Rachunek zdań i dowody: zadania z rozwiązaniami krok po kroku

Darmowe zadania z tematu Rachunek zdań i dowody z rysunkami, podpowiedziami i pełnymi rozwiązaniami. Za każdym razem nowe wartości, na trzech poziomach: tablice prawdy, równoważności i metody dowodzenia, kwantyfikatory i wnioskowania.

Darmowe zadanieŁatwy
pqr(p → r) ↔ (r ∨ q)111?110?101?100?011?010?001?000?

Uzupełnij tablicę prawdy (1 = prawda, 0 = fałsz). W ilu wierszach N formuła (p → r) ↔ (r ∨ q) jest prawdziwa?

(p → r) ↔ (r ∨ q)

Dokładna odpowiedź: liczba całkowita, bez zaokrąglania.

Następne zadanie →

Co ćwiczysz

  1. Łatwytablice prawdy
  2. Średnirównoważności i metody dowodzenia
  3. Trudnykwantyfikatory i wnioskowania

Jak rozwiązywać zadania: Rachunek zdań i dowody

  1. Policz różne zmienne: tablica prawdy ma 2ⁿ wierszy, a zaczyna się od samych jedynek.
  2. Każdej podformule daj osobną kolumnę i wypełniaj kolumny od wewnątrz na zewnątrz.
  3. Stosuj regułę każdego spójnika: → jest 0 tylko dla 1 → 0, ↔ jest 1, gdy obie strony się zgadzają.
  4. Przy równoważnościach porównaj końcowe kolumny wiersz po wierszu; przy wnioskowaniu patrz tylko na wiersze, w których każda przesłanka jest równa 1.
  5. Aby zaprzeczyć zdaniu z kwantyfikatorem, przesuń ¬ do środka, zamień ∀ i ∃ oraz zaprzecz formule wewnętrznej.

Typowe błędy

  • Uznawanie p → q za fałszywe, gdy p jest fałszywe.
  • Liczenie powtarzającej się zmiennej dwa razy przy wyznaczaniu liczby wierszy.
  • Mylenie kontrapozycji ¬q → ¬p z implikacją odwrotną q → p.
  • Zapisanie zaprzeczenia ∀x P(x) jako ∀x ¬P(x) zamiast ∃x ¬P(x).
  • Stosowanie praw de Morgana bez zamiany ∧ i ∨.

Najważniejsze wzory

Wiersze tablicy prawdy
2ⁿ
Implikacja
p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
Zaprzeczenie implikacji
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
Równoważność
p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
Prawa de Morgana
¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
Prawa rozdzielności
p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
Zaprzeczanie kwantyfikatorów
¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
Modus ponens, modus tollens
p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

Naucz się tematu Rachunek zdań i dowody od zera

1Zdania i spójniki

Zdanie logiczne to wypowiedź, która jest prawdziwa albo fałszywa, na przykład „7 jest liczbą pierwszą”. Zapisujemy je literą, p lub q, a jego wartość logiczną jako 1 (prawda) lub 0 (fałsz).

Spójniki budują większe formuły z mniejszych:

  • ¬p (nie p) odwraca wartość.
  • p ∧ q (i) jest równe 1 tylko wtedy, gdy oba są równe 1.
  • p ∨ q (lub) jest równe 0 tylko wtedy, gdy oba są równe 0. To alternatywa nierozłączna: oba mogą być prawdziwe.
  • p → q (jeśli p, to q) jest równe 0 tylko wtedy, gdy p = 1 i q = 0.
  • p ↔ q (wtedy i tylko wtedy) jest równe 1, gdy p i q mają tę samą wartość.
pqp → q111100011001

Implikacja zaskakuje wielu studentów: gdy p jest fałszywe, p → q jest prawdziwe niezależnie od q. Obietnica „jeśli będzie padać, wezmę parasol” jest złamana tylko w deszczowy dzień bez parasola.

Samosprawdzenie p = 0 i q = 1. Jaka jest wartość p → q?
  1. 0
  2. 1
  3. Nieokreślona
  4. Zależy od kontekstu

Odpowiedź: 1. Implikacja jest fałszywa tylko wtedy, gdy warunek zachodzi, a wniosek nie (p = 1, q = 0). Dla p = 0 jest prawdziwa niezależnie od q.

