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Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Matemática para Computação (Matemática Discreta)(Matemática Discreta) Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Capítulo 01 Fundamentos de Lógica Formal Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Introdução ao Estudo da Lógica Formal • A Lógica é a ciência dos argumentos, ou seja, ela trata das “A Lógica é o estudo dos processos válidos e gerais pelos quais atingimos a verdade [...] É a ciência das leis do pensamento.” (FONTES, 2008) • A Lógica é a ciência dos argumentos, ou seja, ela trata das conclusões a que chegamos a partir das evidências que as sustentam. – Teve seu início com Aristóteles, no século IV a.C. – A maior revolução sofrida foi em meados do século XIX, quando foi concebida como uma álgebra. – Atingiu elevado grau de formalização no século XX. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Proposições • As proposições constituem o alicerce das estruturas fundamentais da Lógica. Uma proposição, ou sentença, é qualquer oração que pode ser avaliada como verdadeira ou falsa. • Exemplos – Todo número divisível por 2 é par. – Que horas são? – Vá dormir. – Dez menos três. – Como você está bonita hoje! É uma proposição. Não são proposições. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Proposições Normalmente, indicamos uma proposição por uma letra latina minúscula. a: Todo número divisível por 2 é par. b: São Luís é a capital do Maranhão. p: Barack Obama é o presidente do Brasil. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Valor Lógico de uma Proposição • O valor lógico de uma proposição está associado ao resultado de sua avaliação como verdadeira ou falsa. – O valor lógico verdade (V) está associado às proposições verdadeiras.proposições verdadeiras. – O valor lógico falsidade (F) está associado às proposições falsas. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Valor Lógico das Proposições • Exemplo – p: O Maranhão está localizado na região Nordeste. • O valor lógico desta proposição é a verdade. • Indica-se por: V(p) = V – q: Santos Dumont é o pai da Informática. • O valor lógico desta proposição é a falsidade. • Indica-se por: V(q) = F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Valor Lógico das Proposições • Os possíveis valores lógicos de uma proposição simples podem ser representados por meio de uma tabela ou como uma árvore de possibilidades. V possibilidades. p V F p V F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Valor Lógico das Proposições • Axiomas – Princípio da Não-Contradição Uma proposição nunca será verdadeira e falsa simultaneamente. – Princípio do Terceiro Excluído simultaneamente. Uma proposição sempre assume um dos valores lógicos: ou é verdadeira ou é falsa. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Classificação das Proposições • Proposições Simples ou Atômicas – Não podem ser decompostas. • a: Pelé é o Rei do futebol. • b: Imperatriz é a capital do Maranhão. • Proposições Compostas ou Moleculares• Proposições Compostas ou Moleculares – Formadas por duas ou mais proposições ligadas por conectivos lógicos. » P: Pelé é o Rei do futebol e Lula é o Presidente do Brasil. » Q: São Luís é capital do Maranhão ou Teresina é a capital do Piauí.maiúsculas As proposições compostas são representadas por letras latinas maiúsculas Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Conectivos Lógicos • Os mais importantes conectivos lógicos são em número de cinco: – NÃO (¬¬¬¬) – E (∧∧∧∧) – OU (∨∨∨∨) – SE...ENTÃO (→→→→) – SE, E SOMENTE SE (↔↔↔↔) Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Refletindo Como determinar o valor lógico de uma proposição composta? O valor lógico de uma proposição composta é definido pelo valor lógico das proposições simples que a compõe e pelos conectivos empregados. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Valor Lógico de Proposições Compostas • Para facilitar o cálculo do valor lógico de uma proposição composta, utilizamos uma estrutura chamada de tabela verdade. “Uma tabela verdade é uma tabela que descreve os “Uma tabela verdade é uma tabela que descreve os valores lógicos de uma proposição em termos das possíveis combinações dos valores lógicos das proposições componentes e dos conectivos usados.” Menezes (2008) Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Ilustração: Tabela Verdade • Considerando uma proposição composta formada pelas proposições simples p e q. Como representar as possíveis valores lógicos de p e q? p qp q 1 V V 2 V F 3 F V 4 F F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Ilustração: Tabela Verdade • Os valores lógicos são dispostos na tabela verdade de acordo com a seguinte árvore de possibilidades. V V p V F F V F q q Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Refletindo De que forma os conectivos interferem na definição do valor lógico de uma proposição composta?composta? Os conectivos estão associados a operações lógicas que são realizadas sobre as proposições. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Operações Lógicas Operação Operador Símbolo Negação NÃO ¬ Conjunção E ∧Conjunção E ∧ Disjunção OU ∨ Condicional (Implicação) SE...ENTÃO → Bicondicional (Bi-implicação) SE, E SOMENTE SE ↔ Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Negação • Pode-se utilizar o conectivo NÃO (¬) para formar uma nova proposição, cujo valor lógico é oposto ao da proposição original. – Representação da negação na tabela verdade p ¬¬¬¬p 1 V F 2 F V O operador NÃO inverte o valor lógico da proposição original. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Negação • Exemplos a: A capital do Maranhão é São Luís. ¬a: A capital do Maranhão não é São Luís. ¬a: É falso que a capital do Maranhão é São Luís. b: Todos os alunos aprenderão Lógica .b: Todos os alunos aprenderão Lógica . ¬b: Nem todos os alunos aprenderão Lógica. ¬b: Existem alunos que não aprenderão Lógica. c: Existem alunos estudiosos. ¬c: Não existem alunos estudiosos. ¬c: Todos os alunos não são estudiosos. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Conjunção • Com o uso do conectivo E (∧∧∧∧) é possível ligar duas proposições, formando uma nova proposição chamada conjunção, cujo valor lógico é a verdade (V) quando ambas as proposições que a compõe forem verdadeiras. – Representação da conjunção na tabela verdade– Representação da conjunção na tabela verdade p q p ∧∧∧∧ q 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F F Uma conjunção só é verdade quando ambas as proposições que a compõe forem simultaneamente verdade. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Conjunção • Exemplos a: Lula é brasileiro. b: O Maranhão pertence ao Paraguai a ∧∧∧∧ b: Lula é brasileiro e o Maranhão pertence ao Paraguai.Paraguai. • A conjunção a ∧ b tem como valor lógico a falsidade. • V(a) = V e V(b) = F, portanto V(a ∧ b) = V(a) ∧ V(b) = V ∧ F = F a b a ∧∧∧∧ b 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Conjunção • Exemplos p: 5 – 3 = 2 q: 10 é um número par. p ∧∧∧∧ q: 5 – 3 = 2 e 10 é um número par. • A conjunção p ∧ q tem como valor lógico a verdade.