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LÓGICA PARA COMPUTAÇÃO Professora Me. Edvania Gimenes de Oliveira Godoy GRADUAÇÃO Unicesumar C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação a Distância; GODOY, Edvania Gimenes de Oliveira. Lógica para Computação. Edvania Gimenes de Oliveira Godoy. Maringá-Pr.: UniCesumar, 2016. Reimpresso em 2018. 183 p. “Graduação - EaD”. 1. Lógica. 2. Computação. 3. Matemática. 4. EaD. I. Título. ISBN 978-85-459-0245-4 CDD - 22 ed. 511.3 CIP - NBR 12899 - AACR/2 Ficha catalográfica elaborada pelo bibliotecário João Vivaldo de Souza - CRB-8 - 6828 Impresso por: Reitor Wilson de Matos Silva Vice-Reitor Wilson de Matos Silva Filho Pró-Reitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva Pró-Reitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi NEAD - Núcleo de Educação a Distância Diretoria Executiva Chrystiano Minco� James Prestes Tiago Stachon Diretoria de Graduação e Pós-graduação Kátia Coelho Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Débora Leite Head de Produção de Conteúdos Celso Luiz Braga de Souza Filho Head de Curadoria e Inovação Jorge Luiz Vargas Prudencio de Barros Pires Gerência de Produção de Conteúdo Diogo Ribeiro Garcia Gerência de Projetos Especiais Daniel Fuverki Hey Gerência de Processos Acadêmicos Taessa Penha Shiraishi Vieira Gerência de Curadoria Giovana Costa Alfredo Supervisão do Núcleo de Produção de Materiais Nádila Toledo Supervisão Operacional de Ensino Luiz Arthur Sanglard Coordenador de Conteúdo Fabiana de Lima Designer Educacional Paulo Victor Souza e Silva Projeto Gráfico Jaime de Marchi Junior José Jhonny Coelho Arte Capa Arthur Cantareli Silva Ilustração Capa Bruno Pardinho Editoração Bruna Marconato Daniel Fuverki Hey Qualidade Textual Hellyery Agda Keren Pardini Em um mundo global e dinâmico, nós trabalhamos com princípios éticos e profissionalismo, não so- mente para oferecer uma educação de qualidade, mas, acima de tudo, para gerar uma conversão in- tegral das pessoas ao conhecimento. Baseamo-nos em 4 pilares: intelectual, profissional, emocional e espiritual. Iniciamos a Unicesumar em 1990, com dois cursos de graduação e 180 alunos. Hoje, temos mais de 100 mil estudantes espalhados em todo o Brasil: nos quatro campi presenciais (Maringá, Curitiba, Ponta Grossa e Londrina) e em mais de 300 polos EAD no país, com dezenas de cursos de graduação e pós-graduação. Produzimos e revisamos 500 livros e distribuímos mais de 500 mil exemplares por ano. Somos reconhecidos pelo MEC como uma instituição de excelência, com IGC 4 em 7 anos consecutivos. Estamos entre os 10 maiores grupos educacionais do Brasil. A rapidez do mundo moderno exige dos educa- dores soluções inteligentes para as necessidades de todos. Para continuar relevante, a instituição de educação precisa ter pelo menos três virtudes: inovação, coragem e compromisso com a quali- dade. Por isso, desenvolvemos, para os cursos de Engenharia, metodologias ativas, as quais visam reunir o melhor do ensino presencial e a distância. Tudo isso para honrarmos a nossa missão que é promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária. Vamos juntos! Pró-Reitor de Ensino de EAD Diretoria de Graduação e Pós-graduação Seja bem-vindo(a), caro(a) acadêmico(a)! Você está iniciando um processo de transformação, pois quando investimos em nossa formação, seja ela pessoal ou profissional, nos transformamos e, consequentemente, transformamos também a sociedade na qual estamos inseridos. De que forma o fazemos? Criando oportu- nidades e/ou estabelecendo mudanças capazes de alcançar um nível de desenvolvimento compatível com os desafios que surgem no mundo contemporâneo. O Centro Universitário Cesumar mediante o Núcleo de Educação a Distância, o(a) acompanhará durante todo este processo, pois conforme Freire (1996): “Os homens se educam juntos, na transformação do mundo”. Os materiais produzidos oferecem linguagem dialógica e encontram-se integrados à proposta pedagógica, con- tribuindo no processo educacional, complementando sua formação profissional, desenvolvendo competên- cias e habilidades, e aplicando conceitos teóricos em situação de realidade, de maneira a inseri-lo no mercado de trabalho. Ou seja, estes materiais têm como principal objetivo “provocar uma aproximação entre você e o conteúdo”, desta forma possibilita o desenvolvimento da autonomia em busca dos conhecimentos necessá- rios para a sua formação pessoal e profissional. Portanto, nossa distância nesse processo de cresci- mento e construção do conhecimento deve ser apenas geográfica. Utilize os diversos recursos pedagógicos que o Centro Universitário Cesumar lhe possibilita. Ou seja, acesse regularmente o Studeo, que é o seu Ambiente Virtual de Aprendizagem, interaja nos fóruns e enquetes, assista às aulas ao vivo e participe das dis- cussões. Além disso, lembre-se que existe uma equipe de professores e tutores que se encontra disponível para sanar suas dúvidas e auxiliá-lo(a) em seu processo de aprendizagem, possibilitando-lhe trilhar com tranqui- lidade e segurança sua trajetória acadêmica. Professora Me. Edvania Gimenes de Oliveira Godoy Possui mestrado em Matemática pela Universidade Estadual de Maringá (2001). Atualmente é professora assistente da Fundação Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Mandaguari. A U TO R A SEJA