2Tablice prawdy

Tablica prawdy wypisuje każdą kombinację wartości logicznych zmiennych. Przy n różnych zmiennych jest 2ⁿ wierszy: 4 dla dwóch zmiennych, 8 dla trzech, 16 dla czterech. Zmienna, która występuje dwa razy, liczy się raz.

Pracuj od wewnątrz na zewnątrz. Każdej podformule daj osobną kolumnę, by do każdej nowej kolumny wystarczył jeden spójnik zastosowany do już gotowych kolumn.

  1. Wypisz zmienne i zapisz wszystkie 2ⁿ kombinacji, zaczynając od samych jedynek.
  2. Dodaj kolumnę dla każdej podformuły, zaczynając od najbardziej wewnętrznej.
  3. Wypełnij każdą kolumnę regułą jej głównego spójnika.
  4. Odczytaj odpowiedź z ostatniej kolumny: policz jedynki lub znajdź żądany wiersz.
Samosprawdzenie Ile wierszy ma tablica prawdy formuły (p ∧ q) → (r ∨ p)?
  1. 16
  2. 4
  3. 6
  4. 8

Odpowiedź: 8. Formuła ma trzy różne zmienne, p, q i r, więc 2³ = 8 wierszy. Zmienna p występuje dwa razy, ale to jedna zmienna; 16 to 2⁴ dla czterech wystąpień.

3Przykład krok po kroku

Przejdź przez każdy krok. Spróbuj przewidzieć następny, zanim go odsłonisz.

Przykład krok po kroku

W ilu wierszach jej tablicy prawdy formuła (p → q) ∧ ¬q jest prawdziwa?

1

Zmienne i wiersze

Dwie zmienne, p i q, więc 4 wiersze: (1, 1), (1, 0), (0, 1), (0, 0).

2

Kolumna p → q

Jest równa 0 tylko w wierszu p = 1, q = 0:

p → q: 1, 0, 1, 1
3

Kolumna ¬q

¬q: 0, 1, 0, 1
4

Koniunkcja

Obie kolumny muszą być równe 1. Dzieje się tak tylko w ostatnim wierszu, p = 0 i q = 0.

(p → q) ∧ ¬q: 0, 0, 0, 1
Odpowiedź

Formuła jest prawdziwa w 1 wierszu, tym z p = 0, q = 0. Dlatego p → q razem z ¬q dają ¬p (modus tollens).

4Równoważności i metody dowodzenia

Dwie formuły są równoważne (≡), gdy ich kolumny w tablicy prawdy są identyczne. Tautologia jest równa 1 w każdym wierszu, kontradykcja 0 w każdym wierszu, a formuła kontyngentna nie jest ani jednym, ani drugim.

Prawa, których używasz najczęściej:

¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p ¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r)

Te prawa są podstawą metod dowodzenia. Dowód p → q przez kontrapozycję dowodzi zamiast tego ¬q → ¬p, co jest równoważne. Dowód nie wprost zakłada p ∧ ¬q, jedyny sposób, w jaki implikacja może zawieść, i wyprowadza coś niemożliwego.

Uwaga: implikacja odwrotna q → p oraz przeciwna ¬p → ¬q nie są równoważne p → q.

Samosprawdzenie Która formuła jest równoważna ¬(p ∧ q)?
  1. p ∨ q
  2. ¬p ∧ q
  3. ¬p ∧ ¬q
  4. ¬p ∨ ¬q

Odpowiedź: ¬p ∨ ¬q. Według praw de Morgana ∧ zamienia się w ∨, a obie części są zanegowane. ¬p ∧ ¬q to zaprzeczenie p ∨ q, czyli inne zdanie: jest fałszywe, gdy dokładnie jedno z p i q jest prawdziwe, a ¬(p ∧ q) wtedy jest prawdziwe.

