上一节介绍了几个常用的联结词及其组成的基本复合命题表达式 、 p → q 、 p ↔ q 等,其中 p 、 q 可以代表特定的命题,也可以代表任意的命题。当 p 、 q 代表特定的命题时,真值是确定的,称为 命题常量(常项) 。当 p 、 q 代表任意的命题时,称为 命题变元(变项) 。由代表命题常量或命题变元的字母、联结词、括号等组成的符号串称为命题公式,但不是由这些符号任意组成的符号串都是命题公式。下面给出命题公式的定义。
定义1.2.1
1)每一个命题常量或命题变元都是命题公式。
2)如果 A 是命题公式,则 是命题公式。
3)如果 A 和 B 都是命题公式,则( A ∧ B )、( A ∨ B )、( A → B )、( A ↔ B )都是命题公式。
4)一个由命题常量或命题变元、联结词和括号所组成的符号串是命题公式,当且仅当这个符号串是有限次应用上面的步骤得到的。
命题公式可以简称为公式。根据定义, 、 p →( q → r )、( p ∧ q )↔ r 等都是命题公式。为了书写方便,一般 的括号及整个公式最外层的括号可以省略,例如, 可写成 。
一个含有命题变元的命题公式的真值是不确定的。只有当公式中的所有命题变元代表特定的命题时,命题公式才成为命题,其真值才唯一确定。例如,命题公式 p ∧ q 中,若指定 p 为“2是素数”, q 为“3是奇数”,也就是 p 的真值为真, q 的真值为真,则 p ∧ q 为真命题;若指定 p 为“2是素数”, q 为“3是偶数”,则 p ∧ q 为假命题,因为 p 的真值为真,而 q 的真值为假。对命题公式的各个命题变元指定一个特定的命题,实际上就是对命题公式的解释或赋值,定义如下。
定义1.2.2 若命题公式 A 含有的全部命题变元为 p 1 , p 2 ,…, p n ,给 p 1 , p 2 ,…, p n 指定一组真值,称为对 A 的一个 解释 或 赋值 。使 A 的真值为真的赋值称为 成真赋值 ,使 A 的真值为假的赋值称为 成假赋值 。通常赋值与命题变元之间按下标或字母顺序对应,即当 A 的全部命题变元为 p 1 , p 2 ,…, p n 时,给 A 赋值 α 1 , α 2 ,…, α n ,是指 p 1 = α 1 , p 2 = α 2 ,…, p n = α n ;当 A 的全部命题变元为 p , q , r ,…时,给 A 赋值 α 1 , α 2 , α 3 ,…是指 p = α 1 , q = α 2 , r = α 3 ,…。
例如,公式 A 为 , p =0、 q =1、 r =0是对 A 的一个赋值,这时 A 的真值为1; p =1、 q =1、 r =0是对 A 的又一个赋值,这时 A 的真值为0。也就是010是公式 A 的一个成真赋值,而110是公式 A 的一个成假赋值。
含 n ( n ≥1)个命题变元的命题公式,共有2 n 个不同的赋值。将命题公式在所有赋值下的真值列成一个表,称为该命题公式的真值表。命题公式有 n 个命题变元,它的真值表有2 n 行。 n 个命题变元的不同的真值表有 个。
例1.2.1 写出下列公式的真值表。
1)
2)
3)
解 1) 有3个变元,真值表有8行,见表1.2.1。
表1.2.1 公式1)的真值表
在写出命题公式 的真值表时,按联结词的优先级次序,首先计算在各种赋值下 的真值,然后计算 的赋值,最后算出 的真值。
2)同理可以写出 的真值表,见表1.2.2。
表1.2.2 公式2)的真值表
3) 的真值表见表1.2.3。
表1.2.3 公式3)的真值表
在表1.2.1中有些赋值使命题公式为真,有些赋值使命题公式为假。而在表1.2.2中,所有赋值均使命题公式的真值为1,在表1.2.3中,所有赋值均使命题公式的真值为0。
◀
按照命题公式在各种赋值下的取值情况,可将命题公式分类如下。
定义1.2.3 设 A 为一个命题公式。
1)若 A 在它的各种赋值下取值均为1,则称 A 为 重言式 或 永真式 。
2)若 A 在它的各种赋值下取值均为0,则称 A 为 矛盾式 或 永假式 。
3)若至少存在一种赋值使 A 的真值为1,则称 A 为 可满足式 。
这三类公式之间有下面的关系。
1)公式 A 永真,则 永假,反之亦然。
2)公式 A 是可满足的,当且仅当 不是永真式。
3)公式 A 不是可满足的,则一定是永假式。
4)公式 A 不是永假式,则一定是可满足的。
判断一个命题公式的类型(即永真式、永假式、可满足式)可通过构造命题公式的真值表来实现,如例1.2.1中的公式1)存在为真的赋值,也存在为假的赋值,是可满足式,公式2)的所有赋值都使公式的真值为1,是永真式,公式3)的所有赋值都使公式的真值为0,是永假式。