II.2

Функции алгебры логики

[33/94%]
Показать
LaTeX
Задача II.2.1

Показать, что каждой формуле AA алгебры высказываний можно сопоставить функцию φ(A)\varphi (A) алгебры логики так, что

A1∼A2⇔φ(A1)=φ(A2). A_{1} \sim A_{2} \Leftrightarrow \varphi (A_{1}) = \varphi (A_{2}).
?
Задача II.2.2

Сколько имеется функций алгебры логики от nn переменных?

?
Задача II.2.3

Найти все существенные переменные следующих функций:

?
(а)

(y&x)∨(¬y&z)(y \& x) \vee (\neg y \& z);

(б)

(x&y)∨¬x(x \& y) \vee \neg x;

(в)

(x⊃(y⊃z))⊃((x⊃y)⊃(x⊃z))(x \supset (y \supset z)) \supset ((x \supset y) \supset (x \supset z)).

Задача II.2.4

Выразить с помощью суперпозиций:

?
(а)

и ⊃\supset через ∨\vee и ¬\neg;

(б)

∨\vee и ⊃\supset через и ¬\neg;

(в)

и ∨\vee через ⊃\supset и ¬\neg;

(г)

, ∨\vee, ⊃\supset, ¬\neg через ∣\mid;

(д)

¬\neg через ⊃\supset и 0;

(е)

¬\neg через ++ и 1;

(ж)

∨\vee через ⊃\supset.

Задача II.2.5

Доказать, что C1,C0,L,DC_{1}, C_{0}, L, D и MM являются различными замкнутыми классами, отличными от CC.

?
Задача II.2.6

Доказать, что нельзя выразить с помощью суперпозиций:

?
(а)

¬\neg через , ∨\vee, ⊃\supset и ≡\equiv;

(б)

⊃\supset через , ∨\vee;

(в)

через ∨\vee, ⊃\supset.

Задача II.2.7
?
(а)

Доказать, что для каждой функции f(x,x1,…,xn)f(x, x_{1}, \ldots , x_{n}) выполняется равенство

f(x,x1,…,xn)=(x⋅f(1,x1,…,xn))∨(¬x⋅f(0,x1,…,xn)). f(x, x_{1}, \ldots , x_{n}) = (x \cdot f(1, x_{1}, \ldots , x_{n})) \vee (\neg x \cdot f(0, x_{1}, \ldots , x_{n})).
(б)

Пусть n≥i≥1n \geq i \geq 1. Доказать, что каждую функцию f(x1,…,xn)f(x_{1}, \ldots , x_{n}) алгебры логики можно представить в виде

f(x1,…,xi,xi+1,…,xn)=⋁ε1,…,εi(x1ε1⋅…⋅xiεi)⋅f(ε1,…,εi,xi+1,…,xn), f(x_{1}, \ldots , x_{i}, x_{i + 1}, \ldots , x_{n}) = \bigvee _{\varepsilon _{1}, \ldots , \varepsilon _{i}} (x_{1}^{\varepsilon _{1}} \cdot \ldots \cdot x_{i}^{\varepsilon _{i}}) \cdot f(\varepsilon _{1}, \ldots , \varepsilon _{i}, x_{i + 1}, \ldots , x_{n}),

где εj∈{0,1}\varepsilon_{j} \in \left\{ 0, 1\right\}, xj0=¬xjx_{j}^{0} = \neg x_{j}, xj1=xjx_{j}^{1} = x_{j}.

Задача II.2.8

Доказать полноту систем функций:

?
(а)

{&,∨,¬}\left\{ \& , \vee , \neg \right\};

(б)

{∨,¬}\left\{ \vee , \neg \right\};

(в)

{&,¬}\left\{ \& , \neg \right\};

(г)

{⊃,¬}\left\{ \supset , \neg \right\}.

Задача II.2.9

Доказать неполноту систем функций:

?
(а)

{&,∨,⊃}\left\{ \& , \vee , \supset \right\};

(б)

{¬}\left\{ \neg \right\}.

Задача II.2.10

Доказать полноту систем функций:

?
(а)

{∣}\left\{ \mid \right\};

(б)

{↓}\left\{ \downarrow \right\} (здесь ↓=¬(x∨y)\downarrow = \neg (x \vee y));

(в)

{⊃,0}\left\{ \supset , 0\right\};

(г)

{+,∨,1}\left\{ +, \vee , 1\right\}.