5Kwantyfikatory i poprawne wnioskowania

Przy zmiennych przebiegających dziedzinę ∀x P(x) mówi „P zachodzi dla każdego x”, a ∃x P(x) mówi „P zachodzi dla co najmniej jednego x”. Negacja zamienia kwantyfikator:

¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)

Przesuwaj negację do środka krok po kroku; wewnątrz używaj praw rachunku zdań. Na przykład ¬∀x (P(x) → Q(x)) ≡ ∃x (P(x) ∧ ¬Q(x)): „nie każde P jest Q” oznacza „pewne P nie jest Q”.

Wnioskowanie jest poprawne, gdy wniosek jest równy 1 w każdym wierszu, w którym wszystkie przesłanki są równe 1. Klasyczne poprawne schematy to modus ponens (p → q, p, więc q), modus tollens (p → q, ¬q, więc ¬p) i sylogizm hipotetyczny (p → q, q → r, więc p → r).

Wiersz, w którym wszystkie przesłanki są równe 1, a wniosek 0, to kontrprzykład. Stwierdzenie następnika (p → q, q, więc p) jest niepoprawne: wiersz p = 0, q = 1 jest kontrprzykładem.

Samosprawdzenie Jaka jest negacja zdania „każdy student zdał”, ∀x P(x)?
  1. ¬P(x) dla jednego ustalonego studenta x
  2. ∀x ¬P(x): żaden student nie zdał
  3. ∃x P(x): jakiś student zdał
  4. ∃x ¬P(x): jakiś student nie zdał

Odpowiedź: ∃x ¬P(x): jakiś student nie zdał. Jeden student, który nie zdał, wystarczy, by „każdy student zdał” było fałszywe. „Żaden student nie zdał” jest znacznie mocniejsze niż negacja.

6Typowe błędy

  • Uznawanie p → q za fałszywe, gdy p jest fałszywe. Jest fałszywe tylko wtedy, gdy p = 1 i q = 0.
  • Liczenie powtarzającej się zmiennej dwa razy przy wyznaczaniu liczby wierszy.
  • Mylenie kontrapozycji ¬q → ¬p z implikacją odwrotną q → p lub przeciwną ¬p → ¬q.
  • Zapisanie zaprzeczenia ∀x P(x) jako ∀x ¬P(x): kwantyfikator musi zmienić się na ∃.
  • Zapisanie ¬(p ∧ q) jako ¬p ∧ ¬q: prawa de Morgana zamieniają też spójnik.
Samosprawdzenie Które zdanie jest kontrapozycją zdania „jeśli n² jest parzyste, to n jest parzyste”?
  1. Jeśli n jest nieparzyste, to n² jest nieparzyste
  2. Jeśli n jest parzyste, to n² jest parzyste
  3. Jeśli n² jest nieparzyste, to n jest nieparzyste
  4. n² jest parzyste i n jest nieparzyste

Odpowiedź: Jeśli n jest nieparzyste, to n² jest nieparzyste. Zamień obie części i zaneguj obie: nie (n parzyste) → nie (n² parzyste). „Jeśli n jest parzyste, to n² jest parzyste” to implikacja odwrotna; ostatnia opcja to założenie dowodu nie wprost.

7Jak wyglądają zadania egzaminacyjne

  • Łatwe: tablice prawdy. Znajdujesz liczbę wierszy, liczysz wiersze, w których formuła jest prawdziwa, albo klikasz jedyny wiersz, który czyni formułę prawdziwą lub fałszywą.
  • Średnie: równoważności i metody dowodzenia. Rozstrzygasz, czy formuła jest tautologią, kontradykcją czy kontyngencją, wybierasz formułę równoważną albo zdanie do udowodnienia w dowodzie przez kontrapozycję lub nie wprost.
  • Trudne: kwantyfikatory i wnioskowania. Negujesz zdania z kwantyfikatorami, wybierasz wniosek wynikający z przesłanek, klikasz wiersz kontrprzykładu niepoprawnego wnioskowania albo liczysz wiersze prawdziwe w tablicy czterech zmiennych.

Ucz się krok po kroku w aplikacjiUcz się krok po kroku w aplikacji

Przykłady z rozwiązaniami

Przykład 1Łatwy
pq¬(p ∨ q) → q11100100

Dokładnie jeden wiersz tablicy prawdy czyni ¬(p ∨ q) → q fałszywym. Kliknij ten wiersz.

