Lógica proposicional

Sintaxe, tabelas de verdade, consequência, equivalências e formas normais.

TLDR

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import Typst from ’../../../components/Typst.astro’; import karnaughAbc from ’../../md/karnaugh-abc.typ?raw’;

Fórmulas

  • Uma proposição vale TT ou FF. Uma fórmula usa variáveis, ¬\neg e conetivas binárias. A conetiva principal é a última da árvore sintática.
  • Precedência: ¬\neg, depois ∧\land, depois ∨\lor, depois →\to. A implicação associa à direita: p→q→rp\to q\to r é p→(q→r)p\to(q\to r).
ConetivaVale TT quando
¬p\neg ppp é FF
p∧qp\land qambas são TT
p∨qp\lor qpelo menos uma é TT
p→qp\to qnão tens p=T,q=Fp=T,q=F
p↔qp\leftrightarrow qos valores coincidem

A disjunção é inclusiva. A expressão “exatamente uma” precisa de (p∨q)∧¬(p∧q)(p\lor q)\land\neg(p\land q).

Implicações derivadas

Para p→qp\to q, com qq necessária para pp:

NomeFormaRelação com a original
Recíprocaq→pq\to pnão equivale
Inversa¬p→¬q\neg p\to\neg qequivale à recíproca
Contrapositiva¬q→¬p\neg q\to\neg pequivale à original

“Se” marca a condição suficiente; “só se” marca a condição necessária. Afirmar o consequente troca a original pela recíproca. Com pp para “há autorização” e rr para “a porta abre”, ver a porta aberta não prova a autorização: outra abertura também satisfaz p=Fp=F, r=Tr=T.

Atribuições

  • Uma atribuição escolhe TT ou FF para cada variável. Com nn variáveis distintas há 2n2^n linhas.
  • Uma tautologia é TT em todas. Satisfazível é TT em alguma. Uma contradição é FF em todas. Contingente tem TT e FF.
  • Γ⊨φ\Gamma\models\varphi exige que toda a linha com todas as premissas TT dê conclusão TT. Um contraexemplo tem as premissas TT e a conclusão FF, por exemplo p=F,q=Tp=F,q=T contra p→q,q⊨pp\to q,q\models p.
  • Para Γ\Gamma finito, testa se (⋀ψ∈Γψ)∧¬φ(\bigwedge_{\psi\in\Gamma}\psi)\land\neg\varphi é insatisfazível.
  • Juntar premissas preserva a consequência. Retirar premissas ou intersectar dois conjuntos que implicam θ\theta pode perder θ\theta.

Equivalências úteis

φ⇔ψ\varphi\Leftrightarrow\psi compara valores em todas as linhas. φ↔ψ\varphi\leftrightarrow\psi é fórmula, tautológica nesse caso.

  • p→q⇔¬p∨q⇔¬q→¬pp\to q\Leftrightarrow\neg p\lor q\Leftrightarrow\neg q\to\neg p.
  • ¬(p∧q)⇔¬p∨¬q\neg(p\land q)\Leftrightarrow\neg p\lor\neg q.
  • ¬(p∨q)⇔¬p∧¬q\neg(p\lor q)\Leftrightarrow\neg p\land\neg q.
  • Conjunção e disjunção são comutativas, associativas e idempotentes; distribuem-se uma sobre a outra.
  • Absorção: p∧(p∨q)⇔pp\land(p\lor q)\Leftrightarrow p e p∨(p∧q)⇔pp\lor(p\land q)\Leftrightarrow p.

Formas normais

Um literal é uma variável ou a sua negação.

FormaEstruturaComo obter da tabela
FNDdisjunção de conjunçõesuma conjunção por linha TT
FNCconjunção de disjunçõesuma cláusula por linha FF
  1. Na FND, cada termo usa a variável se a linha tem TT e a negação se tem FF.
  2. Na FNC, inverte os sinais para a cláusula ser FF nessa linha.
  3. Um literal isolado também serve como termo ou cláusula.

Exemplo para ¬(p→(q∧r))\neg(p\to(q\land r)):

p∧(¬q∨¬r)⇔(p∧¬q)∨(p∧¬r).p\land(\neg q\lor\neg r)\Leftrightarrow(p\land\neg q)\lor(p\land\neg r).

A primeira é FNC; a segunda é FND. Uma FND com um termo sem literais opostos já é satisfazível. Uma FNC só é tautologia se cada cláusula tem pp e ¬p\neg p.

Karnaugh

  1. Ordena colunas em Gray, por exemplo BC=00,01,11,10BC=00,01,11,10. Células vizinhas diferem numa variável; bordas opostas contam como vizinhas.
  2. Marca 11 nas linhas verdadeiras.
  3. Agrupa uns em retângulos de 1,2,41,2,4 ou 88 células.
  4. Cada grupo elimina as variáveis que mudam dentro dele.

Aqui, B=0B=0 dá um bloco de quatro células; A=1,C=0A=1,C=0 dá o par 100,110100,110, vizinho pela borda, com sobreposição em 100100. O resultado é ¬B∨(A∧¬C)\neg B\lor(A\land\neg C), com 2 NOT, 1 AND e 1 OR binários.

Um termo incompleto cobre várias linhas. O termo ¬B∧¬C\neg B\land\neg C cobre 000000 e 100100; só um mintermo com as três variáveis cobre uma linha.

Portas NAND

P↑Q=¬(P∧Q)P\uparrow Q=\neg(P\land Q). Só ↑\uparrow chega para todas as funções:

  1. ¬P⇔P↑P\neg P\Leftrightarrow P\uparrow P.
  2. P∧Q⇔(P↑Q)↑(P↑Q)P\land Q\Leftrightarrow(P\uparrow Q)\uparrow(P\uparrow Q).
  3. P∨Q⇔(P↑P)↑(Q↑Q)P\lor Q\Leftrightarrow(P\uparrow P)\uparrow(Q\uparrow Q).

Para o exemplo acima, a forma explícita com três NAND binários é B↑(A↑(C↑C))B\uparrow(A\uparrow(C\uparrow C)). A porta NOR com P↓Q=¬(P∨Q)P\downarrow Q=\neg(P\lor Q) também é completa sozinha.

Formas normais e mapas de Karnaugh.

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