Основные понятия лигики
план-конспект урока по информатике и икт (9 класс) по теме

Основные понятия 

Логика— это наука о формах и законах человеческого мышления и, в частности, о законах доказательных рассуждений.
Суждение — это некоторое высказывание, которое может быть истинным или ложным.
Утверждение — это суждение, которое требуется доказать или опровергнуть.
Рассуждение — это цепочка взаимосвязанных суждений, фактов, общих положений и умозаключений, получаемых из других суждений по определенным правилам вывода.
Дедукция — это рассуждения от общего к частному.
Индукция — это рассуждение от частного к общему.
Математическая логика изучает только рассуждения со строго определенными объектами и суждениями, для которых возможно однозначно решить, истинны они или ложны.
Высказывание — это повествовательное предложение, о котором можно сказать, истинно оно или ложно.
«Земля — планета Солнечной системы» — истинно.
«2+8<5» — ложно.
«5*5=25» — истинно.
«Каждый квадрат есть параллелограмм» — истинно.
«Каждый параллелограмм есть квадрат» — ложно.
«2*2=5» — ложно.
А вот примеры, не являющиеся высказываниями: «Уходя, гасите свет»
«Да здравствует мыло душистое и полотенце пушистое!»
Высказывание, представляющее собой одно утверждение принято называть простым или элементарным.
Сложное высказывание получается путем объединения простых высказываний связанные — союзами И, ИЛИ, и частицей НЕ.

В алгебре высказываний, как и в обычной алгебре, вводится ряд операций.
Связки И, ИЛИ и НЕ заменяются логическими операциями.

Конъюнкция — это логическое умножение.

Конъюнкция двух высказываний А и В соответствует союзу «И». Она обозначается символами /\ или & (амперсенд), или *.

Запись А ^ В читается как «А и В».

Пример:

Пусть суждение А = «Сегодня солнечный день», а суждение В = «Иван пошел купаться», тогда конъюнкция А ^ В есть суждение: Х = «Сегодня солнечный день, и Иван пошел купаться».

Конъюнкция двух высказываний истинна тогда и только тогда, когда истинны оба высказывания.

Таблица истинности конъюнкции двух суждений А и В такова:

Таблица истинности. Конъюнкция.

В программировании эту операцию обозначают «AND» (от английского «И»).

Дизъюнкция — это логическое сложение.

Дизъюнкция двух высказываний А и В соответствует союзу «ИЛИ». Она обозначается символами \/ или + .

Запись А V В читается как «А или В»

Пример:

Пусть суждение А = «Снег пойдет ночью», а суждение В = «Снег пойдет утром», тогда дизъюнкция A V В есть суждение: Х = «Снег пойдет ночью или утром».

Дизъюнкция двух высказываний ложна тогда и только тогда, когда ложны оба высказывания.

Таблица истинности дизъюнкции двух суждений А и В такова:

Таблица истинности. Дизъюнкция.

В программировании эту операцию обозначают «OR» (от английского «ИЛИ»).

Инверсия (отрицание) — это логическое не.

Говорят, что имея суждение А, можно образовать новое суждение, которое читается как «не А» или «неверно, что А»

Для обозначения отрицания суждения употребляется символ ¬ или – над переменной.

Запись ¬А читается как «не А».

Пример:

Пусть суждение А = «Сегодня идёт снег», тогда отрицанием будет (не А) А = «Сегодня не идёт снег».

Инверсия логической переменной истинна, если сама переменная ложна, и, наоборот, инверсия ложна, если переменная истинна.

Для операции «инверсия» (или «отрицания») таблица истинности выглядит так:

Таблица истинности. Отрицание.

Это может быть также записано в виде:

0 = 1, 1 = 0

В программировании операцию отрицания обозначают «NOT» (от английского «не»).

Импликация — это логическое следование.

