跳转至

Lec 5: 逻辑等价、蕴涵与范式

1. 逻辑等价与逻辑蕴含

1.1 逻辑等价式 (Logical Equivalence)

当命题公式 \(A \leftrightarrow B\) 是重言式时,称 \(A\) 逻辑等价\(B\),记作 \(A \equiv B\)

基本等价律

定律 公式
双重否定律 \(\lnot\lnot A \equiv A\)
幂等律 \(A \lor A \equiv A\), \(A \land A \equiv A\)
交换律 \(A \lor B \equiv B \lor A\), \(A \land B \equiv B \land A\)
结合律 \((A \lor B) \lor C \equiv A \lor (B \lor C)\), \((A \land B) \land C \equiv A \land (B \land C)\)
分配律 \(A \land (B \lor C) \equiv (A \land B) \lor (A \land C)\), \(A \lor (B \land C) \equiv (A \lor B) \land (A \lor C)\)
德摩根律 \(\lnot(A \lor B) \equiv \lnot A \land \lnot B\), \(\lnot(A \land B) \equiv \lnot A \lor \lnot B\)
吸收律 \(A \lor (A \land B) \equiv A\), \(A \land (A \lor B) \equiv A\)
蕴涵等值式 \(A \to B \equiv \lnot A \lor B\)
等价等值式 \(A \leftrightarrow B \equiv (A \to B) \land (B \to A)\)
零律 \(A \lor T \equiv T\), \(A \land F \equiv F\)
同一律 \(A \lor F \equiv A\), \(A \land T \equiv A\)
排中律 \(A \lor \lnot A \equiv T\)
矛盾律 \(A \land \lnot A \equiv F\)
假言易位 \(A \to B \equiv \lnot B \to \lnot A\)
归谬论 \(A \to B \land A \to \lnot B \equiv \lnot A\)
等价等值式2 \(A \leftrightarrow B \equiv (A \land B) \lor (\lnot A \land \lnot B)\)

1.2 逻辑蕴涵式 (Logical Implication)

当命题公式 \(A \to B\) 是重言式时,称 \(A\) 逻辑蕴涵 \(B\),记做 \(A \models B\)

  • 公式 \(A\) 的所有成真赋值都是公式 \(B\) 的成真赋值
  • \(A \equiv B\) 可以看作 \(A \models B \land B \models A\)
  • 推广形式:\(\Gamma \models B\)\(\Gamma\) 中所有公式的合取逻辑蕴涵 \(B\)

常用蕴涵式

蕴涵式 说明
\(A \models A \lor B\) 附加律
\(A \land B \models A\) 化简律
\(A \land (A \to B) \models B\) 假言推理
\((A \to B) \land \lnot B \models \lnot A\) 拒取式
\(\lnot A \land (A \lor B) \models B\) 析取三段论
\((A \to B) \land (B \to C) \models A \to C\) 假言三段论
\((A \to B) \land (C \to D) \models (A \land C) \to (B \land D)\)
\((A \leftrightarrow B) \land (B \leftrightarrow C) \models A \leftrightarrow C\)

2. 代入原理与替换原理

  • 代入原理:将永真式 \(A\) 中的某个命题变元全部替换为某个命题公式 \(B\),结果仍为永真式
  • 替换原理:将公式 \(A\) 中的子公式 \(C\) 替换为与其逻辑等价的公式 \(D\),结果与原公式等价

3. 范式 (Normal Forms)

3.1 基本概念

  • 文字 (literal):命题变元或其否定,如 \(p\)\(\lnot p\)
  • 简单析取式:仅由有限个文字构成的析取式,如 \(p \lor \lnot q \lor r\)
  • 简单合取式:仅由有限个文字构成的合取式,如 \(p \land \lnot q \land r\)

3.2 析取范式 (Disjunctive Normal Form, DNF)

  • 有限个简单合取式的析取
  • 例:\((p \land q) \lor (\lnot p \land r)\)

3.3 合取范式 (Conjunctive Normal Form, CNF)

  • 有限个简单析取式的合取
  • 例:\((p \lor q) \land (\lnot p \lor r)\)

3.4 主范式

  • 主析取范式:每个简单合取式都包含所有命题变元或其否定
  • 主合取范式:每个简单析取式都包含所有命题变元或其否定

← 前置知识 | 下一章:谓词逻辑 →