BEM-VINDO(A)! APRESENTAÇÃO LÓGICA PARA COMPUTAÇÃOAPRESENTAC¸A˜O LO´GICA PARA COMPUTAC¸A˜O Prezados acadeˆmicos, e´ com satisfac¸a˜o que apresento a voceˆs o livro para a disciplina Lo´gica para Computac¸a˜o. Esta disciplina esta´ baseada no que chamamos de Matema´tica Discreta, que e´ uma parte da Matema´tica que trata de situac¸o˜es em que as estruturas matema´ticas sa˜o baseadas em conjuntos conta´veis, finitos ou infinitos. Dessa forma, os conteu´dos abordados na Matema´tica Discreta aplicam-se perfeitamente ao ambiente computacional, visto que a maioria dos conceitos computacionais pertencem ao domı´nio discreto. Os objetivos principais da disciplina sa˜o desenvolver o racioc´ınio lo´gico-matema´tico e oferecer instrumentos para que voceˆs desenvolvam um vocabula´rio preciso, com recursos para notac¸a˜o matema´tica e abstrac¸o˜es. Assim, sera´ poss´ıvel aplicar os conceitos de Matema´tica discreta como uma ferramenta para investigac¸o˜es e aplicac¸o˜es na a´rea de Computac¸a˜o. Este livro esta´ dividido em cinco unidades. A primeira trata de noc¸o˜es de Lo´gica Matema´tica, que e´ ba´sica para qualquer estudo em computac¸a˜o e informa´tica. O principal objetivo dessa unidade sera´ introduzir, resumidamente, os principais conceitos e a terminologia de lo´gica matema´tica. Veremos como utilizar a notac¸a˜o simbo´lica para as lo´gicas proposicional e de predicados para simbolizar argumentos, bem como determinar sua validade por meio das re- gras de infereˆncia. A segunda unidade e´ dedicada ao estudo da Teoria dos Conjuntos. O conceito de conjunto e´ fundamental, pois praticamente todos os conceitos desenvolvidos em computac¸a˜o sa˜o baseados em conjuntos ou construc¸o˜es sobre conjuntos. Com as noc¸o˜es primitivas de conjunto e per- tineˆncia, que sa˜o aceitas sem definic¸a˜o, iniciaremos o estudo de conjuntos definindo elementos, subconjuntos e tipos de conjuntos, bem como suas representac¸o˜es por descric¸a˜o, propriedade ou diagrama. Em seguida, estudaremos as operac¸o˜es sobre conjuntos, que sa˜o agrupadas em na˜o revers´ıveis (unia˜o e intersec¸a˜o) e revers´ıveis (complemento, conjunto das partes e produto cartesiano). Sera´ estabelecida tambe´m a relac¸a˜o entre a´lgebra de conjuntos e lo´gica. As unidades III e IV sa˜o dedicadas ao estudo de relac¸o˜es e func¸o˜es, respectivamente. Relac¸o˜es sa˜o muito usadas em todas as a´reas teo´ricas e pra´ticas da computac¸a˜o. Ale´m do conceito formal de relac¸a˜o, diversos conceitos correlatos sera˜o estudados: relac¸a˜o dual, composic¸a˜o de relac¸o˜es e tipos de relac¸o˜es. Veremos como representar relac¸o˜es por meio de diagramas, matrizes ou grafos, e para o caso de uma ordem parcial de tarefas relacionadas por pre´-requisitos, discu- tiremos sobre a representac¸a˜o em diagrama PERT. 1 APRESENTAC¸A˜O LO´GICA PARA COMPUTAC¸A˜O Prezados acadeˆmicos, e´ com satisfac¸a˜o que apresento a voceˆs o livro para a disciplina Lo´gica para Computac¸a˜o. Esta disciplina esta´ baseada no que chamamos de Matema´tica Discreta, que e´ uma parte da Matema´tica que trata de situac¸o˜es em que as estruturas matema´ticas sa˜o baseadas em conjuntos conta´veis, finitos ou infinitos. Dessa forma, os conteu´dos abordados na Matema´tica Discreta aplicam-se perfeitamente ao ambiente computacional, visto que a maioria dos conceitos computacionais pertencem ao domı´nio discreto. Os objetivos principais da disciplina sa˜o desenvolver o racioc´ınio lo´gico-matema´tico e oferecer instrumentos para que voceˆs desenvolvam um vocabula´rio preciso, com recursos para notac¸a˜o matema´tica e abstrac¸o˜es. Assim, sera´ poss´ıvel aplicar os conceitos de Matema´tica discreta como uma ferramenta para investigac¸o˜es e aplicac¸o˜es na a´rea de Computac¸a˜o. Este livro esta´ dividido em cinco unidades. A primeira trata de noc¸o˜es de Lo´gica Matema´tica, que e´ ba´sica para qualquer estudo em computac¸a˜o e informa´tica. O principal objetivo dessa unidade sera´ introduzir, resumidamente, os principais conceitos e a terminologia de lo´gica matema´tica. Veremos como utilizar a notac¸a˜o simbo´lica para as lo´gicas proposicional e de predicados para simbolizar argumentos, bem como determinar sua validade por meio das re- gras de infereˆncia. A segunda unidade e´ dedicada ao estudo da Teoria dos Conjuntos. O conceito de conjunto e´ fundamental, pois praticamente todos os conceitos desenvolvidos em computac¸a˜o sa˜o baseados em conjuntos ou construc¸o˜es sobre conjuntos. Com as noc¸o˜es primitivas de conjunto e per- tineˆncia, que sa˜o aceitas sem definic¸a˜o, iniciaremos o estudo de conjuntos definindo elementos, subconjuntos e tipos de conjuntos, bem como suas representac¸o˜es por descric¸a˜o, propriedade ou diagrama. Em seguida, estudaremos as operac¸o˜es sobre conjuntos, que sa˜o agrupadas em na˜o revers´ıveis (unia˜o e intersec¸a˜o) e revers´ıveis (complemento, conjunto das partes e produto cartesiano). Sera´ estabelecida tambe´m a relac¸a˜o entre a´lgebra de conjuntos e lo´gica. As unidades III e IV sa˜o dedicadas ao estudo de relac¸o˜es e func¸o˜es, respectivamente. Relac¸o˜es sa˜o muito usadas em todas as a´reas teo´ricas e pra´ticas da computac¸a˜o. Ale´m do conceito formal de relac¸a˜o, diversos conceitos correlatos sera˜o estudados: relac¸a˜o dual, composic¸a˜o de relac¸o˜es e tipos de relac¸o˜es. Veremos como representar relac¸o˜es