Импликация двух высказываний А и В соответствует союзу «ЕСЛИ…ТО». Она обозначается символом →

Запись А → В читается как «из А следует В»

Пример:

Пусть суждение А = «Завтра будет хорошая погода», а суждение В = «Я выйду на прогулку», тогда импликация А → В есть суждение: Х = «Если завтра будет хорошая погода, то я выйду на прогулку».

Импликация двух высказываний истинна всегда, кроме случая, если первое высказывание истинно, а второе ложно.

Таблица истинности импликации двух суждений А и В такова:

Таблица истинности. Импликация.

В программировании эту операцию обозначают «IMP».

Эквивалентность — это функция тождества.

Она обозначается символами ≡ или <=>. Выбираем обозначение А ≡ В. («тогда и только тогда»).

Запись А ≡ В читается как «А эквивалентно В».

Пример:

Эквивалентность двух высказываний истинна только в тех случаях, когда оба высказывания ложны или оба истинны.

Таблица истинности эквивалентности двух суждений А и В такова:

Таблица истинности. Эквивалентность.

В программировании эту операцию обозначают «EQV».

В алгебре высказываний любую логическую функцию можно выразить через основные логические операции, записать ее в виде логического выражения и упростить, применяя законы логики и свойства логических операций. Необходимо только учитывать порядок выполнения логических операций (приоритет) и скобки. Операции в логическом выражении выполняются слева направо с учетом скобок. Приоритет логических операций: инверсия, конъюнкция, дизъюнкция.

алгебре логики логические операции часто описываются при помощи так называемых таблиц истинности.

Таблица истинности представляет собой таблицу, устанавливающую соответствие между возможными значениями набора переменных и значениями функции.

Таблицы истинности логических функций позволяют определить значения, которые принимают эти функции при различных значениях переменных, сравнивать функции между собой, определять, удовлетворяют ли функции заданным свойствам.

В математической логике не рассматривается конкретное содержание высказывания, важно только, истинно оно или ложно. Поэтому высказывание можно представить некоторой переменной величиной, значениями которой может быть только 0 или 1. Если высказывание истинно, то его значение равно 1, если ложно- 0.

Простые высказывания назвали логическими переменными, а сложные-логическими функциями. Значения логических функций также только О или 1. Для простоты записи высказывания обозначаются латинскими буквами А, В, С.

У кошки 4 ноги А=1.
Москва расположена на двух холмах В=0.

Использование 0 и 1 подчеркивает некоторое соответствие между значениями логических переменных и функций, в математической логике и цифрами в двоичной системе счисления. Это позволяет описывать работу логических схем ПК и проводить их анализ и синтез с помощью математического аппарата алгебры логики.

Любое устройство ПК, выполняющее условия над двоичными числами, можно рассмотреть, как некоторый функциональный преобразователь.

Причем числа на входе - значения входных логических переменных, а числа на выходе- значение логической функции, которое получено в результате выполнения определенных операций. Таким образом, этот преобразователь реализует некоторую логическую функцию

Значения логической функции для разных сочетаний значений входных переменных - или, как это иначе называют, наборов входных - обычно задаются специальной таблицей. Такая таблица называется таблицей истинности.
Полностью ... переменных (Q) можно определить по формуле: Q= 2", где n - количество входных переменных.
Таблица может иметь вид:

Q=2ˆ3=8

Разнообразие логических задач очень велико. Способов их решения тоже немало. Но наибольшее распространение получили следующие три способа решения логических задач:

1. средствами алгебры логики;
2. табличный;
3. с помощью рассуждений.

Познакомимся с ними поочередно.

I. Решение логических задач средствами алгебры логики 

Обычно используется следующая схема решения:

• изучается условие задачи;
• вводится система обозначений для логических высказываний;
• конструируется логическая формула, описывающая логические связи между всеми высказываниями условия задачи;
• определяются значения истинности этой логической формулы;
• из полученных значений истинности формулы определяются значения истинности введённых логических высказываний, на основании которых делается заключение о решении.

