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1 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 3 2 INTRODUÇÃO A LÓGICA .......................................................................... 4 3 AS ORIGENS DA LÓGICA ......................................................................... 5 3.1 O Método Axiomático ........................................................................... 7 4 A LÓGICA MATEMÁTICA ........................................................................... 9 5 PROPOSIÇÕES ....................................................................................... 10 6 OPERAÇÕES LÓGICAS SOBRE PROPOSIÇÕES ................................. 11 6.1 Negação ............................................................................................. 12 6.2 Conjunção .......................................................................................... 12 6.3 Disjunção ............................................................................................ 13 6.4 Disjunção exclusiva ............................................................................ 14 6.5 Condicional ......................................................................................... 14 6.6 Bicondicional ...................................................................................... 16 7 SENTENÇAS ............................................................................................ 16 7.1 Classificação de Sentenças ............................................................... 17 8 TAUTOLOGIAS, CONTRADIÇÕES E CONTINGÊNCIAS ........................ 18 8.1 Tautologias ......................................................................................... 18 8.2 Contradição ........................................................................................ 19 8.3 Contingência ...................................................................................... 20 9 TEORIA DOS CONJUNTOS ..................................................................... 21 9.1 Operações com Conjuntos ................................................................. 23 10 CONSEQUÊNCIA E EQUIVALÊNCIA LÓGICAS ..................................... 28 10.1 Equivalência lógica ......................................................................... 30 11 UTILIZANDO AS REGRAS DE INFERÊNCIA .......................................... 31 12 LÓGICA DE PREDICADOS ...................................................................... 35 2 13 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 41 14 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 41 3 1 INTRODUÇÃO Prezado aluno! O Grupo Educacional FAVENI, esclarece que o material virtual é semelhante ao da sala de aula presencial. Em uma sala de aula, é raro – quase improvável - um aluno se levantar, interromper a exposição, dirigir-se ao professor e fazer uma pergunta, para que seja esclarecida uma dúvida sobre o tema tratado. O comum é que esse aluno faça a pergunta em voz alta para todos ouvirem e todos ouvirão a resposta. No espaço virtual, é a mesma coisa. Não hesite em perguntar, as perguntas poderão ser direcionadas ao protocolo de atendimento que serão respondidas em tempo hábil. Os cursos à distância exigem do aluno tempo e organização. No caso da nossa disciplina é preciso ter um horário destinado à leitura do texto base e à execução das avaliações propostas. A vantagem é que poderá reservar o dia da semana e a hora que lhe convier para isso. A organização é o quesito indispensável, porque há uma sequência a ser seguida e prazos definidos para as atividades. Bons estudos! 4 2 INTRODUÇÃO A LÓGICA Fonte:institutoibe.com.br Tradicionalmente, diz-se que a Lógica é a ciência do raciocínio ou que está preocupada com o estudo do raciocínio. Ainda que atualmente esta ideia possa ser considerada insuficiente ou mesmo ultrapassada devido à enorme dimensão e diversidade que tem alcançado este ramo comum da Filosofia e da Matemática, ela pode servir como uma primeira aproximação para o conteúdo da Lógica. O sucesso dessa ciência, também conhecida como Lógica Matemática, não se deve apenas ao fato de seus princípios fundamentais constituírem a base da Matemática. Sua relevância é evidenciada principalmente por ter seus padrões de análise e crítica aplicáveis a qualquer área de estudo em que a inferência e o argumento sejam necessários, ou seja, a qualquer campo em que as conclusões devam basear-se em provas. A Lógica é útil a qualquer área que exija raciocínios elaborados, bem como em casos práticos do nosso dia a dia. O conhecimento básico de Lógica é indispensável, por exemplo, para estudantes de Matemática, Filosofia, Ciências, Línguas ou Direito. Seu aprendizado auxilia os estudantes no raciocínio, na compreensão de conceitos básicos e na verificação formal de provas, preparando para o entendimento dos conteúdos de tópicos mais avançados. A Lógica Matemática tem hoje aplicações concretas extremamente relevantes em diversos domínios. Uma aplicação notadamente importante da Lógica na vida moderna é seu uso como fundamentação para a Computação e, em especial, para a Inteligência Artificial. A Lógica é utilizada no planejamento dos modernos 5 computadores eletrônicos e é por meio dela que se justifica a “inteligência” dos computadores atuais. A Lógica tem sido tradicionalmente apresentada de forma abstrata, sem exemplos concretos ligados a temas matemáticos específicos. Mais particularmente para o ensino básico, devemos destacar um componente bastante prático e pouco explorado da Lógica Matemática apontado por Druck (1990, p. 10, apud CUNHA, 2008, p.10): [...] o desenvolvimento da capacidade de usar e entender um discurso correto, identificando construções falaciosas, ou seja, incorretas, mas com a aparência de correção lógica. [...] a capacidade de argumentar e compreender argumentos, bem como a capacidade de criticar argumentações ou textos. Assim, fica evidenciado que uma das principais funções da Lógica Matemática é servir de fundamento ao raciocínio matemático, evitando ambiguidades e contradições por possibilitar determinar, com absoluta precisão e rigor, quando um raciocínio matemático é válido e quando ele não o é, ou seja, ela fornece técnicas adequadas para a análise de argumentos. Nesse contexto, estão pressupostas tanto a ideia de provas ou demonstrações, essencial para a sua formação como professor de Matemática – como a noção que permite compreender e resolver problemas, que de outra forma seriam intratáveis. Do que expomos até aqui, queremos destacar o papel especial da Lógica como ferramenta para nos apropriar de objetos matemáticos (definições, representações, teoremas e demonstrações) bem como um poderoso recurso na organização do pensamento humano. Após essa introdução, faremos um breve relato da história da Lógica, destacando as contribuições recebidas, os avanços alcançados e as principais ramificações dessa ciência. 