por meio de diagramas, matrizes ou grafos, e para o caso de uma ordem parcial de tarefas relacionadas por pre´-requisitos, discu- tiremos sobre a representac¸a˜o em diagrama PERT. 1 Uma func¸a˜o e´ um caso particular de relac¸a˜o bina´ria e, assim como as relac¸o˜es, descreve diversas situac¸o˜es reais. Abordaremos o conceito de func¸a˜o, destacando seu domı´nio, imagem e repre-sentac¸a˜o gra´fica, bem como as propriedades de func¸o˜es e as definic¸o˜es de func¸o˜es compostas e inversas. Por fim, na unidade V, faremos uma retomada das unidades anteriores apresentando aplicac¸o˜es na a´rea de Computac¸a˜o. Sobre lo´gica proposicional e teoria dos conjuntos, veremos aplicac¸o˜es em linguagens de programac¸a˜o conhecidas como procedurais (no caso, linguagem Pascal). Sobre lo´gica de predicados, apresentaremos uma linguagem de programac¸a˜o conhecida como declar-ativa (Prolog), em que os programas reu´nem uma se´rie de dados e regras e as usam para gerar concluso˜es. O item Relac¸o˜es sera´ retomado no estudo de caminho cr´ıtico em um diagrama Pert, para determinar o tempo mı´nimo de conclusa˜o de uma sequeˆncia de atividades ordenadas em uma tarefa a ser realizada. Tambe´m em bancos de dados relacional, que e´ um banco de dados cujos dados sa˜o conjuntos (representados como tabelas) que sa˜o relacionados com outros conjuntos (tabelas), veremos a aplicac¸a˜o dos conceitos de conjuntos e relac¸o˜es. E, finalmente, sera´ destacada a aplicac¸a˜o dos conceitos de relac¸o˜es e func¸o˜es em autoˆmatos finitos. Gostaria de destacar que na˜o pretendemos realizar estudo detalhado de conceitos espec´ıficos de computac¸a˜o, mas apenas dar uma noc¸a˜o sobre a forte relac¸a˜o entre a matema´tica estudada com outras disciplinas do curso. Em cada unidade, sa˜o propostas atividades sobre o conteu´do estudado. A realizac¸a˜o dessas atividades e´ muito importante para a fixac¸a˜o dos conceitos e verificac¸a˜o de aprendizagem. Desejo a todos um bom estudo! 2 APRESENTAÇÃO SUMÁRIO 09 UNIDADE I LÓGICA MATEMÁTICA 15 Introdução 16 Lógica Proposicional 16 Proposições e Valores Lógicos 17 Conectivos Lógicos 25 Tabela-Verdade 26 Tautologias e Contradições 28 Equivalências Lógicas 31 Implicações Lógicas 32 Método Dedutivo 35 Quantificadores e Predicados 38 Negação de Sentenças Quantificadas 39 Considerações Finais SUMÁRIO UNIDADE II TEORIA DOS CONJUNTOS 47 Introdução 47 Conceitos Primitivos 48 Descricão de Conjuntos 50 Igualdade de Conjuntos 50 Tipos de Conjuntos 51 Subconjuntos 53 Conjunto das Partes 54 Diagramas de Venn-Euler 58 Produto Cartesiano 59 Relação Entre Lógica e Álgebra dos Conjuntos 60 Princípio da Inclusão e Exclusão 64 Considerações Finais UNIDADE III RELAÇÕES 73 Introdução 73 Relação Binária 76 Tipos de Relações Binárias 77 Propriedades das Relações 78 Representação das Relações SUMÁRIO 11 82 Relação de Ordem 85 Diagrama de Hasse 87 Diagrama PERT 89 Relações Duais 89 Composição de Relações 91 Consideração Finais UNIDADE IV FUNÇÕES 101 Introdução 101 Funções 103 Domínio, Contradomínio e Imagem de uma Função 105 Igualdade de Funções 105 Gráfico de Funções 108 Função Piso e Função Teto 109 Propriedades de Funções 112 Função Composta 114 Funções Inversas 115 Técnicas para Obtenção da Inversa de uma Função 117 Considerações Finais SUMÁRIO UNIDADE V APLICAÇÕES À COMPUTAÇÃO 125 Introdução 125 Álgebra dos Conjuntos nas Linguagens de Programação 132 PROLOG 139 Caminho Crítico no Diagrama PERT 144 Autômatos Finitos 150 Relações e Banco de Dados 159 Considerações Finais 165 CONCLUSÃO 167 REFERÊNCIAS 169 GABARITO U N ID A D E I Professora Me. Edvania Gimenes de Oliveira Godoy LÓGICA MATEMÁTICA Objetivos de Aprendizagem ■ Desenvolver o raciocínio lógico matemático. ■ Usar os símbolos formais da lógica proposicional. ■ Encontrar o valor-verdade de expressões em lógica proposicional. ■ Reconhecer tautologias e contradições. ■ Usar a lógica proposicional para provar a validade de um argumento na língua portuguesa. ■ Identificar/reconhecer símbolos quantificados. ■ Determinar o valor-verdade de uma proposição predicativa em uma dada interpretação. ■ Representar sentenças da língua portuguesa usando a lógica de predicativos. ■ Determinar a negação de sentenças quantificadas. Plano de Estudo A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Lógica Proposicional. ■ Conectivos Lógicos ■ Tabelas- Verdade ■ Tautologias e Contradições ■ Equivalências Lógicas ■ Implicações Lógicas ■ Método Dedutivo ■ Quantificadores e Predicados ■ Negação de Sentenças Quantificadas INTRODUÇÃO Introduc¸a˜o A lo´gica formal fornece base para o modo de pensar organizado e cuidadoso que caracteri- za qualquer atividade racional. Ela e´ considerada base de todo racioc´ınio matema´tico e do racioc´ınio automatizado, tendo aplicac¸o˜es diretas em Cieˆncia da Computac¸a˜o, em grau variado de complexidade. Considera-se que o estudo da Lo´gica teve in´ıcio na Gre´cia Antiga, sendo sistematizado por Aristo´teles (384a.C.