Основные тождества

Материал из Викиконспекты ПМ-ПУ
Версия от 22:43, 24 октября 2026; СВ (обсуждение | вклад) (Новая страница: «Как мы помним, формулы называют эквивалентными, когда соответствующие им функции совпад...»)
(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)

Как мы помним, формулы называют эквивалентными, когда соответствующие им функции совпадают. Рассмотрим, как можно получить из формулы эквивалентные ей.


Теорема (о замене подформул на эквивалентные):
Пусть $f$ — некоторая элементарная функция.

Если формулы $\mathcal U_1$, $\mathcal U_2$, ..., $\mathcal U_n$ эквивалентны соответственно формулам $\mathcal B_1$, $\mathcal B_2$, ..., $\mathcal B_n$, то формула $\mathcal U = f(\mathcal U_1, \mathcal U_2,...,\mathcal U_n)$

эквивалентна формуле $\mathcal B = f(\mathcal B_1, \mathcal B_2, ...,\mathcal B_n)$.
Доказательство:

Действительно, из определения эквивалентности следует, что $f_{\mathcal U_i} = f_{\mathcal B_i}$, $i=\overline{1,n}$. При этом, формула $\mathcal U$ реализует функцию $f_{\mathcal U} = f(f_{\mathcal U_1}, f_{\mathcal U_2}, ..., f_{\mathcal U_n})$, а формула $\mathcal B$ реализует функцию $f_{\mathcal B} = f(f_{\mathcal B_1}, f_{\mathcal B_2}, ..., f_{\mathcal B_n})$. Следовательно $f_{\mathcal U} = f_{\mathcal B}$.

[math]\displaystyle{ \blacksquare }[/math]

Это позволяет нам, записать ряд тождеств, которые мы сможем использовать для преобразования формул, заменяя подформулы на эквивалентные.

  • Коммутативность: $x\circ y = y\circ x$, если $\circ\in\{\wedge, \vee, \oplus, \equiv, |, \downarrow\}$.
  • Ассоциативность: $x\circ (y\circ z)=(x\circ y)\circ z$, если $\circ\in\{\wedge, \vee, \oplus, \equiv\}$. Мы уже указывали на это свойство раньше.
  • Правила де Моргана: $\overline{x\wedge y} = \overline x\vee \overline y$, $\overline{x\vee y}=\overline{x}\wedge\overline{y}$.
  • Правила поглощения: $x\vee xy = x$, $x(x\vee y)=x$.
  • Дистрибутивность: * $x(y\vee z) = xy\vee xz$ — дистрибутивность $\wedge$ относительно $\vee$,
  • $x\vee yz = (x\vee y) (x\vee z)$ — дистрибутивность $\vee$ относительно $\wedge$,
  • $x(y\oplus z) = xy \oplus xz$ — дистрибутивность $\wedge$ относительно $\oplus$.
  • Формулы расщепления: $x = xy\vee x\overline y$, $x = (x\vee y)(x\vee\overline y)$.
  • * $0= x\overline x = x\wedge 0 = x\oplus x$,
  • $1 = x\vee \overline x = x\vee 1 = x\equiv x$,
  • $x = \neg\neg x = x\vee x = x x = x\wedge 1 = x\vee 0$.
  • * $\overline x = x\oplus 1$,
  • $x\equiv y = (x\oplus y)\oplus 1$,
  • $x\oplus y = (x\vee y) \overline{x y} = x \overline{y}\vee \overline{x} y$,
  • $x\supset y = \overline x\vee y = xy\oplus x\oplus 1$,
  • $x\downarrow y = \overline x \wedge \overline y = \overline{x\vee y}$,
  • $x | y = \overline x \vee \overline y = \overline{x\wedge y}$.

Используя эти тождества можно выполнять преобразования формул, получая им эквивалентные.

Пять строк преобразования формулы U с подписями применённых тождеств: импликация, x ⊕ 1 = ¬x, перегруппировка, x ∨ ¬x = 1, 1 ∨ 1 = 1
Рис. 1. Список тождеств работает как набор правил: каждый шаг заменяет подформулу на эквивалентную и подписан справа. Замена [math]\displaystyle{ y\supset x=\overline y\vee x }[/math] и [math]\displaystyle{ x\oplus 1=\overline x }[/math] приводит к [math]\displaystyle{ 1\vee 1 }[/math], то есть к [math]\displaystyle{ 1 }[/math]: формула — тавтология.


Пример
Рассмотрим формулу $\mathcal U = (y\supset x)\vee(x\oplus 1)\vee y$. Проведем преобразования, используя известные тождества.

[math]\displaystyle{ (y\supset x)\vee(x\oplus 1)\vee y = (\overline y\vee x)\vee(\overline x)\vee y = \overline y\vee x \vee \overline x\vee y = 1\vee 1 = 1. }[/math] Таким образом, формула $\mathcal U$ задает тождественно истинную функцию.

Очевидно, что формула $\mathcal B = \overline{\mathcal U}= \overline{(y\supset x)\vee(x\oplus 1)\vee y}=\overline 1 = 0$,

то есть $\mathcal B$ задает тождественно ложную функцию.


Определение:
Формула, задающая тождественно истинную функцию, называется тавтологией.


Определение:
Формула, задающая тождественно ложную функцию, называется противоречием.


Определение:
Формула называется выполнимой, если для нее существует набор аргументов, на котором она принимает значение 1.

Конспект: Дискретная математика