκύπτει ότι prenex(χ χ ), που είναι ισοδύναμο με prenex(φ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 36 / 47

Απόδειξη (συνέχεια) Εστω φ = x ψ. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχει πρόταση ψ prenex(ψ). Συνπεπώς ψ ψ, που συνεπάγεται φ x ψ, λόγω του κανόνα (8). Επιπλέον η πρόταση x ψ είναι σε ποσοδεικτική κανονική μορφή και συνεπώς prenex(φ). Εστω φ = x ψ. Από επαγωγική υπόθεση, υπάρχει πρόταση ψ prenex(ψ). Συνπεπώς ψ ψ, που συνεπάγεται φ x ψ, λόγω του κανόνα (9). Επιπλέον η πρόταση x ψ είναι σε ποσοδεικτική κανονική μορφή και συνεπώς prenex(φ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 37 / 47

Η απόδειξη του παραπάνω Θεωρήματος είναι κατασκευαστική, καθώς μας υποδεικνύει μία διαδικασία με την οποία μπορούμε να βρούμε μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή η οποία να είναι λογικά ισοδύναμη με μία δεδομένη πρόταση φ. Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 38 / 47

Παράδειγμα Εστω η πρόταση φ = (r(a) x y p(x, y)) x q(a, x) Θα βρούμε μία πρόταση που να ανήσει στο prenex(φ). Η φ προκύπτει εφαρμόζοντας τον λογικό σύνδεσμο στις προτάσεις ψ = r(a) x y p(x, y) και ω = x q(a, x). Παρατηρουμε ότι η ω είναι σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Θα βρούμε μία πρόταση που να ανήσει στο prenex(ψ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 39 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) Η ψ προκύπτει εφαρμόζοντας τον λογικό σύνδεσμο στις προτάσεις r(a) και x y p(x, y) οι οποίες είναι σε ποσοδεικτική κανονική μορφή. Επειδή ψ r(a) x y p(x, y), μπορούμε να κατασκευάσουμε μία πρόταση που ανήκει στο prenex(ψ), εφαρμόζοντας τα βήματα στην απόδειξη του τρίτου λήμματος: ψ r(a) x y p(x, y) x ( r(a) y p(x, y)) x y ( r(a) p(x, y)) prenex(ψ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 40 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) Η πρόταση φ είναι λογικά ισοδύναμη με την πρόταση ( x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x)) ( x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x)) Εφαρμόζοντας το πρώτο λήμμα μπορούμε να βρούμε προτάσεις σε ποσοδεικτική κανονική μορφή που να είναι ισοδύναμες με τις x y ( r(a) p(x, y)) και x q(a, x) x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x) x q(a, x) x y ( r(a) p(x, y)) x y ( r(a) p(x, y)) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 41 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) Συνεπώς η πρόταση φ είναι λογικά ισοδύναμη με την πρόταση ( x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x)) ( x ( r(a) p(x, y)) x q(a, x)) Εφαρμόζοντας το δεύτερο λήμμα μπορούμε να βρούμε προτάσεις σε ποσοδεικτική κανονική μορφή που να είναι ισοδύναμες με τις x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x) και x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 42 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) x y ( r(a) p(x, y)) x q(a, x) x ( x y ( r(a) p(x, y)) q(a, x)) x (q(a, x) x y ( r(a) p(x, y))) x z (q(a, x) y ( r(a) p(z, y))) x z y (q(a, x) ( r(a) p(z, y))) x ( r(a) p(x, y)) x q(a, x) x ( x y ( r(a) p(x, y)) q(a, x)) x ( q(a, x) x y ( r(a) p(x, y))) x z ( q(a, x) y ( r(a) p(z, y))) x z y ( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 43 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) Άρα η πρόταση φ είναι λογικά ισοδύναμη με την πρόταση x z y (q(a, x) ( r(a) p(z, y))) x z y ( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) Εφαρμόζοντας το τρίτο λήμμα μπορούμε να βρούμε μία πρόταση prenex(φ). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 44 / 47

Παράδειγμα (συνέχεια) φ x z y(q(a, x) ( r(a) p(z, y))) x z y( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) x( x z y(q(a, x) ( r(a) p(z, y))) z y( q(a, x) ( r(a) p(z, y)))) x z( x z y(q(a, x) ( r(a) p(z, y))) y( q(a, x) ( r(a) p(z, y)))) x z y( x z y(q(a, x) ( r(a) p(z, y))) ( q(a, x) ( r(a) p(z, y)))) x z y(( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) x z y(q(a, x) ( r(a) p(z, y)))) x z y w(( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) z y(q(a, w) ( r(a) p(z, y)))) x z y w t(( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) y(q(a, w) ( r(a) p(t, y)))) x z y w t u(( q(a, x) ( r(a) p(z, y))) (q(a, w) ( r(a) p(t, u)))) prenex(φ) Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 45 / 47

Φυσικά μπορούμε να βρούμε μία πρόταση σε ποσοδεικτική κανονική μορφή που να είναι λογικά ισοδύναμη με τη φ εφαρμόζοντας απ ευθείας τους κανόνες (1)-(23). Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) 2018 46 / 47