-322a.C.), com a formulac¸a˜o de leis gerais de encadea- mentos de conceitos e ju´ızos que levariam a` descoberta de novas verdades (Lo´gica Cla´ssica). Entretanto, os argumentos formulados em linguagem natural como em portugueˆs, por exemplo, sa˜o muitas vezes de dif´ıcil avaliac¸a˜o, devido a ambiguidades nas frases e construc¸o˜es confusas. Os matema´ticos da atualidade entenderam enta˜o que, para uma mate´ria ser estudada com o cara´ter cient´ıfico necessa´rio, era preciso introduzir-se uma linguagem simbo´lica. A Lo´gica Simbo´lica ou Lo´gica Matema´tica utiliza s´ımbolos de origem matema´tica para for- mular os argumentos. Nessa lo´gica, as va´rias relac¸o˜es entre proposic¸o˜es sa˜o representadas por fo´rmulas cujos significados esta˜o livres de ambiguidades ta˜o comuns a` linguagem corrente, e essas fo´rmulas podem ser “operadas” segundo um conjunto de regras de transformac¸a˜o for- mal. Outra vantagem de seu uso refere-se a` facilidade de entendimento e brevidade para obter resultados. O moderno desenvolvimento da Lo´gica iniciou-se com a obra de George Boole (1815-1864)- “A´lgebra Booleana”- e de Augustus De Morgan (1806-1871), e foi consolidado pelo filo´sofo e matema´tico alema˜o Gottlob Frege (1848-1895) - “Regras de Demonstrac¸a˜o Matema´tica.” Como a Lo´gica Simbo´lica tem sua pro´pria linguagem te´cnica, e´ um instrumento poderoso para a ana´lise e a deduc¸a˜o dos argumentos, especialmente com o uso do computador. Na computac¸a˜o, ela e´ utilizada para representar problemas e para obter suas soluc¸o˜es. O algoritmo, que seria o conjunto finito de instruc¸o˜es a serem executadas para obter a soluc¸a˜o de um problema, e´ constru´ıdo com base na lo´gica matema´tica. Nessa unidade vamos estudar os principais conceitos e a terminologia da lo´gica matema´tica, que envolve proposic¸o˜es, conectivos, tabelas-verdade e tautologias para chegar a concluso˜es a partir de proposic¸o˜es dadas, bem como o estudo dos quantificadores e predicados. Os conteu´dos estudados sera˜o utilizados em disciplinas futuras e fornecera˜o ferramentas para investigac¸o˜es e aplicac¸o˜es precisas em sua a´rea de atuac¸a˜o. 2 Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 15 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E16 Lo´gica Proposicional Proposic¸o˜es e Valores Lo´gicos Proposic¸a˜o e´ uma sentenc¸a declarativa que e´ verdadeira ou falsa, mas na˜o ambas. Dito de outra maneira, proposic¸a˜o e´ toda expressa˜o que encerra um pensamento de sentido completo e pode ser classificada como V (verdadeira) ou F (falsa). Exemplos: 1. 17 e´ um nu´mero par. 2. O gato e´ um mamı´fero. 3. O 136◦ d´ıgito da expansa˜o decimal de √ 11 e´ 2. 4. Esta´ chovendo agora. 5. Todo quadrado e´ um retaˆngulo. 6. 100 + 100 = 300 Observamos que todas essas sentenc¸as sa˜o proposic¸o˜es, pois: (2) e (5) sa˜o verdadeiras e (1) e´ falsa; a veracidade ou falsidade de (4) depende do momento em que a proposic¸a˜o e´ feita; e apesar de na˜o sabermos o valor do d´ıgito solicitado na afirmac¸a˜o (3), ele sera´ igual a 2 ou na˜o sera´ 2, ou seja, a sentenc¸a sera´ verdadeira ou falsa. 3 Como exemplos de frases que na˜o sa˜o proposic¸o˜es, podemos citar: 1. Feliz aniversa´rio!!! (Sentenc¸a exclamativa) 2. Onde esta´ a chave? (Sentenc¸a interrogativa) 3. Vire a` esquerda. (Sentenc¸a imperativa) 4. x+y = 6. (sentenc¸a aberta; pode ser verdadeira ou falsa dependendo dos valores de x e y) O valor lo´gico de uma proposica¸˜o se refere a um dos dois poss´ıveis ju´ızos que atribuiremos a uma proposic¸a˜o: verdadeiro, denotado por V (ou 1), ou falso, denotado por F (ou 0). Princ´ıpios Ba´sicos das Proposic¸o˜es: I) Princ´ıpio da na˜o contradic¸a˜o: Uma proposic¸a˜o na˜o pode ser verdadeira e falsa simultane- amente. II) Princ´ıpio do terceiro exclu´ıdo: Toda proposic¸a˜o ou e´ verdadeira ou e´ falsa; na˜o existe um terceiro valor lo´gico. Classificac¸a˜o das Proposic¸o˜es: As proposic¸o˜es podem ser classificadas em simples e compostas: Proposic¸o˜es simples: aquelas que veˆm sozinhas, desacompanhadas de outras proposic¸o˜es. Exemplos: * A impressora esta´ ligada. * O novo papa e´ argentino. Proposic¸o˜es compostas: aquelas formadas pela combinac¸a˜o de proposic¸o˜es simples. Exemplos: * Joa˜o e´ me´dico e Pedro e´ dentista. * Se fizer sol, enta˜o irei ao clube. Conectivos Lo´gicos Proposic¸o˜es simples podem ser combinadas para for- mar proposic¸o˜es mais complexas: as proposic¸o˜es com- postas. As palavras ou s´ımbolos usados para formar novas proposic¸o˜es a partir de proposic¸o˜es dadas sa˜o chamados de conectivos. 4 Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 17 ©shutterstock Os conectivos fundamentais da Lo´gica Matema´tica sa˜o: Conectivo S´ımbolo 1) na˜o; na˜o e´ verdade que ∼ Negac¸a˜o ou modificador 2) e ∧ Conjunc¸a˜o 3) ou ∨ Disjunc¸a˜o 4) se ... enta˜o → Condicional 5) se, e somente se ↔ Bicondicional Dadas as proposic¸o˜es simples p e q, podemos com o uso de conectivos formar novas proposic¸o˜es a partir de p e q. Assim temos: 1) A negac¸a˜o de p ∼ p na˜o p 2) A conjunc¸a˜o de p e q p ∧ q p e q 3) A disjunc¸a˜o de p e q p ∨ q p ou q 4) A condicional de p e q p → q se p, enta˜o q 5) A bicondicional de p e q p↔ q p se, e somente se, q Exemplo: Dadas as proposic¸o˜es p: 2 e´ um nu´mero par e q: 6 e´ mu´ltiplo de 3, fac¸a as traduc¸o˜es para a linguagem corrente para as seguintes proposic¸o˜es: a) ∼ p 2 na˜o e´ um nu´mero par. (ou: 2 e´ um nu´mero ı´mpar.) b) ∼ p ∨ q 2 na˜o e´ par ou 6 e´ mu´ltiplo de 3. c) ∼ q → p Se 6 na˜o e´ mu´ltiplo de 3, enta˜o 2 e´ par. d) ∼ p↔ q 2 e´ ı´mpar se, e somente se, 6 e´ mu´ltiplo de 3. e) ∼ (p ∧ ∼ q) Na˜o e´ verdade que 2 e´ par e 6 na˜o e´ um mu´ltiplo de 3. # SAIBA MAIS #: Alguns dos conectivos apresentados podem ser denotados por