3 AS ORIGENS DA LÓGICA Pode-se pensar porque razão um assunto cujo desenvolvimento terminou praticamente por volta de 1400, é ainda relevante num moderno trabalho sobre Lógica. A verdade é que o ramo da Lógica a que se costuma chamar Silogística, pela primeira vez tratada na Grécia antiga, em particular por Aristóteles (384-322 a. C.) num trabalho conhecido hoje como ”Prior Analytics”, mas que atingiu a sua forma 6 mais evoluída depois da morte de Aristóteles, utiliza a maior parte das ideias gerais significativas da Lógica tais como argumento, validade, inferência, etc. e que continuam hoje a ter o mesmo significado. De fato, é com Aristóteles que se dá o verdadeiro nascimento da Lógica. Ele redigiu uma série detrabalhos que posteriormente foram agrupados numa obra chamada ”Organon”, nomeadamente o tratado das Categorias, dos Tópicos, da Introdução, os Primeiros e Segundos Analíticos. Neles, Aristóteles concebia que a Lógica devia fornecer os instrumentos mentais necessários para se poder enfrentar qualquer tipo de investigação. Aristóteles construiu uma sofisticada teoria de argumentos, cujo núcleo principal é a caracterização e a análise dos silogismos, que podem ser considerados os raciocínios típicos do filósofo. O tão conhecido argumento: Todo o homem é mortal, Sócrates é homem, logo Sócrates é mortal é um exemplo típico do silogismo. Aristóteles desenvolveu minuciosamente os silogismos, nos Primeiros Analíticos, apresentando os princípios que sustentam os silogismos e as regras que lhes devem moldar a sua construção. Entre as características mais importantes da silogística aristotélica está a introdução, pela primeira vez, na história da Lógica, de letras que podem ser usadas para uma expressão substantiva qualquer, e que se mostrou ser fundamental para estudos posteriores, bem como uma das primeiras tentativas para estabelecer um rigor nas demonstrações matemáticas. Assim quando se faz referência a Viéte (1540-1603), como o primeiro matemático a usar letras como símbolos em Álgebra, não ´ devemos esquecer a escola de Aristóteles, pois afinal essa ideia, embora não dirigida propriamente á Álgebra, foi basicamente e genericamente uma ideia de Aristóteles. Era evidente que Aristóteles tinha um objetivo eminentemente metodológico, ao tentar mostrar os passos necessários para a investigação, o conhecimento e a demonstração científica. O método científico por ele preconizado assentava nas seguintes fases: 1. Observação de fenômenos particulares; 2. Intuição dos princípios gerais (universais) a que os mesmos obedecem; 3. Dedução a partir deles das causas dos fenômenos particulares. Para Aristóteles se estes princípios gerais fossem bem formulados, e as suas consequências bem deduzidas, as explicações só poderiam ser verdadeiras. 7 No entanto, a Lógica Aristotélica tinha enormes limitações que se vieram a revelar mais tarde obstáculos para o avanço da ciência. Pois por um lado assentava no uso da linguagem natural, e por outro lado, os seus seguidores acabaram por reduzir a Lógica ao silogismo. 3.1 O Método Axiomático Desde o célebre tratado “ELEMENTOS” de Euclides (330- 277 a.C.) que se aceitava o método dedutivo como principal método de demonstração em Matemática. Considerando, como fez Euclides, axiomas as proposições imediatamente evidentes, postulados os princípios aceitáveis por convenção e por necessidade, e teoremas as proposições não imediatamente evidentes, mas que se podiam deduzir dos axiomas e postulados, construiu-se um processo que parecia logicamente correto, conduzindo a soluções demonstráveis. A axiomática de Euclides foi talvez um dos mais brilhantes sucessos da ciência clássica grega e dominou o pensamento humano durante vários séculos. A Geometria ainda hoje muito bem chamada de Euclidiana foi o ramo da Matemática que mais progrediu, tendo sido considerada um exemplo para as outras ciências. Parece não haver dúvidas que a Geometria teve o seu início com o desenvolvimento das regras de medição, particularmente de terrenos. E deve ter sido no antigo Egito que a necessidade de estabelecer fronteiras convenientes entre terrenos agrícolas junto ao rio Nilo levou à consideração de estudos geométricos bem desenvolvidos que passaram posteriormente para os geômetras gregos como Eudoxus, e outros membros da escola pitagórica que se habituaram a obter resultados geométricos válidos a partir de outros resultados já conhecidos. O que parece distinguir o trabalho de Euclides e torná-lo único é o fato dele ter mostrado que um grande número de verdades geométricas poderia ser obtido a partir de um pequeno número de outras verdades que constituíam um sistema global único. Existe ainda mais uma diferença essencial entre a Geometria dos Egípcios e a Geometria de Euclides. Enquanto os Egípcios falam de terra, Euclides fala de objetos a uma ou duas dimensões que podem ser encontrados na Terra. Mais ainda, pela primeira vez o caráter abstrato das definições geométricas, em que, por 8 exemplo, uma reta não é um simples “traço” desenhado, é pela primeira vez posto em evidência, baseada talvez num certo misticismo matemático típico da filosofia pitagórica e que culminou com a teoria platônica das formas. Não sabemos com certeza se Euclides foi um Platonista, mas provavelmente os seus contemporâneos que estudaram com ele eram Platônicos e daí as noções abstratas de ponto, reta e plano. Mas afinal o que estava em causa, em termos modernos, era o método axiomático, segundo o qual uma teoria é dedutivamente ordenada em axiomas e teoremas, segundo regras de inferência. O resultado de formalizar e axiomatizar uma teoria científica é uma teoria formal ou sistema formal ou axiomático. Pode-se considerar que todo o sistema axiomático deve constar de quatro ingredientes: 1. Alfabeto que é uma tabela de símbolos primitivos; 2. Conjunto de regras de formação de fórmulas. 3. Lista de axiomas e postulados que são afinal as fórmulas primitivas do sistema. 4. Conjunto de regras de inferência que permitem efetuar a dedução do resultado pretendido. Os dois primeiros ingredientes constituem a linguagem ou gramática e os outros dois a lógica do sistema. Ao conceito de regra de inferência junta-se o de consequência imediata ou direta. A regra de inferência estabelece que uma fórmula chamada conclusão, pode ser inferida de outra ou outras chamadas premissas. Uma demonstração ou prova é assim, neste contexto, uma sequência finita de fórmulas tais que cada uma delas ou é um axioma ou é uma consequência imediata de alguma ou alguns precedentes (precedente na sequência do raciocínio) em virtude de uma regra de inferência. A fórmula final de demonstração é um teorema ou fórmula derivada. Uma vez elaborado o sistema formal na sua dimensão sintática, o sistema deverá ser interpretado, isto é, colocado em relação com o conjunto dos objetos que fazem parte da teoria científica que se pretende formalizar e tal será a dimensão semântica do sistema formal. 