Пример: Трое друзей, болельщиков автогонок "Формула-1", спорили о результатах предстоящего этапа гонок.

— Вот увидишь, Шумахер не придет первым, — сказал Джон. Первым будет Хилл.

— Да нет же, победителем будет, как всегда, Шумахер, — воскликнул Ник. — А об Алези и говорить нечего, ему не быть первым.

Питер, к которому обратился Ник, возмутился:

— Хиллу не видать первого места, а вот Алези пилотирует самую мощную машину.

По завершении этапа гонок оказалось, что каждое из двух предположений двоих друзей подтвердилось, а оба предположения третьего из друзей оказались неверны. Кто выиграл этап гонки?

Решение. Введем обозначения для логических высказываний:

Ш — победит Шумахер; Х — победит Хилл; А — победит Алези.

Реплика Ника "Алези пилотирует самую мощную машину" не содержит никакого утверждения о месте, которое займёт этот гонщик, поэтому в дальнейших рассуждениях не учитывается.

Зафиксируем высказывания каждого из друзей:

Учитывая то, что предположения двух друзей подтвердились, а предположения третьего неверны, запишем и упростим истинное высказывание

Высказывание истинно только при Ш=1, А=0, Х=0.

Ответ. Победителем этапа гонок стал Шумахер.

II. Решение логических задач табличным способом

При использовании этого способа условия, которые содержит задача, и результаты рассуждений фиксируются с помощью специально составленных таблиц.

Пример: В симфонический оркестр приняли на работу трёх музыкантов: Брауна, Смита и Вессона, умеющих играть на скрипке, флейте, альте, кларнете, гобое и трубе.

Известно, что:

• Смит самый высокий;
• играющий на скрипке меньше ростом играющего на флейте;
• играющие на скрипке и флейте и Браун любят пиццу;
• когда между альтистом и трубачом возникает ссора, Смит мирит их;
• Браун не умеет играть ни на трубе, ни на гобое.

На каких инструментах играет каждый из музыкантов, если каждый владеет двумя инструментами?

Решение. Составим таблицу и отразим в ней условия задачи, заполнив соответствующие клетки цифрами 0 и 1 в зависимости от того, ложно или истинно соответствующее высказывание.

Так как музыкантов трoе, инструментов шесть и каждый владеет только двумя инструментами, получается, что каждый музыкант играет на инструментах, которыми остальные не владеют.

Из условия 4 следует, что Смит не играет ни на альте, ни на трубе, а из условий 3 и 5, что Браун не умеет играть на скрипке, флейте, трубе и гобое. Следовательно, инструменты Брауна — альт и кларнет. Занесем это в таблицу, а оставшиеся клетки столбцов "альт" и "кларнет" заполним нулями:

Из таблицы видно, что на трубе может играть только Вессон.

Из условий 1 и 2 следует, что Смит не скрипач. Так как на скрипке не играет ни Браун, ни Смит, то скрипачом является Вессон. Оба инструмента, на которых играет Вессон, теперь определены, поэтому остальные клетки строки "Вессон" можно заполнить нулями:

Из таблицы видно, что играть на флейте и на гобое может только Смит.

Ответ: Браун играет на альте и кларнете, Смит — на флейте и гобое, Вессон — на скрипке и трубе.

Пример: Три одноклассника — Влад, Тимур и Юра, встретились спустя 10 лет после окончания школы. Выяснилось, что один из них стал врачом, другой физиком, а третий юристом. Один полюбил туризм, другой бег, страсть третьего — регби.

• Юра сказал, что на туризм ему не хватает времени, хотя его сестра — единственный врач в семье, заядлый турист. Врач сказал, что он разделяет увлечение коллеги.
• Забавно, но у двоих из друзей в названиях их профессий и увлечений не встречается ни одна буква их имен.

Определите, кто чем любит заниматься в свободное время и у кого какая профессия.

