Exercícios MT1
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Tradução para lógica de primeira ordem
Traduzir a história das duas lojas para lógica de primeira ordemAutoavaliação
Teste 1, 2019/20
O José e o Pedro são irmãos. Em 2008 o José emigrou para Paris e aí abriu, nesse ano, uma loja chamada "pérola do Eliseu". Em 2011 o Pedro abriu uma loja em Lisboa, que se chama "pérola do Chiado". O vinho do Porto é o artigo mais vendido em ambas as lojas. Quando o José vende mais do que 300 garrafas de vinho do Porto, o Pedro envia-lhe o stock disponível de vinho do Porto e, em troca, recebe do José o stock disponível de vinho da Madeira.
Defina uma linguagem de lógica de primeira ordem adequada para representar a situação, indicando as constantes, os predicados e as funções (com o significado de cada um), e traduza para essa linguagem todas as frases acima.
Solução
Constantes: jose, pedro, paris, lisboa, 2008, 2011, 300, peroladoeliseu, peroladochiado, vinhodoporto, vinhodamadeira. Função: maisvendido(x), o artigo mais vendido na loja x. Predicados: Irmao(x,y), Emigrou(x,y,t), AbriuLoja(x,y,z,t), VendeMaisQue(x,y,z), EnviaStock(x,y,z), e a igualdade.
Traduções: Irmao(jose, pedro); Emigrou(jose, paris, 2008); AbriuLoja(jose, peroladoeliseu, paris, 2008); AbriuLoja(pedro, peroladochiado, lisboa, 2011); maisvendido(peroladoeliseu) = vinhodoporto ∧ maisvendido(peroladochiado) = vinhodoporto; VendeMaisQue(jose, 300, vinhodoporto) → (EnviaStock(pedro, jose, vinhodoporto) ∧ EnviaStock(jose, pedro, vinhodamadeira)).
Cada facto da narrativa corresponde a uma fórmula atómica ou a uma conjunção/implicação de fórmulas atómicas. A frase condicional exige uma implicação cujo antecedente é VendeMaisQue(jose, 300, vinhodoporto) e o consequente é a conjunção dos dois envios de stock.
Confere a tua resposta:
- A resposta define constantes, predicados e funções com significado descrito.
- A resposta traduz corretamente a frase condicional sobre o envio de stock.
- A resposta traduz o facto de o vinho do Porto ser o mais vendido nas duas lojas.
Traduzir um cenário de contas bancárias para lógica de primeira ordemAutoavaliação
Teste 1, 2016/17
As empresas clientes de um banco podem ter dois tipos de contas, contas à ordem e contas a prazo, a cada uma das quais está associado um determinado saldo. Para além disso, as empresas podem ou não ser elegíveis para contrair empréstimos.
"NRG", "XPTO", "SUN" e "UNIV" são empresas. A XPTO tem um saldo de 5000€ na sua conta à ordem. A NRG tem um saldo à ordem de 3000€ e um saldo a prazo de 20000€. O saldo à ordem da SUN, que é uma subsidiária da UNIV, é superior ao saldo a prazo da XPTO. Se a soma dos saldos à ordem e a prazo da UNIV for superior a 20000€, então a UNIV é elegível para um empréstimo.
Defina uma linguagem de lógica de primeira ordem adequada para representar a situação, indicando constantes, predicados e funções, e traduza para essa linguagem cada uma das frases acima.
Solução
Constantes: nrg, xpto, sun, univ, ordem, prazo. Predicados: Empresa(x), TemSaldo(x,y,z), Emprestimo(x). Funções: saldoOrdem(x), saldoPrazo(x), subsidiaria(x).
Traduções: Empresa(nrg) ∧ Empresa(xpto) ∧ Empresa(sun) ∧ Empresa(univ); TemSaldo(xpto, 5000, ordem); TemSaldo(nrg, 3000, ordem) ∧ TemSaldo(nrg, 20000, prazo); saldoOrdem(subsidiaria(univ)) > saldoPrazo(xpto) ∧ subsidiaria(univ) = sun; saldoOrdem(univ) + saldoPrazo(univ) > 20000 → Emprestimo(univ).
A hierquia "SUN é subsidiária da UNIV" traduz-se por subsidiaria(univ) = sun, e a comparação de saldos usa as funções de saldo aplicadas aos termos adequados. A última frase é uma implicação entre uma comparação de soma de saldos e o predicado de elegibilidade.