Задача II.2.11

Доказать, что:

?
(а)

{+,⋅,1}\left\{ +, \cdot , 1\right\} --- полная система функций;

(б)

любая функция f(x1,…,xn)f(x_{1}, \ldots , x_{n}) единственным образом представима полиномом Жегалкина, т.е. в виде:

ε0+∑k≥1∑1≤i1<…<ik≤nεi1…ikxi1⋅…⋅xik, \varepsilon _{0} + \sum _{k \geq 1} \sum _{1 \leq i_{1} < \ldots < i_{k} \leq n} \varepsilon _{i_{1} \ldots i_{k}} x_{i_{1}} \cdot \ldots \cdot x_{i_{k}},

где ε0,εi1…ik∈{0,1}\varepsilon_{0}, \varepsilon_{i_{1} \ldots i_{k}} \in \left\{ 0, 1\right\}.

Задача II.2.12

Показать, что следующие системы функций независимы:

?
(а)

{¬,≡}\left\{ \neg , \equiv \right\};

(б)

{¬,+}\left\{ \neg , +\right\};

(в)

{≡,+}\left\{ \equiv , +\right\};

(г)

{≡,∨}\left\{ \equiv , \vee \right\}.

Задача II.2.13

Показать полноту и независимость следующих систем функций:

?
(а)

{⊃,/}\left\{ \supset , /\right\}, где x/y=¬(y⊃x)x / y = \neg (y \supset x);

(б)

{0,1,[⋅,⋅,⋅]}\left\{ 0, 1, [\cdot , \cdot , \cdot ]\right\}, где [x,y,z]=(y&x)∨(¬y&z)[x, y, z] = (y \& x) \vee (\neg y \& z);

(в)

{≡,∨,0}\left\{ \equiv , \vee , 0\right\}.

Задача II.2.14

Покажите, что ≡,+\equiv , + не составляют полной системы функций. Выясните все возможные способы сделать эту систему полной системой независимых функций добавлением одной не более чем 2-местной функции.

?
Задача II.2.15

Какая система из одной 2-местной функции является полной? Найти все такие системы.

?
Задача II.2.16

Привести пример полной системы функций:

?
(а)

состоящей из одной 3-местной функции;

(б)

состоящей из одной nn-местной функции (n≥2n \geq 2).

Задача II.2.17

Доказать, что из всякой полной системы функций можно выделить конечную полную подсистему.

?
Задача II.2.18

Доказать, что:

?
(а)

{&,⊃}\left\{ \& , \supset \right\} --- базис для C1C_{1};

(б)

{&,+}\left\{ \& , +\right\} --- базис для C0C_{0};

(в)

{∨,&,0,1}\left\{ \vee , \& , 0, 1\right\} --- базис для MM;

(г)

{0,≡}\left\{ 0, \equiv \right\} --- базис для LL;

(д)

{¬,xy+xz+yz}\left\{ \neg , xy + xz + yz\right\} --- базис для DD.

Задача II.2.19

Доказать, что классы C1,C0C_{1}, C_{0} являются предполными классами.

?
Задача II.2.20

Доказать, что:

?
(а)

из всякой немонотонной функции и функций 0 и 1 можно получить суперпозициями функцию ¬\neg;

(б)

класс MM является предполным классом.

Задача II.2.21

Доказать, что:

?
(а)

из всякой несамодвойственной функции и функции ¬\neg можно получить суперпозициями функций 0 и 1;

(б)

класс DD является предполным классом.

Задача II.2.22

Доказать, что:

?
(а)

из всякой нелинейной функции и функций 0, 1, ¬\neg можно получить суперпозициями функцию ;

(б)

класс LL является предполным классом.

Задача II.2.23

Доказать, что любой замкнутый класс K≠CK \neq C содержится в некотором предполном классе.

?
Задача II.2.24

Доказать, что система функций полна тогда и только тогда, когда она не содержится ни в одном из предполных классов.

?
Задача II.2.25

Доказать, что не существует предполных классов, отличных от C1,C0,L,DC_{1}, C_{0}, L, D и MM (теорема Э.Поста).

?
Задача II.2.26

Доказать, что всякий базис CC содержит не более четырех функций.

?
Задача II.2.27

Пусть TT и T1T_{1} --- термы, представляющие некоторые функции алгебры логики, ε(T,x)\varepsilon (T, x) --- формула теории множеств, определенная в конце вводной части параграфа. Доказать, что:

?
(а)

ε((T∨T1),x)⇔(ε(T,x)∨ε(T1,x))\varepsilon ((T \vee T_{1}), x) \Leftrightarrow (\varepsilon (T, x) \vee \varepsilon (T_{1}, x));

(б)

ε((T&T1),x)⇔(ε(T,x)&ε(T1,x))\varepsilon ((T \& T_{1}), x) \Leftrightarrow (\varepsilon (T, x) \& \varepsilon (T_{1}, x));

(в)

ε(¬T,x)⇔¬ε(T,x)\varepsilon (\neg T, x) \Leftrightarrow \neg \varepsilon (T, x).

