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1.1嵌入式互動預計閱讀時間: 6 分鐘

1.1 命題邏輯

仔細定義命題,準確閱讀布林連接詞與優先次序,並用真值表檢查等價與有效推理。

邏輯先從已經足夠完整、可以判斷真假的陳述開始。這個分別很重要: 一旦句子還未封閉,就不可以當作命題處理。

命題與真假值

定義

命題

命題是一個有確定真假值的陳述。它不是真,就是假,沒有第三種情況。

這個定義的目的不是令邏輯變得抽象,而是分清楚哪些句子已經可以檢驗, 哪些句子還未完整。

例子:

  • 2+2=42 + 2 = 4 是命題。
  • 每個偶數都可以被 2 整除 是命題。
  • 請打開門。 不是命題,因為它是命令。
  • 若未指定 xx+1=3x + 1 = 3 還未是命題。

常見錯誤

含有自由變量的公式不會自動變成命題

如果句子的真假仍然依賴未指定的變量,那麼它仍然是開放句,不是完整陳述。 要先賦值,或者之後用量詞綁定它。

例題

判斷哪些句子是命題

考慮以下三句:

  1. 7 是質數。
  2. x2+1>0x^2 + 1 > 0
  3. 請交功課。

第 1 句是命題,而且是真。第 2 句不是命題,因為要看 x 取甚麼值。 第 3 句不是命題,因為它是請求,不是主張。

解答

為甚麼要分清楚

布林字母表

課程反覆用到五個連接詞:

| 符號 | 讀法 | 核心意思 | | --- | --- | --- | | ¬P¬P | 非 PP | 將真假值取反 | | PQP ∧ Q | PPQQ | 只有兩邊都真先真 | | PQP ∨ Q | PPQQ | 只要至少一邊真就真 | | PQP → Q | 若 PP,則 QQ | 只有 PP 真而 QQ 假時為假 | | P ↔ Q | PP 當且僅當 QQ | 兩邊真假一致時才真 |

這些不是純粹的口語縮寫,而是邏輯語言的基本符號,用來拼出更複雜的陳述。

運算次序亦都固定:

  1. ¬¬

如果仍然有歧義,就要加括號。

例題

先解析,再閱讀

公式 ¬ABC¬A ∧ B ∨ C 應該讀成

(¬AB)C.(¬A ∧ B) ∨ C.

也就是話:或者 AA 為假而 BB 為真,或者 CC 為真。

如果你想表達其他意思,就一定要明確加括號。

解答

為甚麼括號不是裝飾

真值表與邏輯等價

當你知道各個命題的真假值之後,就可以計算複合公式的真假。真值表就是用來記錄這件事。

定理

常用等價式

以下幾條等價式是基本工具,應該盡量熟記:

PQ¬PQP → Q \equiv ¬P ∨ QPQ(PQ)(QP)P ↔ Q \equiv (P → Q) ∧ (Q → P)¬(PQ)¬P¬Q¬(P ∧ Q) \equiv ¬P ∨ ¬Q¬(PQ)¬P¬Q¬(P ∨ Q) \equiv ¬P ∧ ¬Q¬¬PP¬¬P \equiv P

這些不是哲學命題,而是真值表恒等式。

例題

用真值表檢查蘊含

PQP → Q 只會在一種情況下為假:PP 真而 QQ 假。其餘情況都為真。

| PP | QQ | PQP → Q | | --- | --- | --- | | TT | TT | TT | | TT | FF | FF | | FF | TT | TT | | FF | FF | TT |

所以 PQP → Q 不是話 PPQQ 都真,而是排除咗「前件真、後件假」這種情況。

解答

這點好重要

推理規則

課程之中會反覆用到幾種有效推理模式。

定理

常見推理模式

如果 PQP → QPP 都真,那麼 QQ 一定真。這個叫 modus ponens。

如果 PQP → Q¬Q¬Q 都真,那麼 ¬P¬P 一定真。這個叫 modus tollens。

如果 PQP → QQRQ → R 都真,那麼 PRP → R 都真。這個叫 hypothetical syllogism。

如果 PQP ∨ Q¬P¬P 都真,那麼 QQ 一定真。這個叫 disjunctive syllogism。

這些模式之所以重要,是因為它們似乎合法運算:前提真,結論就一定真。

例題

一條有效的推理鏈

假設你知道

AB,BC,A.A → B,\qquad B → C,\qquad A.

你可以先由第一同第三句推出 BB,再由第二句推出 CC

所以結論 CC 由前提邏輯上跟得出。

解答

如何辨認這類推理

常見錯誤

不好混淆有效同無效模式

PQP → QQQ,你不可以推出 PP。這個謬誤叫 affirming the consequent。

PQP → Q¬P¬P,你不可以推出 ¬Q¬Q。這個謬誤叫 denying the antecedent。

快速檢查

快速檢查

以下哪些是命題:2+2=42 + 2 = 4請打開窗戶。x+1=3x + 1 = 3

檢查每一句在原本寫法下是否已經有確定真假值。

解答

答案

快速檢查

根據標準次序,¬ABC¬A ∧ B ∨ C 要加甚麼括號?

記住 ¬¬ 最先,然後是

解答

答案

快速檢查

PQP → Q¬PQ¬P ∨ QPQP ∧ Q,邊個等價?

看蘊含的真假條件。

解答

答案

快速檢查

推理 PQP → QQQ,所以 PP 有效嗎?

試想 PP 其實是假的情況。

解答

答案

嵌入式檢查

用互動表試驗你自己寫出來的公式。

邊讀邊試

跟著看一張真值表

互動工具讓你切換公式,並觀察每一列如何影響最後的真假。

PQP → Q
TTT
TFF
FTT
FFT

先讀這一頁

如果你想看量詞版本,請讀 1.3 量詞與否定

先備知識

這一節可以獨立閱讀。

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