Confere a tua resposta:
- A resposta define as funções saldoOrdem(x), saldoPrazo(x) e subsidiaria(x).
- A resposta traduz corretamente a frase sobre a subsidiária da UNIV.
- A resposta traduz a frase condicional sobre o empréstimo da UNIV.
Tradução de "O gato mia e o urso gosta de mel"Escolha múltipla
Teste 1, 2019/20
Qual é a tradução em lógica de primeira ordem da frase "O gato mia e o urso gosta de mel"?
Solução
.
Na linguagem de primeira ordem, os verbos são predicados e os nomes são constantes: "mia" é propriedade do gato, "gosta de mel" é uma relação entre o urso e o mel, e as duas afirmações unem-se por .
- . Trata os verbos como argumentos de predicados unários, em vez de predicados sobre os animais.
- . Mia é predicado do gato e Gosta é predicado binário do urso e do mel, ligados por conjunção.
- . Usa implicação, mas a frase original usa "e".
- . Coloca uma conjunção de termos dentro de um predicado unário.
Passar uma fórmula de primeira ordem para linguagem naturalEscolha múltipla
Teste 1, 2019/20
Considere a linguagem em que Nota(x, n, t) significa "a aluna x teve a nota n no teste t" e Faz(x, t) significa "a aluna x tem de fazer o teste t". Qual é a tradução para linguagem natural de ?
Solução
Se a Ana e a Carolina tiverem 20 no teste 1, então não têm que fazer o teste 2.
A fórmula tem a forma , que em linguagem natural é "se A e B, então C e D".
- A Ana e a Carolina tiveram 20 no teste 1 e não têm que fazer o teste 2.. Escreve a implicação como uma conjunção de factos.
- Se a Ana e a Carolina tiverem 20 no teste 1, então não têm que fazer o teste 2.. O antecedente é a conjunção das duas notas e o consequente é a conjunção das duas negações.
- A Ana e a Carolina não têm que fazer o teste 2, mas têm que tirar 20 no teste 1.. Inverte o sentido da implicação.
- A Ana e a Carolina não têm que fazer o teste 1 se tiverem 20 no teste 2.. Troca os testes 1 e 2 e altera a estrutura lógica.
Lógica proposicional
Forma normal disjuntiva de uma bicondicionalAutoavaliação
Teste 1, 2019/20
Obtenha uma expressão equivalente a na forma normal disjuntiva, apresentando a cadeia de equivalências.
Solução
( eg P o R) leftrightarrow (P o eg Q) Leftrightarrow ( eg Q wedge P) ee ( eg P wedge R) ee ( eg Q wedge R).
A bicondicional desdobra-se em . Eliminando as implicações e distribuindo, os únicos casos verdadeiros são: verdadeiro e falso; falso e verdadeiro; falso e verdadeiro.
Confere a tua resposta:
- A resposta expande a bicondicional como conjunção das duas implicações.
- A resposta chega a ( eg Q wedge P) ee ( eg P wedge R) ee ( eg Q wedge R).
Forma normal conjuntiva de uma implicação duplaAutoavaliação
Teste 1, 2016/17
Obtenha uma expressão equivalente a (P o R) o ((P ee Q) o R) na forma normal conjuntiva.
Solução
P ee eg Q ee R.
(P o R) o ((P ee Q) o R) Leftrightarrow eg( eg P ee R) ee ( eg(P ee Q) ee R) Leftrightarrow (P wedge eg R) ee ( eg P wedge eg Q) ee R. Na forma normal conjuntiva, as cláusulas com e ou com e são tautológicas e desaparecem, restando apenas P ee eg Q ee R.
Confere a tua resposta:
- A resposta elimina as implicações: (P wedge eg R) ee ( eg P wedge eg Q) ee R.
- A resposta simplifica para a cláusula única P ee eg Q ee R.
Completude de uma única conetiva bináriaAutoavaliação
Teste 1, 2016/17
Defina uma conetiva binária pela tabela de verdade em que é verdadeiro sse é verdadeiro e é falso (assim, por exemplo, ). Dispondo apenas de portas e do valor constante , será possível implementar qualquer expressão da lógica proposicional? Justifique, mostrando como implementar a negação, a conjunção e a disjunção (ou a implicação).
Solução
Sim, o conjunto é completo. Com obtém-se a negação; depois e A ee B = operatorname{True} * ((operatorname{True} * A) * (operatorname{True} * B)).
Como com o segundo argumento negado, a negação sai diretamente com a entrada constante . A conjunção resulta de negar duas vezes o segundo operando, e a disjunção segue de De Morgan a partir da negação e da conjunção.
