5

Эквивалентность формул

[16/94%]
Показать
LaTeX
Задача 141

Доказать, что из формулы Φ\Phi следует формула Ψ\Psi тогда и только тогда, когда Φ∧Ψ≡Φ\Phi \wedge \Psi \equiv \Phi, тогда и только тогда, когда Φ∨Ψ≡Ψ.⊛\Phi \vee \Psi \equiv \Psi . \quad \circledast

?
Задача 142

Проверить все основные эквивалентности, приведённые в начале раздела, непосредственно построив истинностные таблицы для функций, представляемых их левыми и правыми частями.

?
Задача 143

Назовём логическим произведением формулу, имеющую вид Φ1∧Φ2∧…∧Φn\Phi_{1} \wedge \Phi_{2} \wedge \ldots \wedge \Phi_{n}. Её подформулы Φi,1⩽i⩽n\Phi_{i}, 1 \leqslant i \leqslant n, будем называть сомножителями. Аналогично, логической суммо й назовём формулу вида Φ1∨Φ2∨…∨Φn\Phi_{1} \vee \Phi_{2} \vee \ldots \vee \Phi_{n}. Её подформулы Φi\Phi_{i}, 1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n, будем называть слагаемыми.

Показать, что из основных тождеств можно вывести следующие правила преобразования логических произведений и сумм:

?
(а)

если в логическом произведении хотя бы один из сомножителей равен 0, то и всё произведение равно 0 ;

(б)

если в логической сумме хотя бы одно из слагаемых равно 1, то и вся сумма равна 1;

(в)

если в логическом произведении n⩾2n \geqslant 2 и есть сомножитель равный 1, то его можно вычеркнуть;

(г)

если в логической сумме n⩾2n \geqslant 2 и есть слагаемое равное 0, то его можно вычеркнуть.

Задача 144

Используя основные тождества, доказать эквивалентность следующих пар формул.

?
(а)

¬(x∨¬y)∧(x→¬y)\neg (x \vee \neg y) \wedge (x \rightarrow \neg y) и ¬x∧y\neg x \wedge y;

(б)

¬((x∧¬y)→(¬x∨z))\neg ((x \wedge \neg y) \rightarrow (\neg x \vee z)) и x∧¬y∧¬zx \wedge \neg y \wedge \neg z;

(в)

(x⊕y)→(x∧¬y)(x \oplus y) \rightarrow (x \wedge \neg y) и (¬x∧¬y)∨x(\neg x \wedge \neg y) \vee x.

Задача 145

Вывести законы поглощения, используя предыдущие эквивалентности.

?
Задача 146

Доказать следующие эквивалентности:

?
(а)

Φ→0≡¬Φ\Phi \rightarrow 0 \equiv \neg \Phi;

(б)

1→Φ≡Φ1 \rightarrow \Phi \equiv \Phi;

(в)

(Φ→Ψ)→Ψ≡Φ∨Ψ(\Phi \rightarrow \Psi ) \rightarrow \Psi \equiv \Phi \vee \Psi;

(г)

¬Φ→Φ≡Φ\neg \Phi \rightarrow \Phi \equiv \Phi;

(д)

(Φ→Φ)→Φ≡Φ(\Phi \rightarrow \Phi ) \rightarrow \Phi \equiv \Phi;

(е)

Φ↔Ψ≡(Φ→Ψ)∧(Ψ→Φ);\Phi \leftrightarrow \Psi \equiv (\Phi \rightarrow \Psi ) \wedge (\Psi \rightarrow \Phi ) ;

(ж)

 Φ∨(¬Φ∧Ψ)≡Φ∨Ψ~ \Phi \vee (\neg \Phi \wedge \Psi ) \equiv \Phi \vee \Psi;

(з)

(Φ→Ψ)⊕(Ψ→Φ)≡Φ⊕Ψ(\Phi \rightarrow \Psi ) \oplus (\Psi \rightarrow \Phi ) \equiv \Phi \oplus \Psi.

(и)

Φ→(Ψ∨Θ)≡(Φ∧¬Θ)→Ψ\Phi \rightarrow (\Psi \vee \Theta ) \equiv (\Phi \wedge \neg \Theta ) \rightarrow \Psi;

(к)

(Φ∧Θ)→Ψ≡Φ→(Ψ∨¬Θ)(\Phi \wedge \Theta ) \rightarrow \Psi \equiv \Phi \rightarrow (\Psi \vee \neg \Theta ).

Задача 147

Используя основные тождества, доказать тождественную истинность следующих формул:

?
(а)

(x→(y→x))(x \rightarrow (y \rightarrow x))

(б)

((x∧y)→x)((x \wedge y) \rightarrow x)

(в)

(x→(x∨y))(x \rightarrow (x \vee y))

(г)

((x→¬y)→¬(x∧y))((x \rightarrow \neg y) \rightarrow \neg (x \wedge y))

(д)

(((x→y)∧(y→z))→(x→z))(((x \rightarrow y) \wedge (y \rightarrow z)) \rightarrow (x \rightarrow z))

(е)

(((x→y)∨(x→z))→(x→(y∨z)))(((x \rightarrow y) \vee (x \rightarrow z)) \rightarrow (x \rightarrow (y \vee z)))

(ж)

((x→y)→((x→¬y)→¬x))((x \rightarrow y) \rightarrow ((x \rightarrow \neg y) \rightarrow \neg x))

(з)

((x→(y→z))→((x→y)→(x→z)))((x \rightarrow (y \rightarrow z)) \rightarrow ((x \rightarrow y) \rightarrow (x \rightarrow z)))

Задача 148

Пусть интерпретация JJ отличается от интерпретации II только тем, что J(x)=I(Θ)J(x)=I(Θ). Индукцией по построению формулы Φ\Phi доказать, что J(Φ)=I((Φ)Θx)J(\Phi )=I\left((\Phi )_{\Theta }^{x}\right).

