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1.7 对偶和对偶定律

{﹁,∧}、{﹁,∨}都是逻辑联词的完备集,所以含有逻辑联词﹁,∧,∨,→,↔, ,↦,↑和↓的命题公式都可以等值转化为只含逻辑联词﹁,∨和∧的命题公式。在只含逻辑联词﹁,∧与∨的命题公式G中,以∨换∧,以∧换∨,如果还含有抽象恒真符号T和抽象恒假符号F的话,并且以F换T,以T换F,以此由G得到的新命题公式G * 称为G的对偶式,对于G * ,G也是它的对偶式。于是有:(G * * =G。

﹁(P∨Q)的对偶式是﹁(P∧Q),反之也对。因此亦可直接把↓和↑也看作一对对偶的逻辑联词,正像∧与∨一样。

一个仅含逻辑联词﹁,∧和∨的命题公式和它的对偶式之间具有以下等值关系:

对偶定律1:设A(P 1 ,P 2 ,…,P n )是仅含逻辑联词﹁,∧与∨及仅含命题变元P 1 ,P 2 ,…,P n 的命题公式,则:

﹁A(P 1 ,P 2 ,…,P n )=A * (﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n

由于命题公式A(P 1 ,P 2 ,…,P n )中只含有逻辑联词﹁,∧,∨和命题变元P 1 ,P 2 ,…,P n (也可能含有T和F),并且在A * (﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n )中不对可能含有的T和F取“非”。

注意:

(1)(P) * =P,(﹁P) * =﹁P,(﹁﹁P) * =﹁﹁P及﹁(P)=(﹁P) * ,﹁(﹁P)=(﹁(﹁P)) *

(2)(T) * =F,(F) * =T及﹁(T)=(T) * ,﹁(F)=(F) *

(3)(P∧Q) * =P∨Q,(P∨Q) * =P∧Q及﹁(P∧Q)=(﹁P∧﹁Q) * ,﹁(P∨Q)=(﹁P∨﹁Q) *

由归纳法易知,对偶定律1所述结论成立。

将对偶定律1用于A * (P 1 ,P 2 ,…,P n ),便得到它的推论:

﹁A * (P 1 ,P 2 ,…,P n )=(A * * (﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n )=A(﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n

关于对偶性,一个更为重要的事实是:

对偶定律2:设A(P 1 ,P 2 ,…,P n ),B(P 1 ,P 2 ,…,P n )是仅含有逻辑联词﹁,∨,∧和命题变元P 1 ,P 2 ,…,P n 的命题公式,则如果A(P 1 ,P 2 ,…,P n )=B(P 1 ,P 2 ,…,P n ),那么A * (P 1 ,P 2 ,…,P n )=B * (P 1 ,P 2 ,…,P n )。

事实上,若A(P 1 ,P 2 ,…,P n )=B(P 1 ,P 2 ,…,P n ),则A(P 1 ,P 2 ,…,P n )↔B(P 1 ,P 2 ,…,P n )是重言式,由代入原理,可知A(﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n )↔B(﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n )也是重言式。但A(﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n )=﹁A * (P 1 ,P 2 ,…,P n ),B(﹁P 1 ,﹁P 2 ,…,﹁P n )=﹁B * (P 1 ,P 2 ,…,P n ),由替换原理,得重言式﹁A * (P 1 ,P 2 ,…,P n )↔﹁B * (P 1 ,P 2 ,…,P n ),即﹁A * (P 1 ,P 2 ,…,P n )=﹁B * (P 1 ,P 2 ,…,P n ),于是有A * (P 1 ,P 2 ,…,P n )=﹁(﹁A * (P 1 ,P 2 ,…,P n ))=﹁(﹁B * (P 1 ,P 2 ,…,P n ))=B * (P 1 ,P 2 ,…,P n )。

在用于逻辑演算的12组基本等值式中,从第2组到第9组的等值式都是成对给出的,这一对对公式所阐述的正是对偶定律2。在逻辑推理中,被证明的命题公式之间等值的结论,通过必要的联词转化,使用对偶定律2,可以得到它们的对偶式之间也等值的结论。在对双条件重言命题的证明中,对偶定律2有事半功倍的效用。

练习1-7

(1)写出下列命题公式的对偶式:

①(P∧Q)∨T;    ②﹁(P∨Q)∧(P∨﹁(Q∧﹁R));

③﹁(P∨F)∧R;   ④((P↑Q)↓R)∧(﹁P∨Q)。

(2)由命题公式A(P,Q,R)=﹁P∨﹁(Q∧R),验证对偶定律1。

(3)首先证明下面的式(1),然后用运对偶定律2证明(2)式:

①﹁(P∧Q)→(P→(P→Q)=﹁P∨Q;

②(P∨Q)∧(﹁P∧(﹁P∧Q))=﹁P∧Q。

(4)有没有这样的命题公式G,满足G * =G?

(5)填空:

①设A(P,Q,R)=(P∨Q)∧﹁R,则A * (﹁P,﹁Q,﹁R)=________;

②设A * (P,Q,R)=P↓(Q∨﹁(P↑R)),则﹁A(﹁P,﹁Q,﹁R)=________。 TckmZxi0UptrJSSA9eoeuq/AH1GwdUeWqvjWcYK9BEZn3t7sGOgXzXziT0yy72V5

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