outros s´ımbolos ou expresso˜es. Consideremos p, q proposic¸o˜es: Conectivo lo´gico S´ımbolo Negac¸a˜o ¬p; p′ Conjunc¸a˜o p.q Disjunc¸a˜o p+ q 5 Os conectivos fundamentais da Lo´gica Matema´tica sa˜o: Conectivo S´ımbolo 1) na˜o; na˜o e´ verdade que ∼ Negac¸a˜o ou modificador 2) e ∧ Conjunc¸a˜o 3) ou ∨ Disjunc¸a˜o 4) se ... enta˜o → Condicional 5) se, e somente se ↔ Bicondicional Dadas as proposic¸o˜es simples p e q, podemos com o uso de conectivos formar novas proposic¸o˜es a partir de p e q. Assim temos: 1) A negac¸a˜o de p ∼ p na˜o p 2) A conjunc¸a˜o de p e q p ∧ q p e q 3) A disjunc¸a˜o de p e q p ∨ q p ou q 4) A condicional de p e q p → q se p, enta˜o q 5) A bicondicional de p e q p↔ q p se, e somente se, q Exemplo: Dadas as proposic¸o˜es p: 2 e´ um nu´mero par e q: 6 e´ mu´ltiplo de 3, fac¸a as traduc¸o˜es para a linguagem corrente para as seguintes proposic¸o˜es: a) ∼ p 2 na˜o e´ um nu´mero par. (ou: 2 e´ um nu´mero ı´mpar.) b) ∼ p ∨ q 2 na˜o e´ par ou 6 e´ mu´ltiplo de 3. c) ∼ q → p Se 6 na˜o e´ mu´ltiplo de 3, enta˜o 2 e´ par. d) ∼ p↔ q 2 e´ ı´mpar se, e somente se, 6 e´ mu´ltiplo de 3. e) ∼ (p ∧ ∼ q) Na˜o e´ verdade que 2 e´ par e 6 na˜o e´ um mu´ltiplo de 3. # SAIBA MAIS #: Alguns dos conectivos apresentados podem ser denotados por outros s´ımbolos ou expresso˜es. Consideremos p, q proposic¸o˜es: Conectivo lo´gico S´ımbolo Negac¸a˜o ¬p; p′ Conjunc¸a˜o p.q Disjunc¸a˜o p+ q 5 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E18 A linguagem Pascal (assim como a maioria das linguagens de programac¸a˜o) possui os seguintes conectivos lo´gicos: not Negac¸a˜o and Conjunc¸a˜o or Disjunc¸a˜o <= Condicional = Bicondicional Fonte: Menezes (2013). # FIM SAIBA MAIS# O valor lo´gico de uma proposic¸a˜o composta (verdadeiro ou falso) depende do valor lo´gico das proposic¸o˜es simples que a compo˜em e da maneira como elas sa˜o combinadas pelos conectivos. Conhecendo-se os valores lo´gicos de duas proposic¸o˜es p e q, vamos definir os valores lo´gicos das proposic¸o˜es: ∼ p; p ∧ q; p ∨ q; p→ q e p↔ q. 1. Negac¸a˜o (∼) Dada uma proposic¸a˜o p, a negac¸a˜o de p sera´ indicada por ∼ p (Leˆ-se ”na˜o p”). O valor verdade da proposic¸a˜o ∼ p sera´ o oposto do valor verdade de p. Em resumo: Negac¸a˜o: se V(p) = V enta˜o V(∼ p) = F e se V(p) = F enta˜o V(∼ p). Essas possibilidades para os valores lo´gicos podem ser colocadas em uma tabela, denomi- nada tabela-verdade. Uma tabela verdade e´ uma tabela que conte´m as proposic¸o˜es nas colunas e as possibilidades de valores-verdade nas linhas. E´ comum expressar os resultados de uma proposic¸a˜o composta por meio de tabelas- verdade, que permitem analisar seus valores-verdade. Tabela-verdade para a negac¸a˜o de p: p ∼ p V F F V 6 Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 19 A linguagem Pascal (assim como a maioria das linguagens de programac¸a˜o) possui os seguintes conectivos lo´gicos: not Negac¸a˜o and Conjunc¸a˜o or Disjunc¸a˜o <= Condicional = Bicondicional Fonte: Menezes (2013). # FIM SAIBA MAIS# O valor lo´gico de uma proposic¸a˜o composta (verdadeiro ou falso) depende do valor lo´gico das proposic¸o˜es simples que a compo˜em e da maneira como elas sa˜o combinadas pelos conectivos. Conhecendo-se os valores lo´gicos de duas proposic¸o˜es p e q, vamos definir os valores lo´gicos das proposic¸o˜es: ∼ p; p ∧ q; p ∨ q; p→ q e p↔ q. 1. Negac¸a˜o (∼) Dada uma proposic¸a˜o p, a negac¸a˜o de p sera´ indicada por ∼ p (Leˆ-se ”na˜o p”). O valor verdade da proposic¸a˜o ∼ p sera´ o oposto do valor verdade de p. Em resumo: Negac¸a˜o: se V(p) = V enta˜o V(∼ p) = F e se V(p) = F enta˜o V(∼ p). Essas possibilidades para os valores lo´gicos podem ser colocadas em uma tabela, denomi- nada tabela-verdade. Uma tabela verdade e´ uma tabela que conte´m as proposic¸o˜es nas colunas e as possibilidades de valores-verdade nas linhas. E´ comum expressar os resultados de uma proposic¸a˜o composta por meio de tabelas- verdade, que permitem analisar seus valores-verdade. Tabela-verdade para a negac¸a˜o de p: p ∼ p V F F V 6 AlinguagemPascal(assimcomoamaioriadaslinguagensdeprogramac¸a˜o)possuios seguintesconectivosl´ogicos: notNegac¸a˜o andConjunc¸a˜o orDisjunc¸a˜o <=Condicional =Bicondicional Fonte:Menezes(2013). #FIMSAIBAMAIS# Ovalorl´ogicodeumaproposi¸ca˜ocomposta(verdadeirooufalso)dependedovalorl´ogicodas proposi¸co˜essimplesqueacompo˜emedamaneiracomoelass˜aocombinadaspelosconectivos. Conhecendo-seosvaloresl´ogicosdeduasproposi¸co˜espeq,vamosdefinirosvaloresl´ogicos dasproposi¸co˜es:∼p;p∧q;p∨q;p→qep↔q. 1.Negac¸a˜o(∼) Dadaumaproposi¸ca˜op,anegac¸a˜odepser´aindicadapor∼p(Leˆ-se”na˜op”).Ovalor verdadedaproposi¸ca˜o∼pser´aoopostodovalorverdadedep. Emresumo: Negac¸a˜o:seV(p)=Vent˜aoV(∼p)=FeseV(p)=Fent˜aoV(∼p). Essaspossibilidadesparaosvaloresl´ogicospodemsercolocadasemumatabela,denomi- nadatabela-verdade.Umatabelaverdadee´umatabelaquecont´emasproposi¸co˜esnascolunas easpossibilidadesdevalores-verdadenaslinhas.E´comumexpressarosresultadosdeuma proposi¸ca˜ocompostapormeiodetabelas-verdade,quepermitemanalisarseusvalores-verdade. Tabela-verdadeparaanegac¸a˜odep: p∼p VF FV 6 3 A linguagem Pascal (assim como a maioria das linguagens de programac¸a˜o) possui os seguintes conectivos lo´gicos: not Negac¸a˜o and Conjunc¸a˜o or Disjunc¸a˜o <= Condicional = Bicondicional Fonte: Menezes (2013). # FIM SAIBA MAIS# O valor lo´gico de uma