Решение: Здесь исходные данные разбиваются на тройки (имя — профессия — увлечение).

Из слов Юры ясно, что он не увлекается туризмом и он не врач. Из слов врача следует, что он турист.

Буква "а", присутствующая в слове "врач", указывает на то, что Влад тоже не врач, следовательно врач — Тимур. В его имени есть буквы "т" и "р", встречающиеся в слове "туризм", следовательно второй из друзей, в названиях профессии и увлечения которого не встречается ни одна буква его имени — Юра. Юра не юрист и не регбист, так как в его имени содержатся буквы "ю" и "р". Следовательно, окончательно имеем:

Ответ. Влад — юрист и регбист, Тимур — врач и турист, Юра — физик и бегун.

III. Решение логических задач с помощью рассуждений 

Этим способом обычно решают несложные логические задачи.

Пример: Вадим, Сергей и Михаил изучают различные иностранные языки: китайский, японский и арабский. На вопрос, какой язык изучает каждый из них, один ответил: "Вадим изучает китайский, Сергей не изучает китайский, а Михаил не изучает арабский". Впоследствии выяснилось, что в этом ответе только одно утверждение верно, а два других ложны. Какой язык изучает каждый из молодых людей?

Решение. Имеется три утверждения:

• Вадим изучает китайский;
• Сергей не изучает китайский;
• Михаил не изучает арабский.

Если верно первое утверждение, то верно и второе, так как юноши изучают разные языки. Это противоречит условию задачи, поэтому первое утверждение ложно.

Если верно второе утверждение, то первое и третье должны быть ложны. При этом получается, что никто не изучает китайский. Это противоречит условию, поэтому второе утверждение тоже ложно.

Остается считать верным третье утверждение, а первое и второе — ложными. Следовательно, Вадим не изучает китайский, китайский изучает Сергей.

Ответ: Сергей изучает китайский язык, Михаил — японский, Вадим — арабский.

Пример: Министры иностранных дел России, США и Китая обсудили за закрытыми дверями проекты соглашения о полном разоружении, представленные каждой из стран. Отвечая затем на вопрос журналистов: "Чей именно проект был принят?", министры дали такие ответы:

• Россия — "Проект не наш, проект не США";
• США — "Проект не России, проект Китая";
• Китай — "Проект не наш, проект России".

Один из них (самый откровенный) оба раза говорил правду; второй (самый скрытный) оба раза говорил неправду, третий (осторожный) один раз сказал правду, а другой раз — неправду.

Определите, представителями каких стран являются откровенный, скрытный и осторожный министры.

Решение. Для удобства записи пронумеруем высказывания дипломатов:

Россия — "Проект не наш" (1), "Проект не США" (2);
США — "Проект не России" (3), "Проект Китая" (4);
Китай — "Проект не наш" (5), "Проект России" (6).

Узнаем, кто из министров самый откровенный.

Если это российский министр, то из справедливости (1) и (2) следует, что победил китайский проект. Но тогда оба утверждения министра США тоже справедливы, чего не может быть по условию.

Если самый откровенный — министр США, то тогда вновь получаем, что победил китайский проект, значит оба утверждения российского министра тоже верны, чего не может быть по условию.

Получается, что наиболее откровенным был китайский министр. Действительно, из того, что (5) и (6) справедливы, cледует, что победил российский проект. А тогда получается, что из двух утверждений российского министра первое ложно, а второе верно. Оба же утверждения министра США неверны.

Ответ: Откровеннее был китайский министр, осторожнее — российский, скрытнее — министр США.