9 4 A LÓGICA MATEMÁTICA Fonte: desafio-de-logica-e-raciocinio Para compreendermos bem as definições, os lemas e os teoremas que constituem as teorias matemáticas, é imprescindível que utilizemos uma linguagem mais precisa e rigorosa do que a que usamos na vida corrente. A aquisição desse hábito pode ser bastante facilitada com algumas noções e símbolos da Lógica Matemática. Na Matemática, ou em qualquer campo científico, estamos interessados em saber quando uma afirmação (ou proposição) é verdadeira ou não em um determinado contexto. A linguagem usada na Matemática compreende designações (também chamados nomes ou termos) e proposições (ou frases). As designações servem para definir ou denominar determinados objetos matemáticos, como ponto, reta, plano, funções, figuras geométricas, equações, entre outros. Já as proposições exprimem afirmações que podem ser verdadeiras ou falsas. Exemplos: 1. Existem sacis ou não existem sacis. 2. O número de alunos é divisível por 3. 3. Todos os alunos de Matemática são malucos e alguns alunos de Matemática não são malucos. Não é necessário muito esforço, nem uma teoria especial para afirmarmos que a alternativa 1 é verdadeira, a 2 pode ser verdadeira ou não, e 3 é falsa, pois enseja uma contradição. 10 É óbvio que dentro da linguagem poética são permitidos certos “desvios” ou sem sentido, a chamada licença poética. Mas, dentro da Matemática, por empregarmos linguagem objetiva (e não a subjetiva, como na Literatura), precisamos adotar um formalismo e uma precisãoao escrevermos. Assim, evitaremos que a teoria incorra em contradições, pois, historicamente, foi isso o que ocorreu. A teoria desenvolvendo-se sem muita preocupação formal, até que surgiram alguns paradoxos, o que trouxe certa crise à Matemática. A partir da necessidade de se estabelecer o que é verdadeiro ou não, de forma a evitar contradições, surgiu um conjunto de axiomas, isto é, princípios evidentes que dispensam demonstração, bem como um conjunto de regras que nos permitem deduzir verdades (como teoremas, lemas) das nossas hipóteses originais. Não buscamos a verdade absoluta, isto é, a verdade universal, do ponto de vista platônico, que se aplicaria a todo contexto. Isso não existe em nenhuma ciência, nem na Física, Biologia, Química, Psicologia e, muito menos, na Matemática. O que buscamos são paradigmas, isto é, modelos que expliquem razoavelmente os fatos estudados por nós. Um fato pode ser explicado satisfatoriamente à luz de determinada teoria, que pode ser inconsistente para a explicação de outros fatos. Podemos citar como exemplo as leis de Newton, que servem perfeitamente para explicar um choque entre dois veículos em uma estrada, mas se mostram insuficientes para explicar o choque entre partículas subatômicas. 5 PROPOSIÇÕES Uma proposição é definida como um conjunto de palavras ou símbolos que exprimem um pensamento de sentido completo. Em outras palavras, podemos dizer que proposições afirmam fatos ou exprimem juízos que formamos de determinadas entidades (ALENCAR FILHO, 2002, apud LEVADA, 2011, p. 13). Alguns exemplos de proposições são: 𝑡𝑔 ( 𝜋 4 ) = 1 √3 < 𝜋 O Brasil situa-se na América do Sul 11 Dizemos que uma proposição tem valor lógico verdade (V) se ela é verdadeira; analogamente, ela tem valor lógico falsidade (F) se ela é falsa. Considere as seguintes proposições: 1. p: a Argentina fica na África 2. q: o Brasil situa-se no hemisfério Sul O valor lógico da primeira proposição é F, enquanto o da segunda proposição é V, ou seja, V(p) = F e V(q) = V. Proposições podem ser classificadas como simples ou compostas. Uma proposição é dita simples (ou atômica) se não contém nenhuma outra proposição como parte integrante de si mesma. Proposições simples são geralmente representadas por letras minúsculas. Alguns exemplos de proposições simples são: p: Carlos é careca q: Paula é estudante r: o número 36 é um quadrado perfeito Uma proposição é dita composta (fórmula proposicional) se é formada por duas ou mais proposições. Representaremos proposições compostas por letras maiúsculas. A seguir, temos alguns exemplos de proposições compostas: P: Carlos é careca e Paula é estudante Q: Rafael dirige carros ou motos R: se um jogador de futebol recebe 2 cartões amarelos em um jogo, então deve ser expulso. 6 OPERAÇÕES LÓGICAS SOBRE PROPOSIÇÕES Ao raciocinarmos, sem perceber, efetuamos diversas operações lógicas sobre proposições. Elas obedecem a regras de um cálculo, denominado cálculo proposicional, semelhante ao da aritmética sobre os números. 12 6.1 Negação Chamamos de negação de uma proposição p a proposição denotada por “não p”, que resulta em valor lógico V quando p é falsa e F quando p é verdadeira, de modo que “não p” tem o valor lógico oposto daquele de p. A negação de p é denotada por ¬p (ou alternativamente ~ p), sendo lida como: “não p”. O valor lógico da operação de negação de uma proposição p é definido pela seguinte tabela- verdade: p ¬p V F F V Note ⌐ que é um operador unário pois atua sobre uma única proposição simples. Exemplos: p : a Terra é um planeta do sistema solar ¬p : a Terra não é um planeta do sistema solar V(p) = ¬(V(¬p)), ou seja, V = ¬F q : 1 + 1 = 2 ¬q : 1 + 1 6= 2 V(q) = ¬(V(¬q)), ou seja, V = ¬F 6.2 Conjunção A conjunção de duas proposições p e q é a proposição “p e q”, que representaremos por “p ∧ q”, cujo valor lógico será a verdade (V) se ambas as proposições p e q forem verdadeiras e será a falsidade (F) nos outros casos. A tabela-verdade de p ∧ q é: p q p ∧ q 13 V V V V F F F V F F F F Considerando as igualdades: V ∧ V = V, V ∧ F = F, F ∧ V = F, F ∧ F = F, temos V(p ∧ q) = V(p) ∧ V(q). Exemplo: p: 2 é par q: 2 < 3 p ∧ q: 2 é par e 2 < 3 Temos: V(p) = V e V(q) = V. Logo, V(p ∧ q) = V(p) ∧ V(q) = V ∧ V = V. 6.3 Disjunção Chamamos de disjunção de duas proposições p e q a proposição resultante da operação p ⋁ q, cujo valor lógico é V quando uma das proposições é verdadeira e F apenas quando ambas são falsas. A expressão p ⋁ q é lida como “p ou q”. A tabela-verdade para o operador binário disjunção (note que ⋁ atua sobre dois argumentos) é dada por: p q p ⋁ q V V V V F V F V V F F F Exemplo: r : Albert Einstein foi um bombeiro s : Albert Einstein nasceu no Brasil r ⋁ s: Albert Einstein foi bombeiro ou nasceu no Brasil V(r ⋁ s) = V(r) ⋁ V(s) = F ⋁ F = F 14 6.4 Disjunção exclusiva Chamamos de disjunção exclusiva de duas proposições p e q a proposição resultante da operação p ⊻ q, cujo valor lógico é V somente quando V(p) ≠ V(q) e F quando V(p) = V(q), ou seja, quando são ambas falsas ou ambas verdadeiras. A expressão p ⊻ q é lida como “p ou q, mas não ambas”, “p ou exclusivo q”, ou ainda “ou p, ou q”. A tabela-verdade para o operador binário disjunção exclusiva é dada por: P q p ⊻ q V V F V F V F V V F F F Em algumas proposições compostas, somente uma de suas componentes pode ser verdadeira, pois são mutuamente exclusivas. Por exemplo, se alguém nasce em um estado, não pode ter nascido em outro. Exemplo: p : Antônio é paulista (V) q : Antônio é mineiro p _ q : ou Antônio é paulista ou é mineiro V(p ⊻ q) = V(p) ⊻ V(q) = V ⊻ F = V 6.5 Condicional A condicional de duas proposições p e q é a proposição “se p, então q”, que representaremos por “p → q”, cujo valor lógico é a falsidade (F) quando p for verdadeira e q for falsa e será a verdade (V) nos demais casos. A tabela-verdade de p → q é: P q p → q 15 V V V V F F F V V F F V Considerando as