proposic¸a˜o composta (verdadeiro ou falso) depende do valor lo´gico das proposic¸o˜es simples que a compo˜em e da maneira como elas sa˜o combinadas pelos conectivos. Conhecendo-se os valores lo´gicos de duas proposic¸o˜es p e q, vamos definir os valores lo´gicos das proposic¸o˜es: ∼ p; p ∧ q; p ∨ q; p→ q e p↔ q. 1. Negac¸a˜o (∼) Dada uma proposic¸a˜o p, a negac¸a˜o de p sera´ indicada por ∼ p (Leˆ-se ”na˜o p”). O valor verdade da proposic¸a˜o ∼ p sera´ o oposto do valor verdade de p. Em resumo: Negac¸a˜o: se V(p) = V enta˜o V(∼ p) = F e se V(p) = F enta˜o V(∼ p). Essas possibilidades para os valores lo´gicos podem ser colocadas em uma tabela, denomi- nada tabela-verdade. Uma tabela verdade e´ uma tabela que conte´m as proposic¸o˜es nas colunas e as possibilidades de valores-verdade nas linhas. E´ comum expressar os resultados de uma proposic¸a˜o composta por meio de tabelas- verdade, que permitem analisar seus valores-verdade. Tabela-verdade para a negac¸a˜o de p: p ∼ p V F F V 6 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E20 2. Conjunc¸a˜o (∧) O operador conjunc¸a˜o “∧” representa intuitivamente o papel ana´logo ao conectivo “e” da L´ıngua Portuguesa. Por exemplo, se p: “7 < 0” e q: “11 e´ ı´mpar”, enta˜o p ∧ q e´ a proposic¸a˜o “7 < 0 e 11 e´ ı´mpar”. Neste caso, sabemos que (p ∧ q) e´ falsa, pois falha a proposic¸a˜o q. Dadas duas proposic¸o˜es p e q, chama-se “conjunc¸a˜o de p e q” a proposic¸a˜o “p ∧ q” (leˆ-se p e q). A conjunc¸a˜o p∧ q sera´ verdadeira quando p e q forem ambas verdadeiras e sera´ falsa nos outros casos. Em resumo: V(p ∧ q) = V somente quando V(p) = V(q) = V. Tabela-verdade para a conjunc¸a˜o p ∧ q p q p ∧ q V V V V F F F V F F F F 3) Disjunc¸a˜o (∨) Dadas duas proposic¸o˜es p e q, chama-se “disjunc¸a˜o de p e q” a proposic¸a˜o “p ∨ q” (leˆ-se p ou q). A disjunc¸a˜o p ∨ q sera´ verdadeira se pelo menos uma das proposic¸o˜es (p ou q) for verdadeira e sera´ falsa apenas no caso em que as duas (p e q) forem falsas. Em resumo: V(p ∨ q) = F somente quando V(p) = V(q) = F. Exemplos: a) Se p: 3 + 4 > 5 e q: 3 + 1 = 2, a composta P(p, q) formada ao usar o conectivo “∨” e´ P:p ∨ q, que se leˆ P: 3 + 4 > 5 ou 3 + 1 = 2. b) A frase: “O aluno tem celular ou notebook” e´ uma disjunc¸a˜o de duas proposic¸o˜es simples: [O aluno tem celular] ∨ [O aluno tem notebook]. O concetivo ∨ tambe´m e´ chamado de “ou inclusivo”, pois ele admite as duas frases ver- dadeiras. A frase do exemplo acima e´ verdadeira se o aluno tiver somente celular, somente notebook, ou celular e notebook. Em resumo: V(p ∨ q) = F somente quando V(p) = V(q) = F. 7 2. Conjunc¸a˜o (∧) O operador conjunc¸a˜o “∧” representa intuitivamente o papel ana´logo ao conectivo “e” da L´ıngua Portuguesa. Por exemplo, se p: “7 < 0” e q: “11 e´ ı´mpar”, enta˜o p ∧ q e´ a proposic¸a˜o “7 < 0 e 11 e´ ı´mpar”. Neste caso, sabemos que (p ∧ q) e´ falsa, pois falha a proposic¸a˜o q. Dadas duas proposic¸o˜es p e q, chama-se “conjunc¸a˜o de p e q” a proposic¸a˜o “p ∧ q” (leˆ-se p e q). A conjunc¸a˜o p∧ q sera´ verdadeira quando p e q forem ambas verdadeiras e sera´ falsa nos outros casos. Em resumo: V(p ∧ q) = V somente quando V(p) = V(q) = V. Tabela-verdade para a conjunc¸a˜o p ∧ q p q p ∧ q V V V V F F F V F F F F 3) Disjunc¸a˜o (∨) Dadas duas proposic¸o˜es p e q, chama-se “disjunc¸a˜o de p e q” a proposic¸a˜o “p ∨ q” (leˆ-se p ou q). A disjunc¸a˜o p ∨ q sera´ verdadeira se pelo menos uma das proposic¸o˜es (p ou q) for verdadeira e sera´ falsa apenas no caso em que as duas (p e q) forem falsas. Em resumo: V(p ∨ q) = F somente quando V(p) = V(q) = F. Exemplos: a) Se p: 3 + 4 > 5 e q: 3 + 1 = 2, a composta P(p, q) formada ao usar o conectivo “∨” e´ P:p ∨ q, que se leˆ P: 3 + 4 > 5 ou 3 + 1 = 2. b) A frase: “O aluno tem celular ou notebook” e´ uma disjunc¸a˜o de duas proposic¸o˜es simples: [O aluno tem celular] ∨ [O aluno tem notebook]. O concetivo ∨ tambe´m e´ chamado de “ou inclusivo”, pois ele admite as duas frases ver- dadeiras. A frase do exemplo acima e´ verdadeira se o aluno tiver somente celular, somente notebook, ou celular e notebook. Em resumo: V(p ∨ q) = F somente quando V(p) = V(q) = F. 7 Tabela-verdade para a disjunc¸a˜o p ∨ q. p q p ∨ q V V V V F V F V V F F F 3.1) Disjunc¸a˜o Exclusiva: (∨) Chama-se disjunc¸a˜o exclusiva de duas proposic¸o˜es p e q a proposic¸a˜o representada por “p ∨ q” ou p⊕q, que se leˆ: “ou p ou q” ou “p ou q, mas na˜o ambos”, cujo valor lo´gico e´ a verdade (V) somente quando p e´ verdadeira ou q e´ verdadeira, mas na˜o quando p e q sa˜o ambas verdadeiras, e a falsidade (F) quando p e q sa˜o ambas verdadeiras ou ambas falsas. Em resumo: V( p∨q ) = F quando V(p) = V(q). Na disjunc¸a˜o exclusiva, as duas proposic¸o˜es na˜o podem ocorrer ao mesmo tempo. Exemplos: a) p: x e´ par ; q: x e´ ı´mpar. x pode ser par ou ı´mpar, mas x na˜o pode ser par e ı´mpar ao mesmo tempo. A composta “p ou q” e´ simbolizada por P(p, q) = (p∨q). b) Arnaldo e´ alagoano ou pernambucano. c) O documento foi enviado por malote ou pelo correio. Tabela-verdade da disjunc¸a˜o exclusiva p∨q. p q p∨q V V F V F V F V V F F F 4. Condicional (−→) Sejam p e q proposic¸o˜es. A proposic¸a˜o “se p, enta˜o q” , que sera´ denotada por p → q, e´ chamada de condicional ou implicac¸a˜o. A proposic¸a˜o p → q assume o valor falso somente 8 Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 21 quando p for verdadeira e q for falsa. Resumindo: V(p→ q) = F somente quando V(p) = V e V(q) = F. Ilustremos inicialmente uma interpretac¸a˜o do conectivo → atrave´s da sentenc¸a: “Se Ana conseguir o emprego, enta˜o fara´ uma festa.” Definindo-se: p: “Ana consegue o emprego” e q: “ Ana faz uma festa”, enta˜o (p → q) representa a promessa de Ana. Vamos analisar quando a promessa sera´ cumprida: 1) Digamos que ela consiga a vaga de emprego (p e´ V). Pode acontecer que ela fac¸a a festa (q e´ V), cumprindo a promessa (p → q e´ V). Por outro lado, Ana pode na˜o fazer a festa, descumprindo a promessa (p→ q e´ F). 