¬(p ∨ q) → q
  1. 1p = 1, q = 1
  2. 2p = 1, q = 0
  3. 3p = 0, q = 1
  4. 4p = 0, q = 0
Pokaż podpowiedzi
  1. a → b jest równe 0 tylko wtedy, gdy a = 1 i b = 0. ¬a odwraca wartość. a ∨ b jest równe 0 tylko wtedy, gdy oba są równe 0.
  2. Najpierw ustal główny spójnik: jakie muszą być jego dwie strony, aby cała formuła była 0?
  3. Każdej części daj osobną kolumnę: p ∨ q; ¬(p ∨ q); ¬(p ∨ q) → q.
Pokaż odpowiedź i wyjaśnienie

Tablice prawdy: formuła z n różnymi zmiennymi ma 2ⁿ wierszy, po jednym dla każdej kombinacji wartości logicznych (1 = prawda, 0 = fałsz). Pracuj od wewnątrz na zewnątrz i każdej podformule daj osobną kolumnę. ¬a odwraca wartość; a ∧ b jest równe 1 tylko wtedy, gdy oba są równe 1; a ∨ b jest równe 0 tylko wtedy, gdy oba są równe 0; a → b jest równe 0 tylko wtedy, gdy a = 1 i b = 0; a ↔ b jest równe 1, gdy obie strony są równe.

Tablica prawdy wiersz po wierszu

p = 1, q = 1: p ∨ q = 1, ¬(p ∨ q) = 0, ¬(p ∨ q) → q = 1
p = 1, q = 0: p ∨ q = 1, ¬(p ∨ q) = 0, ¬(p ∨ q) → q = 1
p = 0, q = 1: p ∨ q = 1, ¬(p ∨ q) = 0, ¬(p ∨ q) → q = 1
p = 0, q = 0: p ∨ q = 0, ¬(p ∨ q) = 1, ¬(p ∨ q) → q = 0

Wiersz

p = 0, q = 0 → ¬(p ∨ q) → q = 0

Odpowiedź

p = 0, q = 0
Przykład 2Średni
(b → a) ∧ (c → a)b → (c → a)b ∧ (c → a)(b → c) → a

Która formuła jest logicznie równoważna (b ∧ c) → a? Kliknij ją.

(b ∧ c) → a
  1. 1(b → a) ∧ (c → a)
  2. 2b → (c → a)
  3. 3b ∧ (c → a)
  4. 4(b → c) → a
Pokaż podpowiedzi
  1. Formuły równoważne zgadzają się w każdym wierszu tablicy prawdy. Jeden wiersz, w którym się różnią, wyklucza opcję.
  2. Spróbuj wiersza, w którym (b ∧ c) → a jest równe 0, i sprawdź, które opcje też są tam równe 0.
  3. Prawo eksportacji: (a ∧ b) → c ≡ a → (b → c). Oba są równe 0 tylko wtedy, gdy a = 1, b = 1 i c = 0.
Pokaż odpowiedź i wyjaśnienie

Równoważność logiczna: dwie formuły są równoważne (≡), gdy mają tę samą wartość w każdym wierszu tablicy prawdy. Tautologia jest równa 1 w każdym wierszu, kontradykcja 0 w każdym wierszu, a formuła kontyngentna nie jest ani jednym, ani drugim. Przydatne prawa: prawa de Morgana, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b oraz ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (kontrapozycja); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; oraz prawa rozdzielności, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).

Prawo

Prawo eksportacji: (a ∧ b) → c ≡ a → (b → c). Oba są równe 0 tylko wtedy, gdy a = 1, b = 1 i c = 0.
(b ∧ c) → a ≡ b → (c → a)

Sprawdź tablicą prawdy

a = 1, b = 1, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 1, c = 0: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 0, c = 1: 1 | 1 1 0 1
a = 1, b = 0, c = 0: 1 | 1 1 0 1
a = 0, b = 1, c = 1: 0 | 0 0 0 0
a = 0, b = 1, c = 0: 1 | 0 1 1 1
a = 0, b = 0, c = 1: 1 | 0 1 0 0
a = 0, b = 0, c = 0: 1 | 1 1 0 0

Odpowiedź

b → (c → a)

Kolumny po kresce to opcje w pokazanej kolejności.