Confere a tua resposta:
- A resposta identifica como .
- A resposta mostra a negação: .
- A resposta mostra a conjunção e a disjunção usando apenas e , concluindo que o conjunto é completo.
Classificar a fórmula (s ∨ ¬p) → (q ∧ ¬p)Escolha múltipla
Teste 1, 2022/23
A fórmula do cálculo proposicional (s ee eg p) o (q wedge eg p) é:
Solução
Nenhuma das anteriores: a fórmula não é tautologia nem contradição.
Com , , tem-se (V ee V) o (V wedge V) = V, e com , , tem-se . Logo a fórmula é satisfazível mas não válida.
- Uma tautologia.. Para , , a fórmula é falsa.
- Uma contradição.. Para , , a fórmula é verdadeira.
- Nenhuma das anteriores.. A fórmula toma ambos os valores: é falsa para , , e verdadeira para , , .
Consequência semântica de um conjunto de fórmulasEscolha múltipla
Teste 1, 2022/23
Qual das seguintes fórmulas é uma consequência semântica do conjunto {(s o eg q) ee p, (p ee q) o s}?
Solução
eg q ee p é consequência semântica do conjunto dado.
Para haver contraexemplo a eg q ee p, é preciso e . Nessas condições, (p ee q) o s só é verdadeira com , mas nesse caso (s o eg q) ee p é falsa. Portanto toda a afetação que satisfaz as premissas satisfaz eg q ee p.
- . A afetação , , satisfaz as premissas mas não satisfaz .
- eg q ee p. Se eg q ee p fosse falsa, teríamos e ; a segunda premissa obriga então , mas a primeira fica falsa. Logo não há contraexemplo.
- s o (q ee p). A afetação , , satisfaz as premissas mas não satisfaz s o (q ee p).
Forma normal negativa de uma disjunção negadaAutoavaliação
Teste 1, 2022/23
Determine a forma normal negativa de eg((s o eg p) ee ( eg q wedge p)).
Solução
s wedge p wedge (q ee eg p).
eg((s o eg p) ee ( eg q wedge p)) Leftrightarrow eg( eg s ee eg p) wedge eg( eg q wedge p) Leftrightarrow (s wedge p) wedge (q ee eg p). Na forma normal negativa só restam negações aplicadas a variáveis.
Confere a tua resposta:
- A resposta aplica De Morgan e a dupla negação: .
- A resposta indica s wedge p wedge (q ee eg p).
Provas formais em Fitch
Prova em Fitch da transitividade da implicaçãoAutoavaliação
Teste 1, 2019/20
Prove formalmente, sem premissas e usando o sistema de Fitch (sem usar a regra "Con"), que é uma tautologia.
Solução
- (hipótese)\quad 2. (hipótese)\quad 3. (hipótese)\quad 4. (E, 1, 3)\quad 5. (E, 2, 4)\quad 6. (I, 3-5)\quad 7. (I, 2-6)\quad 8. (I, 1-7).
A transitividade prova-se assumindo sucessivamente os três antecedentes e chaining duas eliminações da implicação; as introduções da implicação fecham as caixas na ordem inversa.
Confere a tua resposta:
- A prova abre três caixas encaixadas com ipotesi , e .
- A resposta deriva e depois por eliminación da implicação e fecha as caixas por introducción da implicação.
Prova por casos de P ∨ RAutoavaliação
Teste 1, 2016/17
Prove formalmente, recorrendo ao sistema de Fitch, que P ee R é consequência de P ee Q e de eg Q ee R.
Solução
De P ee Q e eg Q ee R: no caso , P ee R por eeI; no caso , de eg Q ee R segue (pois é falso) e depois P ee R por eeI. Logo P ee R.
É o silogismo disjuntivo: ou vale , ou vale ; se vale , a segunda premissa obriga a . Em qualquer dos casos, P ee R.
Confere a tua resposta:
- A prova usa eliminação da disjunção sobre P ee Q.
- No caso conclui P ee R por introdução da disjunção; no caso , deriva de eg Q ee R e conclui P ee R.
Argumento inválido: indicar um contraexemploAutoavaliação
Teste 1, 2016/17
Será que de e de eg S ee R se pode concluir ? Em caso afirmativo, prove-o; em caso negativo, indique um contraexemplo (uma afetação que satisfaz as premissas e falsifica a conclusão).