igualdades: V → V = V, V → F = F, F → V = V, F → F = V, temos V(p → q) = V(p) → V(q). Vejamos alguns exemplos. Você deverá ficar bem atento ao caso em que a proposição condicional é falsa. Guarde bem esse caso, pois será de grande importância quando formos deduzir o valor lógico de proposições condicionais a partir dos valores lógicos das suas proposições componentes. Além de “se p, então q”, há outras maneiras de se ler a condicional “p → q”, a saber: 1. “p é condição suficiente para q” 2. “q é condição necessária para p” Exemplo: p: Euler morreu cego q: Pitágoras era filósofo p → q: Se Euler morreu cego, então Pitágoras era filósofo Temos: V(p) = V e V(q) = V. Logo, V(p → q) = V(p) → V(q) = V → V = V. Uma proposição condicional “p → q” não afirma que a proposição consequente q é deduzida da proposição antecedente p. Portanto, quando se diz, por exemplo: 2 é um número par → os patos nadam Não se quer dizer, de modo algum, que o fato de patos nadarem é uma consequência do número 2 ser par. Ela afirma unicamente uma relação entre os valores lógicos de p e de q, conforme a tabela-verdade vista anteriormente. 16 6.6 Bicondicional Chamamos de bicondicional toda proposição que é definida da forma “p, se e somente se q”, representada por p ↔ q, e cujo valor lógico é V quando V(p) = V(q) e F quando V(p) ≠ V(q). Em outras palavras, o operador bicondicional nada mais é que a dupla aplicação do operador condicional, ou seja, o resultado de uma bicondicional é V apenas quando p → q e q → p são ambas verdadeiras. A tabela-verdade para o operador binário bicondicional é dada por: p q p ↔ q V V V V F F F V F F F V Exemplo: p : um triângulotem 3 lados q : um quadrado tem 4 lados p ↔ q : um triângulo tem 3 lados se e somente se um quadrado tem 4 lados V(p ↔ q) = V(p) ↔ V(q) = V ↔ V = V Da mesma forma que a condicional, não podemos dizer que p é consequência de q ou vice-versa. Trata-se apenas de um conectivo lógico. 7 SENTENÇAS Expressões de um pensamento completo são compostas por um sujeito (algo que se declara) e por um predicado (aquilo que se declara sobre o sujeito). Vejamos alguns exemplos do que vem a ser uma sentença. a) O mundo precisa de paz. b) Que dia você contribuirá com seus conhecimentos para ajudar o próximo? c) Que matéria mais agradável! 17 d) Faça com os outros aquilo que gostaria que fizessem com você, seja caridoso. 7.1 Classificação de Sentenças Sentenças Abertas: São aquelas que não podemos determinar o sujeito da sentença. Uma forma mais simples de identificar uma sentença aberta é quando a mesma não pode ser nem V (verdadeiro) nem F (falso). Na lógica bivalente, que é o nosso caso, os pensamentos devem ser interpretados de 02 (duas) formas, ou seja, podem ser valorados como (VERDADEIRO) ou (FALSO), conforme os Princípios Fundamentais da Lógica Proposicional. Exemplo: Ela foi à mulher que demonstrou maior dedicação àquela família. Há expressões às quais não se pode atribuir um valor lógico V ou F, observe atentamente os exemplos abaixo e as considerações realizadas: a) “Aquele é juiz do TRT da 1.ª Região”, (Quem é ele?) b) “x + 5 = 10”. (Quem é o x? É número? É objeto? O que é?) c) “ {x R/ x > 2}”.( Qual o valor de x?) d) Que prova mais difícil! (FRASE EXCLAMATIVA) Obs.: Frases exclamativas são consideradas como sentenças abertas, pois expressam pensamentos subjetivos, aos quais não temos uma interpretação formal. 18 8 TAUTOLOGIAS, CONTRADIÇÕES E CONTINGÊNCIAS Fonte: tradurre-un-video-dallinglese-o-da-unaltra-lingua-allitaliano-a-quali-problemi-vai-incontro 8.1 Tautologias A palavra tautologia tem origens no idioma grego Tautó (o mesmo) mais logos (assunto), ou seja, a tautologia ocorre quando a mesma coisa é falada com utilização de diferentes termos. O assunto está presente em diversos campos de estudo: na filosofia e até mesmo na lógica. Porém, as dúvidas mais frequentes sobre o tema são relacionadas à linguagem. A tautologia, também conhecida como pleonasmo (repetição) ou redundância é um vício frequente. Chamamos de tautologia toda proposição composta cuja última coluna da tabela-verdade é inteiramente composta por valores lógicos V. Em outras palavras, é uma proposição cujo valor lógico é sempre verdade, ou seja, ela é sempre verdadeira independentemente dos valores de suas proposições atômicas. Dois exemplos interessantes de tautologia são os princípios fundamentais da lógica matemática. O princípio da não contradição nos diz que uma proposição não pode ser verdadeira e falsa ao mesmo tempo. Para verificar tal fato, basta construirmos a tabela-verdade da proposição composta P = ¬ (p ∧¬ p). 19 Note que P é sempre verdadeira, independentemente do valor de p. p ¬ p p ∧ ¬ p ¬ (p ∧ ¬ p) V F F V F V F V Da mesma forma, o princípio do terceiro excluído também é uma tautologia. Basta verificar a tabela-verdade da proposição P = p ⋁ ¬ p. Exemplo: Mostre que a proposição P = p ⋁ ¬ (p ∧ q) é uma tautologia. Solução: Construindo a tabela-verdade de P, observamos que P é sempre verdadeira, o que significa que a proposição é uma tautologia. p q p ∧ q ¬ (p ∧ q) p ⋁ ¬ (p ∧ q) V V V F V V F F V V F V F V V F F F V V 8.2 Contradição O conceito de contradição é dual ao de tautologia. Chamamos de contradição toda proposição composta cuja última coluna da tabela-verdade é inteiramente composta por valores lógicos F. Em outras palavras, é uma proposição que é sempre falsa, independentemente dos valores de suas proposições atômicas. A definição a seguir relaciona os conceitos de tautologia e contradição. Definição: seja P uma proposição. Então, P é uma tautologia se e somente se ¬P é uma contradição. O que essa definição nos diz é algo bastante intuitivo. Em outras palavras, a negação de uma tautologia é sempre uma contradição e a negação de uma contradição é sempre uma tautologia. Veremos a seguir uma série de exemplos de contradições. 20 Exemplo: mostre que a proposição P = (p ∧¬p) é uma contradição. Solução: Construindo a tabela-verdade de P, verificamos que a última coluna é composta apenas de elementos F, mostrando que P é sempre falsa. p ¬p (p ∧¬ p) V F F F V F Esse resultado nos diz que uma proposição jamais pode ser simultaneamente verdadeira e falsa. 8.3 Contingência Uma contingência é uma proposição composta em cuja tabela-verdade ocorrem, na última coluna, os valores lógicos V (verdade) e F (falsidade). Uma contingência é também chamada proposição contingente ou proposição indeterminada. Vejamos o exemplo abaixo para termos uma ideia clara da definição de contingência. Exemplo: A proposição p ⋁ q → p ∧ q é uma contingência, conforme pode ser visto por sua tabela-verdade: p q p ⋁ q p ∧ q p ⋁ q → p ∧ q V V V V V V F V F F F V V F F F F F F V Perceba que a última coluna da tabela-verdade de p ⋁ q → p ∧ q apresenta ambos os valores lógicos V (verdade) e F (falsidade). 