2) Digamos que Ana na˜o consiga o emprego (p e´ F). Neste caso, independente de fazer ou na˜o uma festa (q e´ V ou F), a promessa na˜o sera´ descumprida (p→ q e´ V). Observamos que a u´nica possibilidade de p→ q ser falsa e´ quando p e´ V e q e´ F. Tabela-verdade da condicional p→ q. p q p→ q V V V V F F F V V F F V Na condicional p → q, a proposic¸a˜o p e´ chamada de hipo´tese, premissa ou antecedente, enquanto a proposic¸a˜o q e´ denominada tese, conclusa˜o ou consequente. Em Portugueˆs, o uso do condicional estabelece uma relac¸a˜o de causa e efeito entre a hipo´tese e a conclusa˜o. Entretanto, na condicional lo´gica p → q, na˜o e´ necessa´rio existir uma relac¸a˜o causal entre a hipo´tese p e a tese q. Por exemplo, a condicional: “Se laranjas sa˜o azuis enta˜o 2 e´ par” e´ destitu´ıda de “sentido” na l´ıngua portuguesa, mas como a hipo´tese e´ falsa, temos que a condicional e´ verdadeira, mesmo na˜o existindo relac¸a˜o de causa e efeito entre as proposic¸o˜es envolvidas. 9 quando p for verdadeira e q for falsa. Resumindo: V(p→ q) = F somente quando V(p) = V e V(q) = F. Ilustremos inicialmente uma interpretac¸a˜o do conectivo → atrave´s da sentenc¸a: “Se Ana conseguir o emprego, enta˜o fara´ uma festa.” Definindo-se: p: “Ana consegue o emprego” e q: “ Ana faz uma festa”, enta˜o (p → q) representa a promessa de Ana. Vamos analisar quando a promessa sera´ cumprida: 1) Digamos que ela consiga a vaga de emprego (p e´ V). Pode acontecer que ela fac¸a a festa (q e´ V), cumprindo a promessa (p → q e´ V). Por outro lado, Ana pode na˜o fazer a festa, descumprindo a promessa (p→ q e´ F). 2) Digamos que Ana na˜o consiga o emprego (p e´ F). Neste caso, independente de fazer ou na˜o uma festa (q e´ V ou F), a promessa na˜o sera´ descumprida (p→ q e´ V). Observamos que a u´nica possibilidade de p→ q ser falsa e´ quando p e´ V e q e´ F. Tabela-verdade da condicional p→ q. p q p→ q V V V V F F F V V F F V Na condicional p → q, a proposic¸a˜o p e´ chamada de hipo´tese, premissa ou antecedente, enquanto a proposic¸a˜o q e´ denominada tese, conclusa˜o ou consequente. Em Portugueˆs, o uso do condicional estabelece uma relac¸a˜o de causa e efeito entre a hipo´tese e a conclusa˜o. Entretanto, na condicional lo´gica p → q, na˜o e´ necessa´rio existir uma relac¸a˜o causal entre a hipo´tese p e a tese q. Por exemplo, a condicional: “Se laranjas sa˜o azuis enta˜o 2 e´ par” e´ destitu´ıda de “sentido” na l´ıngua portuguesa, mas como a hipo´tese e´ falsa, temos que a condicional e´ verdadeira, mesmo na˜o existindo relac¸a˜o de causa e efeito entre as proposic¸o˜es envolvidas. 9 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E22 Proposic¸o˜es Associadas a uma Condicional: Consideremos as proposic¸o˜es: p: O quadrila´tero Q e´ um quadrado. q: O quadrila´tero Q e´ um retaˆngulo. e a condicional p→ q : “Se o quadrila´tero Q e´ um quadrado, enta˜o e´ um retaˆngulo.” Temos as seguintes proposic¸o˜es associadas a` condicional p→ q : • Contrapositiva ∼ q →∼ p : “Se o quadrila´tero Q na˜o e´ um retaˆngulo, enta˜o Q na˜o e´ um quadrado.” • Rec´ıproca q → p : “Se o quadrila´tero Q e´ um retaˆngulo, enta˜o e´ um quadrado.” • Inversa ∼ p →∼ q : “Se o quadrila´tero Q na˜o e´ um quadrado, enta˜o Q na˜o e´ um retaˆngulo.” 5. Bicondicional (↔) Se p e q sa˜o duas proposic¸o˜es, a proposic¸a˜o “p, se e somente se q”, que sera´ indicada por “p↔ q” e´ chamada de bicondicional. A proposic¸a˜o bicondicional sera´ verdadeira quando p e q forem ambas verdadeiras ou ambas falsas, e sera´ falsa nos demais casos. Resumindo: V (p↔ q) = V quando V(p) = V(q). Tabela-verdade da bicondicional p↔ q. p q p↔ q V V V V F F F V F F F V A bicondicional p↔ q tambe´m se leˆ de uma das seguintes maneiras: • p e´ condic¸a˜o necessa´ria e suficiente para q. • q e´ condic¸a˜o necessa´ria e suficiente para p. 10 Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 23 Exemplo: “Respiro se, e somente se, estou vivo”. Percebemos pelo exemplo que respirar e´ condic¸a˜o necessa´ria e suficiente para estar vivo, assim como estar vivo e´ condic¸a˜o necessa´ria e suficiente para respirar. Prioridades de Operac¸o˜es Lo´gicas Em uma operac¸a˜o que usa dois ou mais operadores lo´gicos, como p∧ r∨ q → r, a ordem em que eles aparecem e´ muito importante. Em geral, usam-se pareˆnteses para indicar a ordem e agrupamento das operac¸o˜es lo´gicas. Mas assim como na A´lgebra, existe uma convenc¸a˜o sobre a ordem de precedeˆncia para os conectivos, que estabelecem uma ordem de aplicac¸a˜o, mesmo na auseˆncia de pareˆnteses. OPERADOR PRIORIDADE ∼ 1 ∧ 2 ∨ 3 → 4 ↔ 5 Exemplo: Seja a sentenc¸a em linguagem natural: “Voceˆ na˜o pode andar de montanha russa se voceˆ tiver menos do que 1,20 metros de altura, a menos que voceˆ tenha 16 anos