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逻辑恒等式

了解逻辑恒等式以及常用的等价命题。

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逻辑恒等式

了解逻辑恒等式以及常用的等价命题。

定义

逻辑等价的命题可以在推理或证明结果时相互替换。这类经常使用的等价命题称为逻辑恒等式。

逻辑恒等式列表

以下是逻辑恒等式的总结表格。表格中同一行的两个命题彼此等价,即 左边 ≡ 右边。

恒等式编号左边右边
1¬(p∧q)\neg (p \land q)¬p∨¬q\neg p \lor \neg q
2¬(p∨q)\neg (p \lor q)¬p∧¬q\neg p \land \neg q
3p⇒qp \Rightarrow q¬q⇒¬p\neg q \Rightarrow \neg p
4¬p⇒¬q\neg p \Rightarrow \neg qq⇒pq \Rightarrow p
5p⇒qp \Rightarrow q¬p∨q\neg p \lor q
6¬(p⇒q)\neg(p \Rightarrow q)p∧¬qp \land \neg q
7p⇔qp \Leftrightarrow q(p⇒q)∧(q⇒p)(p \Rightarrow q) \land (q \Rightarrow p)
8p⇔qp \Leftrightarrow q(¬p∨q)∧(¬q∨p)(\neg p \lor q) \land (\neg q \lor p)
9¬(p⇔q)\neg(p \Leftrightarrow q)¬(p⇒q)∨¬(q⇒p)\neg(p \Rightarrow q) \lor \neg(q \Rightarrow p)
10¬(p⇔q)\neg(p \Leftrightarrow q)(p∧¬q)∨(q∧¬p)(p \land \neg q) \lor (q \land \neg p)
11¬(p⇔q)\neg(p \Leftrightarrow q)p⊕qp \oplus q

在上表中,前两个恒等式是德摩根定律。一些基本的恒等式需要牢记。

下表包含更多命题逻辑中的命名恒等式或定律。其中,“T”表示真,“F”表示假。

编号等价关系或恒等式恒等式名称
1p∧T≡pp \land T \equiv p恒等律
2p∨F≡pp \lor F \equiv p恒等律
3p∧F≡Fp \land F \equiv F支配律
4p∨T≡Tp \lor T \equiv T支配律
5p∨p≡pp \lor p \equiv p幂等律
6p∧p≡pp \land p \equiv p幂等律
7p∧q≡q∧pp \land q \equiv q \land p交换律
8p∨q≡q∨pp \lor q \equiv q \lor p交换律
9p⇔q≡q⇔pp \Leftrightarrow q \equiv q \Leftrightarrow p交换律
10p∧(p∨q)≡pp \land (p \lor q) \equiv p吸收律
11p∨(p∧q)≡pp \lor (p \land q) \equiv p吸收律
12p∧¬p≡Fp \land \neg p \equiv F否定律
13p∨¬p≡Tp \lor \neg p \equiv T否定律
14¬(¬p)≡p\neg(\neg p) \equiv p双重否定律
15(p∧q)∧r≡p∧(q∧r)(p \land q) \land r \equiv p \land (q \land r)结合律
16(p∨q)∨r≡p∨(q∨r)(p \lor q) \lor r \equiv p \lor (q \lor r)结合律
17p∧(q∨r)≡(p∧q)∨(p∧r)p \land (q \lor r) \equiv (p \land q) \lor (p \land r)分配律
18p∨(q∧r)≡(p∨q)∧(p∨r)p \lor (q \land r) \equiv (p \lor q) \land (p \lor r)分配律

分配律

上表中的第17和第18个恒等式是分配律。我们先从直观上进行讨论,然后借助真值表来分析它们为何成立。

考虑:

p∧(q∨r)≡(p∧q)∨(p∧r)p \land (q \lor r) \equiv (p \land q) \lor (p \land r)

观察左边,如果 pp 为假,则整个表达式为假。若 pp 为真,则左边的真假取决于 qq 和 rr。只要 qq 或 rr 中有一个为真,整个表达式就为真。

这意味着:p∧(q∨r)p \land (q \lor r) 为真,当且仅当 p∧qp \land q 为真,或 p∧rp \land r 为真;而当 pp 为假,或 qq 和 rr 都为假时,表达式为假。这正是右边所表达的内容。

现在来看该恒等式的真值表:

(p,q,r)(p, q, r)q∨rq \lor rp∧qp \land qp∧rp \land rp∧(q∨r)p \land (q \lor r)(p∧q)∨(p∧r)(p \land q) \lor (p \land r)
(T, T, T)TTTTT
(T, T, F)TTFTT
(T, F, T)TFTTT
(T, F, F)FFFFF
(F, T, T)TFFFF
(F, T, F)TFFFF
(F, F, T)TFFFF
(F, F, F)FFFFF

从上述真值表的最后两列可以看出,所讨论的恒等式成立。

再考虑:

p∨(q∧r)≡(p∨q)∧(p∨r)p \lor (q \land r) \equiv (p \lor q) \land (p \lor r)

若 pp 为真,显然无论 qq 和 rr 的真假如何,左右两边都为真。若 pp 为假,则只有当 qq 和 rr 都为真时,左边才为真,此时右边也必然为真。

再看该恒等式的真值表:

(p,q,r)(p, q, r)q∧rq \land rp∨qp \lor qp∨rp \lor rp∨(q∧r)p \lor (q \land r)(p∨q)∧(p∨r)(p \lor q) \land (p \lor r)
(T, T, T)TTTTT
(T, T, F)FTTTT
(T, F, T)FTTTT
(T, F, F)FTTTT
(F, T, T)TTTTT
(F, T, F)FTFFF
(F, F, T)FFTFF
(F, F, F)FFFFF

从上述真值表的最后两列可以看出,该恒等式同样成立。

例子

下面我们看几个例子:

  • $t_s$:Tora 正在吃沙拉。
  • $t_r$:Tora 正在吃米饭。
  • $t_k$:Tora 正在吃牛排。
Tora having her dinner
Tora having her dinner

根据分配律,我们知道 p1≡p2p_1 \equiv p_2。因此,要表达“Tora 正在吃沙拉,搭配米饭或牛排”,逻辑上等价于说 p1p_1 或 p2p_2。

第二个例子:

  • $d_b$:Ivan 是一只棕色皮肤的鹿。
  • $d_g$:Ivan 是一只金色皮肤的鹿。
  • $d_w$:Ivan 是一只白色皮肤的鹿。
Ivan
Ivan

我们知道,根据分配律,p3p_3 和 p4p_4 是等价的。

命题逻辑

永真式与矛盾式