21 9 TEORIA DOS CONJUNTOS Fonte: https://fireflycomms.de/wecke-die-kreativitaet-dir/ Primeiramente, é importante que saibamos que “Teoria de Conjuntos” traz uma interpretação concreta dos fundamentos utilizados na lógica proposicional. É importante ressaltar que é um conteúdo constante nas últimas provas de concursos públicos. O que é um conjunto? Pois bem, nada mais é que uma coleção de objetos ou elementos que possuem características comuns. Um conjunto fica caracterizado por uma regra quando se permite decidir se um elemento pertence ou não ao conjunto. Assim, se chamarmos por H o conjunto dos seres humanos, podemos dizer, por exemplo, que José é um elemento de H, bem como o uma Orquídea não é elemento de H. Na linguagem de conjuntos, tais considerações serão simbolizadas (escritas) da seguinte forma: José ∈ H (lê-se: José é um elemento do conjunto H) Orquídea ∉ H (lê-se: Orquídea não é elemento do conjunto H) Como em toda ciência, é importante a questão da linguagem, ou seja, sua escrita, isto para que se evite interpretações errôneas. Dessa forma, vamos ressaltar 2 (duas) relações essenciais que serão fundamentais para as futuras operações com conjuntos: 22 Relação de pertinência: essa primeira consiste em relacionar um elemento a um determinado conjunto. Se por acaso queremos relacionar um elemento “t” a um conjunto “T”, a relação deverá ser: O elemento “t” pertence a T (t ∈ T) ou O elemento t não pertence a T (t ∉ T). É importante ressaltar que os conjuntos são representados por letra maiúsculas e os elementos por letras minúsculas. Há vários modos para descrever um conjunto, os mais comuns nas provas de concursos públicos são: A = {a; a é um algarismo arábico}, que se lê “A é o conjunto do elemento “a” tal que “a” é um algarismo arábico. ” Outra maneira para definir conjunto consiste em escrever uma lista dos seus elementos entre chaves. Desse modo, representaríamos o conjunto A da seguinte forma: A = {1,2, 3,4,5,6, 7, 8, 9, 10...} Um conjunto poderá ser representado por diagramas (o mais utilizado nas resoluções de questões) da seguinte forma: Para dar a descrição completa de um conjunto, nem sempre é preciso incluir todos os elementos na lista. Por exemplo, o conjunto dos algarismos poderia ser indicado da seguinte forma: A = {0, 1, 2, 3,..., 8} Nem sempre é possível descrever um conjunto relacionando todos os seus elementos, como é o caso do conjunto A formado pelos números naturais. Entretanto,A pode ser descrito por uma lista parcial, ou seja, 23 A = {1, 2, 3, 4, 5, 6,...} Relação de inclusão: relação existente entre conjunto e subconjunto ou subconjunto e conjunto. Caso se queira relacionar um subconjunto A a um conjunto B, a relação deverá ser: A ⊃ B (A contém B) e B ⊂ A (B está contido em A) Exemplo: no diagrama a seguir temos que A contém o conjunto B. Logo, A é um conjunto e B é um subconjunto. Número de Subconjuntos Exemplo de número de subconjuntos de um conjunto: A = {a, b} = {a}, {b}, {a, b}, ∅; temos neste caso 4 subconjuntos de um conjunto A com 2 elementos. 9.1 Operações com Conjuntos União ou Reunião Consideremos os dois conjuntos: A = {1,2,3,4,5} e B = {4,5,6,7,8} Podemos pensar em um novo conjunto C, constituído por aqueles elementos que pertencem a A ou que pertencem a B. No exemplo em questão, esse novo conjunto é: C = {1,2,3,4,5,6,7,8} O conjunto C foi formado a partir dos conjuntos A e B, em que os elementos repetidos (os que estão em A e em B) foram escritos apenas uma vez, e dizemos que se trata da reunião (ou união) do conjunto A com o conjunto B. A reunião (ou 24 união) de A e de B (ou de A com B) é usualmente representada por A ∪ B. Com esta notação tem-se: C: A ∪ B = {1,2,3,4,5,6,7,8} Podemos, desta forma, expressar o seguinte conceito: dados dois conjuntos quaisquer, A e B, chama-se união ou reunião de A e B o conjunto formado pelos elementos que pertencem a pelo menos um desses conjuntos (podendo, evidentemente, pertencer aos dois), isto é, o conjunto formado pelos elementos que pertencem a A ou a B. Em muitas provas de concursos, os conceitos são expressos em símbolos, logo é importante interpretá-los. A ∪ B = {X ∈ U | X ∈ A ou X ∈ B} A definição acima nos diz que se um elemento x pertencer a A ∪ B, é equivalente dizer que uma das proposições “x pertence A” ou “x pertence a B” é verdadeira. Desse fato, decorre que: A ⊂ A ∪ B (o conjunto A está contido na união de A com B) e B ⊂ A ∪ B ( o conjunto B está contido na união de A com B) Exemplos: {x; y} ∪ {z; w} = {x; y; z; w} {n, e, w, t, o, n} ∪ {h, o, r, t, a} = {a, e, h, n, o, r, t, w} Interseção Identificaremos uma interseção entre dois conjuntos quando tivermos os termos “e”, “simultaneamente” e “ao mesmo tempo”. Seja A o conjunto dos eleitores que votaram em Josimar para Presidente e B o conjunto dos eleitores que votaram em Enny Giuliana para Governadora do DF, no primeiro turno das eleições de 2018. É certo supor que houve eleitores que votaram simultaneamente nos dois candidatos no primeiro turno. Assim, somos levados a definir um novo conjunto, cujos elementos são aqueles que pertencem ao conjunto A e ao conjunto B. Esse novo conjunto nos leva à seguinte definição geral: Sejam A e B dois conjuntos quaisquer, chamaremos intersecção de A e de B (ou de A com B) a um novo conjunto, assim definido: 25 A ∩ B = {X ∈ U| X ∈ A e X ∈ B} Exemplos: {1, 2} ∩ {3, 4} = Ø {n, e, w, t, o, n} ∩ {h, o, r, t, a} = {o, t} Da definição de intersecção resulta que: (∀X ∈ U) X ∈ A ∩ B ⇒ X ∈ A (∀X ∈ U) X ∈ A ∩ B ⇒ X ∈ B Os fatos nos dizem que A intersecção B é um subconjunto de A e de B, ou seja: A ∩ B ⊂ A A ∩ B ⊂ B Propriedades da Intersecção Sejam A, B e C três conjuntos quaisquer. Então são verdadeiras as seguintes propriedades: 1) Idempotência: A ∩ A = A 2) Comutativa: A ∩ B = B ∩ A 3) Elemento neutro: o conjunto universo U é o elemento neutro da intersecção de conjuntos: A ∩ U = A 4) Associativa: A ∩ (B ∩ C) = (A ∩ B) ∩ C Quando dois conjuntos quaisquer A e B não têm elemento comum, dizemos que A e B são conjuntos disjuntos. Em outras palavras, dois conjuntos são disjuntos quando a intersecção entre eles é igual ao conjunto vazio. Propriedades da União e Intersecção Sejam A, B e C três conjuntos quaisquer, então valem as seguintes propriedades que inter-relacionam a união e intersecção de conjuntos: 1) A ∪ (A ∩ B) = A 2) A ∩ (A ∪ B) = A 3) A ∪ (B ∩ C) = (A ∪ B) ∩ (A ∪ C) 4) A ∩ (B U C) = (A ∩ B) ∪ (A ∩ C) 26 Diferença Identificaremos uma diferença entre dois conjuntos quando tivermos os termos “apenas”, “somente” e “exclusivamente”, ligados ao conjunto. Seja A o conjunto dos eleitores que votaram em Josimar para Presidente e B o conjunto dos eleitores que votaram em Enny Giuliana para Governadora do DF, no primeiro turno das eleições de 2008. É certo pensar que teve eleitores que votaram em Josimar, mas não votaram em Enny Giuliana. Isto nos leva ao conjunto dos elementos que pertencem a A que não são elementos que pertencem a B. Sejam A e B dois conjuntos quaisquer, chamaremos a diferença entre A e B o conjunto dos elementos de A que não pertencem a B. A – B = {X ∈ U | X ∈ A e X ∉ B} Exemplos: {a, b, c} – {a, c, d, e, f} = {b} {a, b} – {e, f, g, h, i} = {a, b} {a, b} – {a, b, c, d, e} = Ø Temos, a seguir, uma interpretação concreta por meio do diagrama de Euler- -Venn em que a diferença corresponde à parte branca de A. Complementar de B em A Dados os conjuntos A e B quaisquer, com B contido em A, chama-se complementar de B em relação a A o conjunto A – B, e indicamos como: 27 Exemplos: A = {a, b, c, d, e, f} e B = {a, b}. Complementar: A – B = {c, d, e, f} A = B = {1}. Complementar: A – B = Ø Verificamos que no diagrama exposto temos o conjunto B em relação a A definido como: (B está contido em A). 