• A conjunção p ∧ q tem como valor lógico a verdade. • V(p) = V e V(q) = V, portanto V(p ∧ q) = V(p) ∧ V(q) = V ∧ V = V a b a ∧∧∧∧ b 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F F Matemática Discreta| Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Disjunção • Com o uso do conectivo OU (∨∨∨∨) é possível ligar duas proposições, formando uma nova proposição chamada conjunção, cujo valor lógico é a falsidade (F) quando ambas as proposições que a compõe forem falsas. – Representação da conjunção na tabela verdade– Representação da conjunção na tabela verdade p q p ∨∨∨∨ q 1 V V V 2 V F V 3 F V V 4 F F F Uma disjunção só é uma falsidade quando ambas as proposições que a compõe forem simultaneamente uma falsidade. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Disjunção • Exemplos a: Gonçalves Dias é um poeta maranhense. b: A Lua é quadrada. a ∨∨∨∨ b: Gonçalves Dias é um poeta maranhense ou a Lua é quadrada.quadrada. • A disjunção a ∨ b tem como valor lógico a verdade. • V(a) = V e V(b) = F, portanto V(a ∨ b) = V(a) ∨ V(b) = V ∨ F = V a b a ∨∨∨∨ b 1 V V V 2 V F V 3 F V V 4 F F F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Disjunção • Exemplos p: 5 – 3 > 2. q: 10 é um número primo. p ∨∨∨∨ q: 5 – 3 > 2 ou 10 é um número primo. • A disjunção p ∨ q tem como valor lógico a falsidade.• A disjunção p ∨ q tem como valor lógico a falsidade. • V(p) = F e V(q) = F, portanto V(p ∨ q) = V(p) ∨ V(q) = F ∨ F = F p q p ∨∨∨∨ q 1 V V V 2 V F V 3 F V V 4 F F F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Condição ou Implicação • Dadas duas proposições p e q, é possível escrever uma nova proposição p � q, chamada condição ou implicação, onde p é chamado antecedente e q consequente, e cujo valor verdade é a falsidade quando p for uma verdade e q uma falsidade. – Representação da conjunção na tabela verdade p q p →→→→ q 1 V V V 2 V F F 3 F V V 4 F F V A proposição p � q, é uma verdade se p e q forem simultaneamente verdade ou se p for uma falsidade. Caso p seja uma verdade e q uma falsidade, p � q será uma falsidade. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Condição • Exemplos a: O relógio marca as horas. b: Grande parte da Amazônia Legal fica no Brasil. a →→→→ b: Se o relógio marca as horas, então grande parte da Amazônia Legal fica no Brasil.da Amazônia Legal fica no Brasil. • A condição a → b tem como valor lógico a verdade. • V(a) = V e V(b) = V, portanto V(a→ b) = V(a) → V(b) = V → V = V a b a →→→→ b 1 V V V 2 V F F 3 F V V 4 F F V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Condição • Exemplos p: Machado de Assis escreveu Dom Casmurro. q: 10 é um número primo. p →→→→ q: Se Machado de Assis escreveu Dom Casmurro, então 10 é um número primo.então 10 é um número primo. • A condição p → q tem como valor lógico a falsidade. • V(p) = V e V(q) = F, portanto V(p→ q) = V(p) → V(q) = V → F = F p q p →→→→ q 1 V V V 2 V F F 3 F V V 4 F F V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Condição • Exemplos m: O Brasil foi colonizado pelos franceses. n: A capital do Maranhão é Teresina. m →→→→ n: Se o Brasil foi colonizado pelos franceses, então a capital do Maranhão é Teresina.capital do Maranhão é Teresina. • A condição m → n tem como valor lógico a verdade. • V(m) = V e V(n) = F, portanto V(m→ n) = V(m) → V(n) = F → F = V p q p →→→→ q 1 V V V 2 V F F 3 F V V 4 F F V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Condição O que uma condicional O que uma condicional afirma é somente uma relação entre os valores lógicos do antecedente e do consequente. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Bicondição ou Bi-implicação • Dadas duas proposições p e q, é possível escrever uma nova proposição p ↔ q, chamada bicondição, cujo valor verdade é a verdade quando p e q forem simultaneamente uma verdade ou uma falsidade. – Representação da conjunção na tabela verdade p q p ↔↔↔↔ q 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F V Uma bicondição é uma verdade quando as proposições que a compõe possuem o mesmo valor lógico. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Bicondição • Exemplos a: O Brasil fica na América do Sul. b: No verão faz calor. a ↔↔↔↔ b: O Brasil fica na América do Sul se, e somente se, no verão faz calor.no verão faz calor. • A bicondição a ↔ b tem como valor lógico a verdade. • V(a) = V e V(b) = V, portanto V(a↔ b) = V(a) ↔ V(b) = V ↔ V = V a b a ↔↔↔↔ b 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Bicondição • Exemplos m: 13 é divisível por 2. n: 10 é um número primo. m ↔↔↔↔ n: 13 é divisível por 2 se, e somente se, 10 é um número primo.número primo. • A bicondição m ↔ n tem como valor lógico a verdade. • V(m) = F e V(n) = F, portanto V(m↔ n) = V(m) ↔ V(n) = F ↔ F = V m n m ↔↔↔↔ n 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Bicondição • Exemplos r: Domingo é um dia útil. t: O Sol é uma estrela. r ↔↔↔↔ t: Domingo é um dia útil se, e somente se, o Sol é uma estrela.uma estrela. • A bicondição r ↔ t tem como valor lógico a verdade. • V(r) = F e V(t) = V, portanto V(r↔ t) = V(r) ↔ V(t) = F ↔ V = F r t r ↔↔↔↔ t 1 V V V 2 V F F 3 F V F 4 F F V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Fórmulas Bem Formuladas – Exemplos: Uma fórmula é uma sentença lógica corretamente construída, sobre um alfabeto cujos símbolos são conectivos, parênteses, identificadores, constantes, etc Menezes (2008) – Exemplos: • p • (p →→→→ q) ∧∧∧∧ c • p ↔↔↔↔ (¬¬¬¬a ∨∨∨∨b) • ∧∧∧∧q¬¬¬¬p • ¬¬¬¬p∧∧∧∧∧∧∧∧(a ↔↔↔↔ p¬¬¬¬) • Pqr∧∧∧∧s¬¬¬¬t São Fórmulas Não São Fórmulas Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Fórmulas Bem Formuladas • Considere a seguinte fórmula: p ∧∧∧∧ q →→→→ r p: Maria adoeceu. q: João viajou. E agora, como saber qual das duas expressões está representada pela fórmula? q: João viajou. r: Hércules não pode sair de casa. A fórmula, como está escrita, pode representar duas expressões: 1 - “Se Maria adoeceu e João viajou, então Hércules não pode sair de casa” 2 - “Maria adoeceu e, se João viajou, então Hércules não pode sair de casa.” fórmula? Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Fórmulas Bem Formuladas • Precedência de Operadores 1. Conectivos entre parênteses, dos mais internos para os mais externos. 2. Negação (¬). 3. Conjunção (∧) e Disjunção (∨). 4. Condição (→).4. Condição (→). 5. Bicondição (↔). E então, qual das duas expressões está representada pela fórmula p ∧∧∧∧ q →→→→ r? Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Fórmulas Bem Formuladas • A conjunção tem precedência sobre a condição. Então, a expressão simbolizada pela fórmula é: “Se Maria adoeceu e João viajou, então Hércules não pode sair de casa” – Para representar a segunda expressão é preciso fazer uso de parênteses. não pode sair de casa” p ∧∧∧∧ (q →→→→ r) Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Consideremos a fórmula: p →→→→ (q ∧∧∧∧ r) • Regras para a Construção de Tabelas Verdade 1. Conte o número de proposições simples e calcule o número 1. Conte o número de proposições simples e calcule o número de linhas da tabela (Nº de Linhas = 2n, onde n é o número de proposições simples). Para a fórmula considerada, temos: Proposições simples: p, q, r Número de linhas da tabela: 23 = 8 linhas Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Regras para a Construção de Tabelas Verdade 2. Desenhe a tabela e escreva cada proposição simples sobre a primeira linha. p q r 122 3 4 5 6 7 8 Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Regras para a Construção de Tabelas Verdade 3. Para a iésima proposição simples (i ≤ n), atribua alternadamente 2n – i valores V seguidos da mesma quantidade de valores F. p q r 1 V V VLinha 1: 23 – 1 = 4 Linha 2: 22 – 1 = 2 2 V V F 3 V F V 4 V F F 5 F V V 6 F V F 7 F F V 8 F F F Linha 2: 22 – 1 = 2 Linha 3: 21 – 1 = 1 Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Regras para a Construção de Tabelas Verdade 4. Realize as operações lógicas, obedecendo a ordem de precedência. Para cada operação, crie uma nova coluna na tabela. p q r 1 V V V q ∧∧∧∧ r V p →→→→ (q ∧∧∧∧ r) V 2 V V F 3 V F V 4 V F F 5 F V V 6 F V F 7 F F V 8 F F F F F F V F F F F F F V V V V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Também podemos determinar o valor lógico de uma fórmula a partir do valor lógico das proposições que a compõem. • Exemplos – p →→→→ (a ∧∧∧∧ b), onde V(p) = V, V(a) = F e V(b) = V.