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Elementi di logica matematica
Riccarda Rossi
Universita di Brescia
Analisi I
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Scopo: introdurre nozioni di logica & terminologia per unacorretta interpretazione delle dimostrazioni.
Proposizione:
E frase di senso compiuto, della quale si puo inequivocabilmentedire se e vera o falsa. Indichiamo le proposizioni con P,Q, . . .
Esempi:
1. P1: quest’aula contiene studenti di ingegneria(proposizione VERA)
2. P2: Brescia e una citta di mare(proposizione FALSA)
N.B.: Una proposizione puo essere VERA o FALSA, ma NON,contemporaneamente, vera e falsa
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Predicato:E una frase contenente una o piu variabili libere, ad es.:
P(x) predicato dipendente da xQ(x , y) predicato dipendente da x , y
Esempi:
1. P(x) =”L’intero x e un numero primo”
2. Q(x , y) =”Il numero x e maggiore di y”
I predicati NON hanno un valore di verita intrinseco: dipende daivalori attribuiti alle variabili libere. Per gli esempi 1 e 2 si ha
P(2) V P(4) F
Q(3, 72 ) F Q(2, 1
5 ) V
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Quantificatori: elementi fondamentali del linguaggio matemati-co.
• ∀ quantificatore universale: “per ogni”
• ∃ quantificatore esistenziale: “esiste”
• ∃ ! quantificatore esiste unico: “esiste uno e uno solo”.
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• Un modo per trasformare predicati in proposizioni e l’uso di unodei quantificatori.
Esempio
Dal predicatoP(x) = ”nel luogo x piove”
otteniamo le due proposizioni:
1. Piove in ogni luogo: ∀ x : P(x)
2. Esiste un luogo in cui piove: ∃ x : P(x)
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• Quando un predicato dipende da piu variabili i quantificatoripossono essere mescolati.
MAI invertire l’ ordine dei quantificatori in una proposizione!Puo alterare il senso!
Esempio
Q(x , y) =”nel luogo x piove nel giorno y”Allora:
1. In ogni luogo c’e almeno un giorno in cui piove:
∀ x ∃ y : Q(x , y) (prop. VERA)
2. Esiste un giorno in cui piove in ogni luogo:
∃ y ∀ x : Q(x , y) (prop. FALSA)
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Connettivi logici
Sono operatori che trasformano una o piu proposizioni in altreproposizioni, il cui valore di verita dipende dai valori di verita delleproposizioni di partenza.
non (NEGAZIONE)
Trasforma P nella proposizione non(P) che ha valore di veritacontrario a P.
• L’operatore di negazione, applicato due volte, si elide,
non(non(P)) = P
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e (CONGIUNZIONE) ∧Date P e Q, PeQ e la proposizione nella quale valgono sia laprima, sia la seconda.
I PeQ e vera unicamente se sia P sia Q sono vere.
o (DISGIUNZIONE) ∨Date P e Q, PoQ e la proposizione nella qualevale almeno delle due.
I Quindi, PoQ evera se almeno una fra P o Q evera.
I Scrivendo PoQ, non escludo che siano vere entrambe.
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Esempio
P: “3 e un numero pari” FALSAQ: “4 non e un numero primo” VERA
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⇒ (IMPLICAZIONE)
Date P e Q, il connettivo ⇒ crea la proposizione P ⇒ Q, che sileggeI P implica Q
I se P, allora Q
Terminologia alternative per P ⇒ Q:
I P e condizione sufficiente per Q
I Q e condizione necessaria per P
N.B.:[P⇒ Q] equivale a [nonQ⇒ nonP]
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Esempio
I P: “Fido e un cane”
I Q: “Fido e un mammifero”
P⇒ Q: “Se Fido e un cane allora e un mammifero”
Con la Terminologia alternativa:
I P e condizione SUFFICIENTE per Q: l’essere un cane bastaper essere un mammifero.
I Q e condizione NECESSARIA per P: l’essere mammifero e unrequisito indispensabile per essere cane, ovvero se Fido non eun mammifero allora non puo essere un cane.
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⇔ (DOPPIA IMPLICAZIONE)
Date P e Q, il connettivo ⇔ crea la proposizione
P ⇔ Q =(P ⇒ Q e Q ⇒ P
)Si legge:
I P equivale a Q
I P e condizione necessaria e sufficiente per Q
I P se e solo se Q
N.B.:P⇒ Q ⇔ non(Q)⇒ non(P)
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Negare proposizioni (predicati) contenenti connettivi
non(P eQ) = non(P) o non(Q)
non(P oQ) = non(P) e non(Q)
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Negare P⇒ Q:
Significa negare che Q sia indispensabile per la validita di P,ovvero significa affermare che P puo valere (essere vera) quandonon vale Q, cioe:
[non (P⇒ Q)] ⇔ [P e (nonQ)]
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Negare proposizioni contenenti quantificatori
non(∀) equivale a ∃ non
cioe
non(∀ x , P(x)) ⇔
“non e vero che P(x) e vera per ogni x” ⇔
“c’e almeno un x per il quale P(x) e falsa” ⇔
∃ x : non(P(x))
Per negare che una proprieta sia verificata universalmente bisognaesibire un esempio in cui essa non sia verificata: uncontroesempio.
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Negare proposizioni contenenti quantificatori
non(∃) equivale a ∀ non
non(∃ x : P(x)) ⇔
“non e vero che esiste un x per cui P(x) e vera” ⇔
“per ogni x , P(x) e falsa” ⇔
∀ x : non(P(x))
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TeoremiUn teorema e costituito da un enunciato e da una dimostrazione.
I L’enunciato ha
1. una IPOTESI (P, il punto di partenza)2. una TESI (Q l’obiettivo da dimostrare)
Si sintetizza conP⇒ Q
I Dimostrazione: procedimento logico per dedurre la tesidall’ipotesi.
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• Dimostrazione per assurdo: si vuole provare che
P
Ipotesi⇒ Q
Tesi
L’equivalenza
[P⇒ Q] ⇔ [nonQ⇒ nonP]
viene utilizzata nella dimostrazione per assurdo: si parte dallanegazione della tesi e si cerca di arrivare (tramite un processodeduttivo) alla negazione dell’ipotesi (il che e un assurdo, perchel’ipotesi P e vera!). Dunque la negazione della tesi e falsa. Allorala tesi e vera.
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