28 10 CONSEQUÊNCIA E EQUIVALÊNCIA LÓGICAS Fonte: https://pixabay.com Em termos práticos, o problema de determinar se uma proposição é consequência lógica de um dado conjunto de proposições consiste em, dado um conjunto de proposições Φ (que pode conter somente uma proposição), em geral denominado de conjunto de premissas, determinar se uma dada proposição P é consequência lógica de tais proposições, ou seja, determinar se a proposição P é verdade sempre que as proposições pertencentes a Φ forem verdadeiras. Já o problema de determinar se duas proposições são equivalentes consiste em determinar se duas ou mais proposições são “idênticas”, condição que ocorre quando suas tabelas-verdade são exatamente iguais. Esses dois conceitos são fundamentais dentro do cálculo proposicional, pois são a base para a definição das regras de inferência. Definição: dadas as proposições P1, P2, . . . , Pn, dizemos que Q é consequência lógica de P1, P2, . . . , Pn se e somente se a seguinte regra sempre for válida: se P1, P2, . . . , Pn forem todas simultaneamente verdadeiras, ou seja, V(P1) = V(P2) = · · · = V(Pn) = V, então, Q também é verdade, ou seja, V(Q) = V. Se Q é consequência lógica de P1, P2, . . . , Pn, utilizaremos a seguinte notação: 29 P1, P2, . . . , Pn |= Q Vejamos um primeiro exemplo bastante simples que ilustra o conceito. Exemplo: verifique que p ∨ q é consequência lógica de p. Solução: O primeiro passo consiste na construção das tabelas-verdade das proposições envolvidas, neste caso, p e (p ∨ q). p q p ∨ q V V V ← ← V F V F V V F F F O próximo passo consiste em observar as colunas de p e p ∨ q. Note que p ∨ q tem valor lógico V sempre que p é verdade, o que significa que podemos escrever p |= p ∨ q, ou seja, p ∨ q é consequência lógica de p. Note, entretanto, que não podemos dizer que p é consequência lógica de p ∨ q, uma vez que, como indica a terceira linha da tabela acima, existe uma situação em que p ∨ q assume valor lógico V e p assume valor lógico F. O exemplo a seguir, de Nicoletti (2009), ilustra o caso no qual desejamos verificar se uma proposição é consequência lógica de um conjunto de proposições dadas. Teorema: dadas as proposições P1, P2, . . . , Pn, a proposição Q é consequência lógica de P1, P2, . . . , Pn, se e somente se (P1 ∧ P2 ∧ · · · ∧ Pn) →Q for uma tautologia. Exemplo: considere as proposições P = (p → q), Q = (q → r) e R = (p → r). Verifique se P, Q |= R. Solução: Utilizando o resultado do Teorema acima, podemos verificar que P, Q |= R mostrando que S = (P ∧Q) → R, ou ainda, S = ((p → q)∧(q → r)) → (p → r) é uma tautologia. Para isso, procedemos com a construção da respectiva tabela- verdade. p q r (p → q) (q → r) (p → q) ∧ (q → r) (p → r) S V V V V V V V V V V F V F F F V 30 V F V F V F V V F F F F V F F V F V V V V V V V F V F V F F V V F F V V V V V V F F F V V V V V Observando a tabela-verdade acima percebe-se claramente que S = ((p → q) ∧ (q → r)) → (p → r) é uma tautologia. Portanto, isto significa que R é consequência lógica de P e Q, ou seja, P, Q |= R. A consequência lógica ((p → q) ∧ (q → r)) → (p → r) é uma das regras de inferência que iremos estudar nas próximas unidades, sendo conhecida como regra do Silogismo Hipotético, pois ela nos permite concluir (p → r) a partir de (p → q) e (q → r). 10.1 Equivalência lógica Uma proposição P é logicamente equivalente a uma proposição Q, o que é representado como P ≡ Q, se é somente se P for consequência lógica de Q e Q for consequência lógica de P, ou seja, se e somente se P |= Q e Q |= P. Assim, todos os resultados que foram apresentados na seção anterior podem ser utilizados aqui. Dessa forma, considerando o Teorema 3.1, P |= Q se é somente se P → Q for uma tautologia, e Q |= P se e somente se Q → P for uma tautologia. Portanto, duas proposições P e Q são equivalentes, isto é, P ≡ Q, se é somente se P ↔ Q for uma tautologia. Isso equivale a dizer que duas proposições são logicamente equivalentes se é somente se suas tabelas-verdade forem idênticas. Vejamos exemplo a seguir. Exemplo: mostre que (p → q) ≡ (¬p ∨ q). Solução: Para verificar que (p → q) é logicamente equivalente à (¬p ∨ q), basta verificar que a proposição (p → q) ↔ (¬p ∨ q) é uma tautologia, o que em essência é o mesmo que verificar se as tabelas-verdade de (p → q) e (¬p ∨ q) são iguais. p q ¬p (p → q) (¬p ∨ q) (p → q) ↔ (¬p ∨ q) V V F V V V 31 V F F F F V F V V V V V F F V V V V A partir da tabela-verdade a equivalência lógica fica evidenciada, uma vez que a proposição composta (p → q) ↔ (¬p ∨ q) é uma tautologia. Essa equivalência significa que temos uma identidade, ou seja, em qualquer método de dedução, prova ou inferência podemos substituir uma fórmula pela outra, da mesma forma que na matemática podemos substituir a tangente de um ângulo pela razão entre o seno e o cosseno daquele ângulo. Isso nos permite intercambiar de (p → q) para (¬p ∨ q) sempre que precisarmos. Essa é a importância de encontrar equivalências lógicas. 11 UTILIZANDO AS REGRAS DE INFERÊNCIA Em alguns exemplos simples de aplicação das principais regras de inferência listadas na tabela anterior, na dedução de conclusões a partir de premissas dadas. Convém lembrar que tais regras de inferência nada mais são que argumentos válidos notáveis. Regra da adição: dada uma proposição verdadeira qualquer p, podemos deduzir sua disjunção com qualquer outra proposição q, isto é, p ∨ q. Exemplos: a) Suponha a premissa inicial (p ∧ q). Então, aplicando a regra da adição, podemos deduzir, por exemplo, (p ∧ q) ∨ r ou ainda (p ∧ q) ∨ s. b) (x < 0) |= (x < 0)∨(x = 2), pois (x < 0)∨(x = 2) é consequência lógica de (x < 0). c) Um exemplo em linguagem natural: o céu é azul. Logo, o céu é azul ou verde. Regra da simplificação: dada uma conjunção de duas proposições, p∧q, podemos deduzir cada uma das proposições individuais, p ou q. Exemplos: 32 a) Suponha a premissa (p ∨ q) ∧ r. Então, aplicando a regra da simplificação, podemos deduzir tanto (p ∧ q) quanto r. b) (x ∈ A) ∧ (x ∈ B) |= (x ∈ A), pois obviamente (x ∈ A) é consequência lógica de (x ∈ A) ∧ (x ∈ B). c) Um exemplo em linguagem natural: Débora toca piano e violão. Logo, Débora toca piano. Regra da conjunção: permite, a partir de duas proposições dadas p e q (premissas), deduzir sua conjunção, p ∧ q. Exemplos: a) Suponha as premissas (p∨q) e ¬r. Então, aplicando a regra da conjunção, podemos deduzir (p ∨ q) ∧ ¬r. b) (x < 5),(x > 1) |= (x < 5) ∧ (x > 1), uma vez que, trivialmente, (x < 5) ∧ (x > 1) é consequência lógica da conjunção das premissas. c) Um exemplo em linguagem natural é: Rafael estuda. Rafael trabalha. Logo, Rafael estuda e trabalha. Regra da absorção: permite, a partir de uma condicional p → q dada como premissa, deduzir uma outra condicional com o mesmo antecedente p, mas cujo consequente é a