Solução
Não se pode concluir. Contraexemplo: , , , . As premissas são verdadeiras: e eg F ee F = V. Mas a conclusão .
As premissas só garantem que, quando e são ambos verdadeiros, também o é (pois seria verdadeiro e eg S ee R obriga a ). Com falso, a conclusão exige , que falha no contraexemplo.
Confere a tua resposta:
- A resposta responde que não se pode concluir.
- A resposta dá uma afetação com , , , (ou equivalente).
- A justificação verifica que as premissas são verdadeiras e a conclusão é falsa nessa afetação.
Dedução de θ → (γ → ϕ) em FitchAutoavaliação
Teste 1, 2022/23
Usando o sistema de dedução em notação de Fitch, mostre que ( heta wedge gamma) o phi dash heta o (gamma o phi), anotando as regras de cada passo.
Solução
- (premissa)\quad 2. (hipótese)\quad 3. (hipótese)\quad 4. (I, 2, 3)\quad 5. (E, 1, 4)\quad 6. (I, 3-5)\quad 7. (I, 2-6).
É a regra de curryficação: a conjunção dos dois antecedentes pode ser reescrita como duas implicações encaixadas, bastando introduzir as hypothèses e eliminar a conjunção e a implicação.
Confere a tua resposta:
- A prova abre as hipótesis e em caixas encaixadas.
- A resposta deriva por I e por E, fechando com duas I.
Quantificadores e semântica
Fórmula de primeira ordem que não é válidaEscolha múltipla
Teste 1, 2022/23
Qual das seguintes fórmulas de lógica de primeira ordem não é válida?
Solução
A fórmula não válida é .
Os quantificadores existenciais em separado não garantem a mesma testemunha. Num domínio com e , o antecedente é verdadeiro e o consequente falso.
- (exists w, gamma ee exists w, phi) o exists w, (gamma ee phi). É válida: se existe algum com ou algum com , existe um com gamma ee phi.
- (orall w, gamma ee orall w, phi) o orall w, (gamma ee phi). É válida: se vale para todos ou vale para todos, então gamma ee phi vale para todos.
- . Não é válida: o que satisfaz pode ser diferente do que satisfaz . Por exemplo, num domínio com dois elementos em que só vale no primeiro e só no segundo.
Forma normal prenexa de uma fórmula negadaEscolha múltipla
Teste 1, 2022/23
Qual das seguintes opções não é uma forma normal prenexa de eg(orall w, R(w) o exists w, eg(exists y, Q(y, w) wedge orall x, P(x)))?
Solução
A fórmula eg(orall w, R(w) o exists w, eg(exists y, Q(y, w) wedge orall x, P(x))) equivale a orall w, orall x, exists y (R(w) wedge Q(y, w) wedge P(x)); a opção com não é prenexa dessa fórmula.
, logo a fórmula fica orall w, R(w) wedge orall w, (exists y, Q(y, w) wedge orall x, P(x)). Na forma prenexa, o existencial fica depois dos universais e a matriz é , com a depender de .
- orall x, exists y, orall z, orall w (R(w) wedge Q(y, z) wedge P(x)). Não é equivalente: na matriz, deveria ser , pois a testemunha depende do quantificado em .
- orall x, orall w, exists y (R(w) wedge Q(y, w) wedge P(x)). É uma forma normal prenexa equivalente da fórmula dada.
- orall w, orall x, exists y (R(w) wedge Q(y, w) wedge P(x)). É outra forma normal prenexa equivalente, com a ordem dos universais trocada.
Substituição sem captura numa fórmula com quantificadoresAutoavaliação
Teste 1, 2022/23
Seja gamma = (orall x, eg exists y, orall u, P(x, y)) o eg(exists z, P(x, y) o orall y, P(u, y)). Determine , onde é uma função de aridade 2 e , são constantes.
Solução
gamma[f(a, b)/y] = (orall x, eg exists y, orall u, P(x, y)) o eg(exists z, P(x, f(a, b)) o orall y, P(u, y)).
Na expressão, ocorre livre apenas em dentro de ; nas restantes ocorrências está ligada pelos quantificadores e orall y. A substituição só pode ser feita em variáveis livres, para não haver captura.
Confere a tua resposta:
- A resposta substitui apenas as ocorrências livres de : em .
- A resposta mantém orall y, P(u, y) inalterado, pois aí está ligada.
- A resposta indica (orall x, eg exists y, orall u, P(x, y)) o eg(exists z, P(x, f(a, b)) o orall y, P(u, y)).