Упражнения

для самоконтроля 

1. Какие из следующих предложений являются логическими высказываниями, а какие — нет (объясните почему):

1. “Солнце есть спутник Земли”;
2. “2+3*4”;
3. “Сегодня отличная погода”;
4. “В романе Л.Н. Толстого “Война и мир” 3 432 536 слов”;
5. “Санкт-Петербург расположен на Неве”;
6. “Музыка Баха слишком сложна”;
7. “Первая космическая скорость равна 7.8 км/сек”;
8. “Железо — металл”;
9. “Если один угол в треугольнике прямой, то треугольник будет тупоугольным”;
10. “Если сумма квадратов двух сторон треугольника равна квадрату третьей, то он прямоугольный”.

Ответ

2. Определите значения истинности высказываний:

1. “Наличия аттестата о среднем образовании достаточно для поступления в институт”;
2. “Наличие аттестата о среднем образовании необходимо для поступления в институт”;
3. “Если целое число делится на 6, то оно делится на 3”;
4. “Подобие треугольников является необходимым условием их равенства”;
5. “Подобие треугольников является необходимым и достаточным условием их равенства”;
6. “Треугольники подобны только в случае их равенства”;
7. “Треугольники равны только в случае их подобия”;
8. “Равенство треугольников является достаточным условием их подобия”;
9. “Для того, чтобы треугольники были неравны, достаточно, чтобы они были неподобны”;
10. “Для того, чтобы четырёхугольник был квадратом, достаточно, чтобы его диагонали были равны и перпендикулярны”.

Ответ

3. Решите логические задачи

1) На олимпиаде по ИИТ участвуют Аня, Вика, Саша и Дима. Болельщики высказали следующие предложения:
- первым будет Саша, Вика будет последней,
- второй будет Саша, Дима будет третий,
- второй будет Аня, Дима будет четвертый.
Оказалось, в каждом предложении одно- истинно, другое- ложно. Какое место занял каждый ученик?
2) Какой учебный предмет - ИИТ, физика, математика, история — должен быть внесен в расписание при выполнении следующих условий:
- если выносится ИИТ, то и физика,
если не выносится история, то и не выносится физика,
- неверно, если выносится математика, то и история.
3) Алеша, Боря, Гриша нашли в земле сосуд. Алеша предположил, что это греческий сосуд 5 века, Боря, что сосуд финский 3 века, Гриша - не греческий 4 века. Каждый мальчик прав только в одном случае.
4) Кто участвовал в соревнованиях?
Если Иванов не участвовал или Петров участвовал, то Сидоров не участвовал. Если Иванов не участвовал, то Сидоров не участвовал.

Ответ 

4. Перевести на язык алгебры логики следующие высказывания:

1. Необходимое и достаточное условие для жизни растений состоит в наличии питательной почвы, чистого воздуха и солнечного света.
2. Если "Торпедо" или "Динамо" проиграют, а "Локомотив" выиграет, то "Спартак" потеряет 1-ое место.
3. Если животное млекопитающее и имеет острые зубы и клыки и не ест траву, то это хищник.
4. Если рабочие или администрация упорствуют, то забастовка будет урегулирована тогда и только тогда, когда правительство добьется судебного запрещения, но войска не будут посланы на завод.

Ответ

5. Построить таблицу истинности для логических функций:

1. F (A, B, C) = (A ^ B) → (B V A)
2. F (A, B, C) = A V (¬C ^ B)
3. F (A, B) = ¬(A → B) V (A ^ B)
4. F (A, B, C) = ¬(A V B) → (¬A ≡ ¬C)

Ответ

Ответы 

1. Являются высказываниями: 1, 4, 5, 7, 8, 9, 10. Не являются высказываниями: 2, 3, 6.

2. Истинны: 2, 3, 4, 8, 9, 10. Ложны: 1, 5, 6, 7.

3. 1) Саша -1, Вика - 4, Аня - 2, Дима - 3.
2) математика.
3) финский 5 века.
4) Петров.

4. 1) A ≡ (B ^ C ^ D)
2) ( ¬A V ¬B ^ C) → D
3) (A ^ B ^ C ^ ¬D) → E
4) A V B → C ≡ D ^ ¬E

5. 1)

2)

3)

4)