conjunção de p com q, isto é, p → (p ∧ q). Exemplos: a) Suponha a premissa (p∨q) → r. Então, aplicando a regra da absorção, podemos deduzir (p ∨ q) → ((p ∨ q) ∧ r). b) (x ∈ A) → (x ∈ A ∪ B) |= (x ∈ A) → (x ∈ A) ∧ (x ∈ A ∪ B), dado que (x ∈ A) → (x ∈ A) ∧ (x ∈ A ∪ B) é consequência lógica de (x ∈ A) → (x ∈ A ∪ B). c) Um exemplo em linguagem natural soa como uma repetição: se eu entro na água, então, eu entro na água e fico molhado Regra modus ponens: esta lei, também conhecida como regra de separação, nos permite deduzir uma conclusão q, a partir das premissas p → q e p. É a regra mais utilizada em inferência lógica. Exemplos: 33 Considere as premissas (p ∧ q) e (p ∧ q) → r. Então, aplicando a regra modus ponens, podemos deduzir r. (x ∈ A ∩ B),((x ∈ A ∩ B) → (x ∈ A)) |= (x ∈ A), ou seja, (x ∈ A) é consequência lógica de (x ∈ A ∩ B) ∧ ((x ∈ A ∩ B) → (x ∈ A)). Um exemplo em linguagem natural é: se chove, faz frio. Chove. Logo, faz frio. Regra modus tollens: permite, a partir da premissa p → q (condicional) e da negação do consequente, ¬q, deduzir a negação do antecedente, ¬p. Exemplos: a) Considere as premissas (q ∧ r) → s e ¬s. Então, podemos deduzir ¬(q ∧ r). b) Sejam as premissas p → ¬q e ¬(¬q). Aplicando modus tollens temos como conclusão a proposição ¬p. c) ((x /∈ A) → (x /∈ A ∩ B)),(x ∈ A ∩ B) |= (x ∈ A), ou seja, (x ∈ A) é consequência lógica de ((x /∈ A) → (x /∈ A ∩ B)) ∧ (x ∈ A ∩ B). Em outras palavras, se x não pertence a A, então, x não pertence à intersecção de A com B. Agora, se é verdade que x pertence à intersecção de A com B, então x pertence à A. d) Um outro exemplo em linguagem natural seria: se chove, então eu não saio de casa. Eu saio de casa. Logo, não chove. Regra do silogismo hipotético: corresponde à propriedade transitiva do conectivo →. Dadas duas condicionais como premissas, p → q e q → r, de modo que o consequente da primeira seja idêntico ao antecedente da segunda, esta regra permite a dedução de uma outra condicional, p → r (conclusão). Devido a essa propriedade esta, lei também é conhecida como regra da cadeia. Exemplos: Considere as premissas ¬p → (q ∨ r) e (q ∨ r) → ¬s. Então, aplicando a regra do silogismo hipotético, podemos concluir ¬p → ¬s. (|x| = 0 → x = 0),(x = 0 → x + 1 = 1) |= (|x| = 0 → x + 1 = 1), ou seja, (|x| = 0 → x + 1 = 1) é consequência lógica de (|x| = 0 → x = 0) ∧ (x = 0 → x + 1 = 1). 34 Outro exemplo em linguagem natural seria: se o sol se põe, então, fica escuro. Se fica escuro, então, as luzes da cidade se acendem. Portanto, se o sol se põe, então, as luzes da cidade se acendem. Regra do silogismo disjuntivo: a partir de uma disjunção p ∨ q, e da negação de uma das proposições, ¬p (ou ¬q), esta regra permite deduzir a outra proposição. Exemplos: Considere as premissas (p ∧ q) ∨ r e (¬r). Então, aplicando a regra do silogismo disjuntivo, podemos deduzir (p ∧ q). (x = 0 ∨ x = 1),(x 6= 1) |= (x = 0), ou seja, (x = 0) é consequência lógica de (x = 0 ∨ x = 1) ∧ (x 6= 1). Outro exemplo em linguagem natural seria: Maria está falando baixo demais ou João tem problemas auditivos. Maria não está falando baixo demais. Portanto, João tem problemas auditivos. Regrado dilema construtivo: a partir de três premissas, sendo duas condicionais com antecedentes e consequentes distintos (p → q, r → s), e a disjunção de seus antecedentes, p ∨ r, esta regra permite concluir a disjunção dos consequentes destas condicionais, q ∨ s. Exemplos: a) Considere as premissas (p ∧ q) → ¬r, s → t e (p ∧ q) ∨ s. Então, aplicando a regra do dilema construtivo, podemos deduzir ¬r ∨ t. b) (x < y → x = 1),(x > y → x = 2),(x < y ∨ x > y) |= (x = 1 ∨ x = 2), ou seja, (x = 1 ∨ x = 2) é consequência lógica de (x < y → x = 1) ∧ (x > y → x = 2) ∧ (x < y ∨ x > y). c) Outro exemplo em linguagem natural seria: se estou com fome, então, como. Se estou com sede, então, bebo água. Estou com fome ou com sede. Logo, como ou bebo. Regra do dilema destrutivo: esta regra é bastante similar à anterior. A partir de três premissas, sendo duas condicionais com antecedentes e consequentes distintos (p → q, r → s), e a disjunção da negação de seus consequentes, ¬q ∨ ¬s, 35 esta regra permite concluir a disjunção da negação dos antecedentes destas condicionais, ¬p ∨ ¬r. Exemplos: a) Considere as premissas ¬q → r, p → ¬s e ¬r ∨ s. Então, aplicando a regra do dilema destrutivo, podemos deduzir q ∨ ¬p. b) (x < 10 → x = 1),(x > 20 → x = 2),(x 6= 1 ∨ x 6= 2) |= (x ≥ 10 ∨ x ≤ 20), ou seja, (x ≥ 10 ∨ x ≤ 20) é consequência lógica de (x < 10 → x = 1) ∧ (x > 20 → x = 2) ∧ (x 6= 1 ∨ x 6= 2). c) Outro exemplo em linguagem natural seria: se há luz do sol, então, é dia. Se chove, então, há nuvens no céu. Não é dia ou não há nuvens no céu. Logo, não há luz do sol ou não chove. Regra de casos: a partir de duas premissas condicionais com mesmo consequente e antecedentes complementares (p → q, ¬p → q), esta regra permite concluir o antecedente comum destas condicionais, q. Exemplos: a) Considere as premissas p → (¬q ∧ r), ¬p → (¬q ∧ r). Então, aplicando a regra de casos, podemos deduzir (¬q ∧ r). b) (x < 10 → y = 1),(x ≥ 10 → y = 1) |= (y = 1), ou seja, (y = 1) é consequência lógica de (x < 10 → y = 1) ∧ (x ≥ 10 → y = 1). c) Outro exemplo em linguagem natural seria: se chove, então, não saio de casa e estudo. Se não chove, então, não saio de casa e estudo. Logo, não saio de casa e estudo 12 LÓGICA DE PREDICADOS Na lógica proposicional, as fórmulas não dependiam da estrutura das proposições, apenas do modo como estas eram combinadas. Considere, por exemplo, a sentença declarativa: “Todo estudante é mais novo do que algum professor.”. Na lógica proposicional, a sentença seria um átomo. No entanto, a abordagem não captura estruturas mais finas da sentença, como “ser estudante”, “ser professor” ou “ser mais jovem do que alguém”. 36 Para capturar essa maior expressividade usamos predicados. O predicado E(Carlos) pode ser usado para denotar que Carlos é um estudante; o predicado P(Ricardo) para denotar que Ricardo é um professor e o predicado J(Carlos,Ricardo) para denotar que Carlos é mais jovem que Ricardo. Os predicados acima estão modificando indivíduos específicos. Isso não ajuda muito na tarefa de descrever a frase que consideramos inicialmente, que fala de alunos e estudantes de uma forma mais geral. Os alunos e professores poderiam ser listados, mas isso também não é prático. Então, usamos o conceito de variável que pode ser substituída por um indivíduo ou objeto qualquer. Usando as variáveis x e y, poderíamos escrever: E(x) : x é um estudante P(y) : y é um professor J(x, y) : x é mais jovem do que y. Ainda não temos uma formalização para os quantificadores “todo” e “algum”. Serão usados os símbolos ∀, que lemos “para todo”; e Ǝ, que lemos “existe” ou “para algum”. Os quantificadores sempre modificam uma variável. Tendo os predicado, os quantificadores e os conectivos já conhecidos da lógica proposicional, a sentença inicial de exemplo poderia ser escrita como: ∀x(E(x) → (Ǝy(P(y) ⋀ J(x, y)))). Para avaliar se a fórmula é verdadeira é necessário definir os alunos e professores sobre os quais estamos