Задача II.2.28

Доказать, что в теории множеств:

?
(а)

Z(¬T)=−Z(T)Z(\neg T) = -Z(T), где −Z=U\Z-Z = U \backslash Z;

(б)

Z(T∨T1)=Z(T)∪Z(T1)Z(T \vee T_{1}) = Z(T) \cup Z(T_{1});

(в)

Z(T&T1)=Z(T)∩Z(T1)Z(T \& T_{1}) = Z(T) \cap Z(T_{1}).

Задача II.2.29

Доказать, что в теории множеств

ε(T,x)⇔x∈Z(T). \varepsilon (T, x) \Leftrightarrow x \in Z(T).
?
Задача II.2.30

Пусть функция ff представима термом TT, а gg --- термом T1T_{1}. Доказать, что:

?
(а)

если f(a1,…,ak)=g(a1,…,ak)f(a_{1}, \ldots , a_{k}) = g(a_{1}, \ldots , a_{k}) для всех a1,…,aka_{1}, \ldots , a_{k}, то в теории множеств выполняется тождество Z(T)=Z(T1)Z(T) = Z(T_{1});

(б)

если (f(a1,…,ak)⊃g(a1,…,ak))=1(f(a_{1}, \ldots , a_{k}) \supset g(a_{1}, \ldots , a_{k})) = 1 для всех a1,…,aka_{1}, \ldots , a_{k}, то в теории множеств выполняется соотношение Z(T)⊆Z(T1)Z(T) \subseteq Z(T_{1});

(в)

если f(a1,…,ak)=1f(a_{1}, \ldots , a_{k}) = 1 для всех a1,…,aka_{1}, \ldots , a_{k}, то в теории множеств выполняется тождество Z(T)=UZ(T) = U;

(г)

если f(a1,…,ak)=0f(a_{1}, \ldots , a_{k}) = 0 для всех a1,…,aka_{1}, \ldots , a_{k}, то в теории множеств выполняется тождество Z(T)=∅Z(T) = \emptyset.

Задача II.2.31

Доказать, что если функция f(a1,…,ak)f(a_{1}, \ldots , a_{k}) представима термом TT и Z(T)=UZ(T) = U для всех произвольных Z1,…,Zk⊆UZ_{1}, \ldots , Z_{k} \subseteq U, то f(a1,…,ak)=1f(a_{1}, \ldots , a_{k}) = 1 для всех a1,…,aka_{1}, \ldots , a_{k}.

?
Задача II.2.32

На основании каких тождеств алгебры логики можно получить следующие теоремы теории множеств:

?
(а)

(X∪Y)∪Z=X∪(Y∪Z)(X \cup Y) \cup Z = X \cup (Y \cup Z);

(б)

X∩Y=Y∩XX \cap Y = Y \cap X;

(в)

−(X∩Y)=−X∪−Y-(X \cap Y) = -X \cup -Y;

(г)

−(−X)=X-(-X) = X?

Задача II.2.33

Какие теоремы теории множеств можно получить из следующих тождеств алгебры логики:

?
(а)

(a&(¬a∨b))⊃b=1(a \& (\neg a \vee b)) \supset b = 1;

(б)

a&(a∨b)=aa \& (a \vee b) = a;

(в)

a∨¬a=1a \vee \neg a = 1;

(г)

(a&b)⊃(a∨b)=1(a \& b) \supset (a \vee b) = 1;

(д)

a&b=b&aa \& b = b \& a;

(е)

a=a&(b∨¬b)a = a \& (b \vee \neg b);

(ж)

¬(a&b)=¬a∨¬b\neg (a \& b) = \neg a \vee \neg b;

(з)

(a&b)∨a=a(a \& b) \vee a = a;

(и)

(a&b)&c=a&(b&c)(a \& b) \& c = a \& (b \& c);

(к)

¬(a∨b)=¬a&¬b\neg (a \vee b) = \neg a \& \neg b;

(л)

a∨(a&b)=aa \vee (a \& b) = a;

(м)

(a∨b)∨c=a∨(b∨c)(a \vee b) \vee c = a \vee (b \vee c);

(н)

a&¬a=0a \& \neg a = 0?