– p →→→→ (a ∧∧∧∧ b), onde V(p) = V, V(a) = F e V(b) = V. • Substituindo os valores lógicos de cada proposição, temos: V → (F ∧ V) = V → F = F – p ∧∧∧∧ (q ↔↔↔↔ r), onde V(p) = V, V(q) = F e V(r) = F. • Substituindo os valores lógicos de cada proposição, temos: V ∧ (F ↔ F) = V ∧ V = V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Exemplo: Determinar o valor lógico da proposição: “Se o Brasil é um país em desenvolvimento e o “Se o Brasil é um país em desenvolvimento e o Maranhão é o maior estado do Nordeste, então a raiz quadrada de 25 é igual ao dobro de 100 ou o Maranhão não é o maior estado do Nordeste”. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Solução – Inicialmente, escrevemos a expressão em forma simbólica: a: o Brasil é um país em desenvolvimento. b: o Maranhão é o maior estado do Nordeste.b: o Maranhão é o maior estado do Nordeste. c: a raiz quadrada de 25 é igual ao dobro de 100. Com isso, temos: (a ∧∧∧∧ b) →→→→ (c ∨∨∨∨ ¬¬¬¬b) Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Determinação do Valor Lógico de uma Fórmula • Solução – Em seguida, substituímos os valores lógicos de cada proposição simples na sentença encontrada e resolvemos as operações lógicas indicadas: V(a) = V, V(b) = F e V(c) = FV(a) = V, V(b) = F e V(c) = F (a ∧ b) → (c ∨ ¬b) = = (V ∧ F) → (V ∨ F) = = F → V = = V Portanto, a proposição tem a verdade (V) como valor lógico. Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Tautologias Denomina-se tautologia, ou proposição tautológica, toda fórmula cujo valor lógico é sempre a verdade, independente dos valores lógicos das proposições simples que a compõe. – Podemos comprovar uma tautologia pela construção da tabela verdade. – Exemplo Provar a seguinte tautologia: p ∧∧∧∧ r ¬¬¬¬q ∨∨∨∨ r Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Tautologias • A tabela verdade para a fórmula é a seguinte p q r 1 V V V 2 V V F ¬¬¬¬q F F p ∧∧∧∧ r V F ¬¬¬¬q ∨∨∨∨ r V F p ∧∧∧∧ r →→→→¬¬¬¬q ∨∨∨∨ r V V 3 V F V 4 V F F 5 F V V 6 F V F 7 F F V 8 F F F V V F F V V V F F F F F V V V F V V V V V V V V Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Contradições As contradições são fórmulas cujo valor lógico é sempre a falsidade quaisquer que sejam os valores das proposições simples componentes – Constituem-se a negação de uma tautologia. – Podem ser demonstradas por tabelas verdade. – Exemplo A fórmula (p → q) ∧ (p ∧ ¬q) é uma contradição Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Contradições • A tabela verdade para a fórmula é a seguinte: p q 1 V V 2 V F ¬¬¬¬q F V p ∧∧∧∧ ¬¬¬¬q F V p→→→→ q V F (p→→→→ q) ∧∧∧∧ (p ∧∧∧∧ ¬¬¬¬q) F F2 V F 3 F V 4 F F V F V V F F F V V F F F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Contingências As fórmulas que não constituem tautologia nem contradição são chamadas de contingências – Exemplo A fórmula p ∧ (q →¬p) é uma contingência. de contingências Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira Contingências • A tabela verdade para a fórmula é a seguinte: p q 1 V V 2 V F ¬¬¬¬p F F q →→→→¬¬¬¬ p V F p ∧∧∧∧ (q →→→→¬¬¬¬ p) F F2 V F 3 F V 4 F F F V V F V V F F F Matemática Discreta | Prof. Raimundo Osvaldo Vieira
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