Przykład 3Trudny
pp ∧ ¬r¬pr

Dane są przesłanki (q ∧ p) → r; q; ¬r. Jaki wniosek z nich wynika? Kliknij go.

(q ∧ p) → rq¬r
  1. 1p
  2. 2p ∧ ¬r
  3. 3¬p
  4. 4r
Pokaż podpowiedzi
  1. Wniosek wynika, gdy jest równy 1 w każdym wierszu, w którym wszystkie przesłanki są równe 1.
  2. Znajdź wiersze, w których wszystkie przesłanki są równe 1, a potem sprawdź każdą opcję w tych wierszach.
  3. To standardowa reguła: modus tollens z koniunkcją.
Pokaż odpowiedź i wyjaśnienie

Kwantyfikatory i wnioskowania: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) oraz ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Przesuń negację do środka, zamień każdy kwantyfikator, który mija, i zaneguj formułę wewnętrzną prawami rachunku zdań, takimi jak ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Wnioskowanie jest poprawne, gdy wniosek jest równy 1 w każdym wierszu, w którym wszystkie przesłanki są równe 1. Pojedynczy wiersz z prawdziwymi przesłankami i fałszywym wnioskiem jest kontrprzykładem i pokazuje, że wnioskowanie jest niepoprawne.

Wiersze z wszystkimi prawdziwymi przesłankami

p = 0, q = 1, r = 0: p = 0, p ∧ ¬r = 0, ¬p = 1, r = 0

Wniosek

¬p (modus tollens z koniunkcją)

Odpowiedź

¬p

Pytania i odpowiedzi

Rachunek zdań i dowody: co to jest?

Spójniki budują większe formuły z mniejszych:

Implikacja zaskakuje wielu studentów: gdy p jest fałszywe, p → q jest prawdziwe niezależnie od q. Obietnica „jeśli będzie padać, wezmę parasol” jest złamana tylko w deszczowy dzień bez parasola.

Rachunek zdań i dowody: jak rozwiązywać zadania krok po kroku?
  1. Policz różne zmienne: tablica prawdy ma 2ⁿ wierszy, a zaczyna się od samych jedynek.
  2. Każdej podformule daj osobną kolumnę i wypełniaj kolumny od wewnątrz na zewnątrz.
  3. Stosuj regułę każdego spójnika: → jest 0 tylko dla 1 → 0, ↔ jest 1, gdy obie strony się zgadzają.
  4. Przy równoważnościach porównaj końcowe kolumny wiersz po wierszu; przy wnioskowaniu patrz tylko na wiersze, w których każda przesłanka jest równa 1.
  5. Aby zaprzeczyć zdaniu z kwantyfikatorem, przesuń ¬ do środka, zamień ∀ i ∃ oraz zaprzecz formule wewnętrznej.
Rachunek zdań i dowody: jakie błędy są najczęstsze?
  • Uznawanie p → q za fałszywe, gdy p jest fałszywe.
  • Liczenie powtarzającej się zmiennej dwa razy przy wyznaczaniu liczby wierszy.
  • Mylenie kontrapozycji ¬q → ¬p z implikacją odwrotną q → p.
  • Zapisanie zaprzeczenia ∀x P(x) jako ∀x ¬P(x) zamiast ∃x ¬P(x).
  • Stosowanie praw de Morgana bez zamiany ∧ i ∨.
Rachunek zdań i dowody: co ćwiczysz?
  • Łatwy: tablice prawdy
  • Średni: równoważności i metody dowodzenia
  • Trudny: kwantyfikatory i wnioskowania

Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi. Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.

Jak wygląda ćwiczenie

  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Twoje postępy, błędy i zapisane zadania są zachowywane, więc możesz je powtórzyć przed egzaminem.

Tematy przed tym i po nim

Potem przejdź do

Przedmioty z tym tematem

Więcej tematów: Matematyka i statystyka

Karta pracy do druku