?
Задача 149

Доказать, что если Φ≡Ψ\Phi \equiv \Psi, то (Φ)Θx≡(Ψ)Θx(\Phi )_{\Theta }^{x} \equiv (\Psi )_{\Theta }^{x}.

?
Задача 150

Пусть формулы Φ0\Phi_{0} и Φ1\Phi_{1} получены из формулы Φ\Phi заменой переменной xix_{i} на 0 и 1 соответственно. Доказать, что формула Φ\Phi эквивалентна любой из следующих:

?
(а)

(¬xi∧Φ0)∨(xi∧Φ1);\left(\neg x_{i} \wedge \Phi_{0}\right) \vee \left(x_{i} \wedge \Phi_{1}\right) ;

(б)

(¬xi→Φ0)∧(xi→Φ1)\left(\neg x_{i} \rightarrow \Phi_{0}\right) \wedge \left(x_{i} \rightarrow \Phi_{1}\right).

Задача 151

Булева функция f∗(x1,…,xn)f^{*}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right) называется двойственной к функции f(x1,…,xn)f\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right), если f∗(x1,…,xn)=¬f(¬x1,…,¬xn)f^{*}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right)=\neg f\left(\neg x_{1}, \ldots , \neg x_{n}\right) для каждого набора значений переменных. Например, конъюнкция двойственна к дизъюнкции и наоборот.

?
(а)

Доказать, что отношение двойственности симметрично.

(б)

Пусть f(y1,…,ym),g1(x1,…,xn),…,gm(x1,…,xn)f\left(y_{1}, \ldots , y_{m}\right), g_{1}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right), \ldots , g_{m}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right) — булевы функции и

h(x1,…,xn)=f(g1(x1,…,xn),…,gm(x1,…,xn)). h\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right)=f\left(g_{1}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right), \ldots , g_{m}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right)\right).

Установить следующий принцип двойственности: двойственная функция от суперпозиции функций равна суперпозиции двойственных функций:

h∗(x1,…,xn)=f∗(g1∗(x1,…,xn),…,gm∗(x1,…,xn)). h^{*}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right)=f^{*}\left(g_{1}^{*}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right), \ldots , g_{m}^{*}\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right)\right).
Задача 152

Построить двойственные функции для функций

?
(а)

¬\neg,

(б)

→,

(в)

⊕\oplus,

(г)

↑.

Задача 153

Построить двойственные функции для функций, заданных следующими формулами:

?
(а)

(x→¬(¬y⊕x⊕z))(x \rightarrow \neg (\neg y \oplus x \oplus z));

(б)

((x↑y)⊕(¬x→z))((x \uparrow y) \oplus (\neg x \rightarrow z)); ⊛\circledast

(в)

((x∨¬y)→(¬x↓y))((x \vee \neg y) \rightarrow (\neg x \downarrow y)).

Задача 154
?
(а)

Доказать, что среди 20 формул от переменных x1,x2x_{1}, x_{2} всегда найдутся две эквивалентные.

(б)

Верно ли, что среди 20 формул от переменных x1,x2x_{1}, x_{2} всегда найдутся три попарно эквивалентные?

(в)

Пусть имеется kk формул от nn переменных x1,…,xnx_{1}, \ldots , x_{n}. Требуется выбрать несколько попарно эквивалентных формул. Какое количество таких формул можно гарантированно найти?

Задача 155

Назовём импликативной формулу Φ\Phi (и определяемую ей функцию), которая получена какой-либо расстановкой скобок в строке x1→x2→⋯→xn−1→xnx_{1} \rightarrow x_{2} \rightarrow \cdots \rightarrow x_{n-1} \rightarrow x_{n}. Доказать, что

?
(а)

каждая импликативная формула принимает значение 1 как минимум на одном наборе;

(б)

каждая импликативная формула принимает значение 0 как минимум на одном наборе;

(в)

для каждой импликативной формулы с n⩾2n \geqslant 2 переменными и каждого значения σk\sigma_{k} переменной xkx_{k} существует возможность расширить σk\sigma_{k} до набора значений σˉ\bar{\sigma } всех переменных, на котором формула имеет значение 1 ;

(г)

каждая импликативная функция не имеет фиктивных аргументов;

(д)

никакие две разные импликативные формулы не эквивалентны.

Задача 156

Доказать, что функция ff может быть получена из некоторой импликативной функции gg подстановкой переменных:

f(x1,…,xn)=g(xi1,…,xim) f\left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right)=g\left(x_{i_{1}}, \ldots , x_{i_{m}}\right)

тогда и только тогда, когда ff задаётся формулой вида xi∨Ψx_{i} \vee \Psi для некоторой переменной xix_{i}.

?