falando. Considerando a UTFPR, possivelmente a sentença é verdadeira. No entanto, o resultado pode ser diferente em um curso de alfabetização para adultos. Na Lógica de Predicados também trabalhamos com o conceito de função. Considerando a sentença: “Toda criança é mais jovem do que sua mãe”, podemos formalizá-la como ∀x∀y(C(x) ⋀M(y, x) → J(x, y)), usando os predicados. C(x) : x é uma criança M(y, x) : y é mãe de x J(x, y) : x é mais jovem do que y. As funções muitas vezes simplificam o que está sendo dito. Sabemos que uma criança possui apenas uma mãe, logo, poderíamos usar uma função m(x) que 37 representa a mãe de x e evitaríamos escrever algo mais complicado como o predicado M(y, x). A fórmula seria simplificada como ∀x(C(x) → J(x,m(x))). Funções podem ser usadas quando o objeto sobre o qual falamos é definido unicamente. Não seria possível uma função b(x) que representa de forma não ambígua o irmão de x, pois um irmão pode não ser unicamente definido. Como fizemos com a lógica proposicional, vamos definir formalmente a sintaxe da Lógica de Predicados e em seguida a sua semântica. 1.1- O alfabeto da lógica de predicados é formado por: símbolos de pontuação “(” e “)”. Um conjunto V = {x1, x2, . . .} de variáveis. Um conjunto C = {c1, c2, . . .} de constantes. Um conjunto P = {P1, P2, . . .} de predicados. Um conjunto F = {f1, f2, . . .} de funções. Conectivos ¬, ∨, ⋀ , →, ∀, Ǝ. Cada um dos predicados e funções contém uma aridade, ou seja, um número específico de argumentos. Os símbolos para funções “falam” sobre objetos. As funções recebem objetos e retornam objetos. A função m(Carlos) = Maria recebe o objeto Carlos e informa o objeto Maria. Os símbolos para predicados são usados para representar propriedades e relações entre objetos. Ao dizer “Carlos é estudante”, ser estudante é uma propriedade de Carlos. Podemos representar a propriedade pelo predicado E(x) que será verdadeira se x é estudante. No caso de x = Carlos o resultado é verdadeiro. A relação “mais jovem” dada pelo predicado J(x, y) é verdadeira somente se x for mais jovem que y. Predicados e funções podem ter aridade zero. Funções de aridade zero são constantes. Os predicados com aridade zero são as variáveis proposicionais ou átomos da Lógica Proposicional. A escolha dos conjuntos P e F depende do que pretendemos descrever. Caso queiramos representar relações entre familiares, poderíamos ter P = {H, F, S,D} para representar os predicados “ser do sexo masculino”, “ser do sexo feminino”, “ser filho de” e “ser filha de”, respectivamente. As funções F = {m, p} poderiam ser usadas para representar a mãe e o pai de alguém. 38 Na linguagem de predicados teremos sentenças cuja valoração representará um objeto e sentenças cuja valoração representará um valor verdade. As primeiras sentenças são chamadas termos e as segundas são chamadas fórmulas. 1.2 - O conjunto de termos T é definido como: Base 1: se xi 2 V, então xi 2 T ; Base 2: se ci 2 C, então ci 2 T ; Passo recursivo: se t1, t2, . . . , tn são termos e f 2 (F) é uma função n- ária, n > 0, então f(t1, t2, . . . , tn) 2 T ; Os termos da linguagem são formados por variáveis, constantes e funções. Exemplo: Seja o alfabeto: “(” e “)”; V = {x, y}; C = {a, b}; P = {E, P, J}; F = {m}; ¬, ∨, ⋀ , →, ∀, Ǝ. 1.3 - Sejam t1, t2, . . . , tn termos e seja P um predicado n-ário, então P(t1, t2, . . . , tn) é um átomo. “(” e “)”; V = {x, y}; C = {a, b}; P = {E, P, J}; F = {m}; ¬, ∨, ⋀, ∨ , →, ∀, Ǝ. Pela Definição 1.6, x e m(x) são termos. Pela Definição 1.3, J(x,m(x)) é um átomo formado pelo predicado J, de aridade dois. A Definição 1.3 indica que predicados n-ários assumem o papel dos átomos, como tínhamos na linguagem proposicional. Também,da mesma forma que a linguagem proposicional, a construção de fórmulas é feita pela concatenação de átomos e conectivos. 1.4 - O conjunto de fórmulas da Lógica de Predicados é definido como: 39 Base: um átomo é uma fórmula. Passo recursivo 1: se A é uma fórmula então (¬A) também é uma fórmula. Passo recursivo 2: se A e B são fórmulas então (A ⋀ B), (A ∨ B) e (A → B) são fórmulas. Passo recursivo 3: se A é uma fórmula e x é uma variável, então ∀x(A) e Ǝx(A) são fórmulas. Exemplo: Considere a sentença “Todo filho do meu pai é meu irmão.” e os predicados F(x, y) : x é filho de y P(x, y) : x é pai de y I(x, y) : x é irmão de y. Se fizermos a contante e ser o objeto “eu”, a fórmula ∀x∀y(P(x, e) ⋀F(y, x) →I(y, e)) formaliza a sentença “Todo filho do meu pai é meu irmão.”. Alternativamente, usando a função p(x) para “pai de x”, a mesma sentença pode ser formalizada como ∀x(F(x, p(e)) → I(x, e)). Exemplo: As fórmulas do Exemplo 1.3 são bem formadas conforme a Definição 1.4. A fórmula ∀x∀y(P(x, e) ⋀F(y, x) → I(y, e)) pode ser construída da seguinte maneira: fórmula regra P(x, e) (base) F(y, x) (base) I(y, e) (base) (P(x, e) ⋀ F(y, x)) (passo 2) ((P(x, e) ⋀F(y, x)) → I(y, e)) (passo 2) ∀y(((P(x, e) ⋀ F(y, x)) → I(y, e))) (passo 3) ∀x(∀y(((P(x, e) ⋀ F(y, x)) → I(y, e)))) (passo 3) 40 1.5 - A ordem de precedência na Lógica de Predicados é dada pela listagem dos conectivos na seguinte ordem, da maior precedência para a menor, ¬, ∀ , Ǝ, ⋀,∨,→. 1.6 - O conjunto de sub-termos de um termo E, Subt(E), é definido como: Base 1: se E = x 2 V, então Subt(E) = Subt(x) = {x}; Base 2: se E = c 2 C, então Subt(E) = Subt(c) = {c}; Passo recursivo: se E = f(t1, t2, . . . , tn), então Subt(E) = Subt(f(t1, t2, . . . , tn)) = {f(t1, t2, . . . , tn)} [ Subt(t1) [ Subt(t2) [ . . . Subt(tn). 1.7 - O conjunto de sub-fórmulas de uma fórmula A, Subf(A), é definido como: Base: se A é um átomo, Subf(A) = {A}. Passo recursivo 1: se A = ¬B, então Subf(A) = Subf(¬B) = {¬B}[Subf(B); Passo recursivo 2: se A = B ⋀ C, então Subf(A) = Subf(B ⋀ C) = {B⋀C}[Subf(B)[Subf(C); Passo recursivo 3: se A = B ∨ C, então Subf(A) = Subf(B ∨ C) = {B∨C}[Subf(B)[Subf(C); Passo recursivo 4: se A = B → C, então Subf(A) = Subf(B →C) = {B → C} [Subf(B) [ Subf(C); Passo recursivo 5: se A = ∀ x(B), então Subf(A) = Subf( ∀ x(B)) = {∀x(B)}[Subf(B); Passo recursivo 6: se A = Ǝx(B), então Subf(A) = Subf(Ǝx(B)) = {Ǝx(B)}[Subf(B). 1.8 - Seja E uma fórmula: se ∀x(H) é uma subfórmula de E, então o escopo de ∀x em E é H. se Ǝ x(H) é uma sub-fórmula de E, então o escopo de Ǝ x em E é H. 1.9 - Seja x uma variável e E uma fórmula, se x ocorre em E dentro do escopo de um quantificador, 8x ou 9x, então x é uma variável ligada; caso contrário, x é uma variável livre. 41 13 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CUNHA, F. G. M.. Lógica e conjuntos. Fortaleza. 2008. LEVADA, A. L. M. L.. Fundamentos de lógica matemática. São Carlos. 2011. PADILHA, J.. RACIOCÍNIO LÓGICO E MATEMÁTICO: Teoria dos Conjuntos. 2016. DA SILVA, R. D.. Lógica de Predicados. 2015 14 BIBLIOGRAFIA PINTO, Paulo Roberto Margutti. Introdução à Lógica Simbólica. UFMG 2ª edição 2006 339p. ISBN 85-7041-215-0 SALMON, WESLEY C . Lógica. LTC, 3ª edição 1993, 96p. ISBN 85-7054-041-8 SOUZA, João Nunes de. Lógica para Ciência da Computação. Campus, 2ª edição 2008, 240p. ISBN 85-352-2961-2
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