de idade.” Podemos fazer a traduc¸a˜o dessa sentenc¸a em proposic¸o˜es compostas da seguinte maneira. Consideremos as primitivas: • q: Voceˆ pode andar de montanha russa. • r: Voceˆ tem menos do que 1,20 m de altura. • s: Voceˆ tem mais de 16 anos de idade. Enta˜o, a sentenc¸a em linguagem natural pode ser traduzida em proposic¸o˜es lo´gicas como: r∧ ∼ s→∼ q, ou ainda ∼ r ∨ s→ q, que devem ser consideradas como [(r ∧ (∼ s))→ (∼ q)], ou ainda ((∼ r) ∨ s)→ q. 11 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E24 Tabela-Verdade Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 25 Tabelas-Verdade Dadas va´rias proposic¸o˜es simples p, q, r, s, ..., podemos combina´-las para formar novas proposic¸o˜es compostas. O valor-verdade dessas novas proposic¸o˜es fica completamente determinado pelos valores das proposic¸o˜es componentes e pela natureza dos conectivos envolvidos. Uma maneira de determinar o valor lo´gico de proposic¸o˜es compostas e´ pela construc¸a˜o de tabelas-verdade. Exemplos: 1) Construir a tabela-verdade da proposic¸a˜o ∼ (p ∧ q). Observemos que como existem duas proposic¸o˜es simples envolvidas, p e q, enta˜o existem 4 possibilidades de combinar os valores-verdade de p e q: VV; VF; FV e FF. Dessa forma, a tabela-verdade tera´ 22 = 4 linhas. p q p ∧ q ∼ (p ∧ q) V V V F V F F V F V F V F F F V 1 1 2 3 2) Construir a tabela-verdade da proposic¸a˜o (p∨ ∼ q)→ q. p q ∼ q p∨ ∼ q (p∨ ∼ q)→ q V V F V V V F V V F F V F F V F F V V F 12 Tabela-Verdade # REFLITA# Nu´mero de linhas de uma tabela-verdade “A tabela-verdade de uma proposic¸a˜o composta com n proposic¸o˜es simples componentes conte´m 2n linhas”. Fonte: a autora. #FIM REFLITA# Um outro modo de se construir a tabela-verdade de uma proposic¸a˜o composta e´ dada a seguir, onde colocamos todos os elementos envolvidos na proposic¸a˜o composta e numeramos as etapas; a soluc¸a˜o sera´ a u´ltima etapa: 3) Encontrar a tabela-verdade da proposic¸a˜o composta S = (p∨ ∼ q)→ (p ∧ q ↔ r). p q r (p ∨ ∼ q) → (p ∧ q ↔ r) V V V V V F V V V V V V V V F V V F F V V V F F V F V V V V F V F F F V V F F V V V V V F F V F F V V F F F V F F V F V F V F F F F V F F V V F F F V F V V F F F F F V F F F F V V V F F F V F 1 1 1 1 3 2 6 1 4 1 5 1 4) Construir a tabela-verdade de (p ∧ q)∨ ∼ (p→ q). (p ∧ q) ∨ ∼ (p → q) V V V V F V V V V F F V V V F F F F V F F F V V F F F F F F V F 1 2 1 5 4 1 3 1 Tautologias e Contradic¸o˜es Uma tautologia e´ uma proposic¸a˜o composta que e´ sempre verdadeira, quaisquer que sejam os valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples que a compo˜em, ou seja, a coluna de resultado de sua 13 # REFLITA# Nu´mero de linhas de uma tabela-verdade “A tabela-verdade de uma proposic¸a˜o composta com n proposic¸o˜es simples componentes conte´m 2n linhas”. Fonte: a autora. #FIM REFLITA# Um outro modo de se construir a tabela-verdade de uma proposic¸a˜o composta e´ dada a seguir, onde colocamos todos os elementos envolvidos na proposic¸a˜o composta e numeramos as etapas; a soluc¸a˜o sera´ a u´ltima etapa: 3) Encontrar a tabela-verdade da proposic¸a˜o composta S = (p∨ ∼ q)→ (p ∧ q ↔ r). p q r (p ∨ ∼ q) → (p ∧ q ↔ r) V V V V V F V V V V V V V V F V V F F V V V F F V F V V V V F V F F F V V F F V V V V V F F V F F V V F F F V F F V F V F V F F F F V F F V V F F F V F V V F F F F F V F F F F V V V F F F V F 1 1 1 1 3 2 6 1 4 1 5 1 4) Construir a tabela-verdade de (p ∧ q)∨ ∼ (p→ q). (p ∧ q) ∨ ∼ (p → q) V V V V F V V V V F F V V V F F F F V F F F V V F F F F F F V F 1 2 1 5 4 1 3 1 Tautologias e Contradic¸o˜es Uma tautologia e´ uma proposic¸a˜o composta que e´ sempre verdadeira, quaisquer que sejam os valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples que a compo˜em, ou seja, a coluna de resultado de sua 13 # REFLITA# Nu´mero de linhas de uma tabela-verdade “A tabela-verdade de uma proposic¸a˜o composta com n proposic¸o˜es simples componentes conte´m 2n linhas”. Fonte: a autora. #FIM REFLITA# Um outro modo de se construir a tabela-verdade de uma proposic¸a˜o composta e´ dada a seguir, onde colocamos todos os elementos envolvidos na proposic¸a˜o composta e numeramos as etapas; a soluc¸a˜o sera´ a u´ltima etapa: 3) Encontrar a tabela-verdade da proposic¸a˜o composta S = (p∨ ∼ q)→ (p ∧ q ↔ r). p q r (p ∨ ∼ q) → (p ∧ q ↔ r) V V V V V F V V V V V V V V F V V F F V V V F F V F V V V V F V F F F V V F F V V V V V F F V F F V V F F F V F F V F V F V F F F F V F F V V F F F V F V V F F F F F V F F F F V V V F F F V F 1 1 1 1 3 2 6 1 4 1 5 1 4) Construir a tabela-verdade de (p ∧ q)∨ ∼ (p→ q). (p ∧ q) ∨ ∼ (p → q) V V V V F V V V V F F V V V F F F F V F F F V V F F F F F F V F 1 2 1 5 4 1 3 1 Tautologias e Contradic¸o˜es Uma tautologia e´ uma proposic¸a˜o composta que e´ sempre verdadeira, quaisquer que sejam os valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples que a compo˜em, ou seja, a coluna de resultado de sua 13 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E26 tabela-verdade conte´m somente valores lo´gicos verdadeiros (V). Por outro lado, uma proposic¸a˜o composta que e´ sempre falsa e´ chamada de contradic¸a˜o. Uma proposic¸a˜o composta que na˜o e´ uma tautologia nem uma contradic¸a˜o e´ denominada contingeˆncia. Exemplos: 1) A proposic¸a˜o composta p ∧ q → q e´ uma tautologia. p ∧ q → q V V V V V V F F V F F F V V V F F F V F 1 2 1 3 1 2) A proposic¸a˜o composta (p ∧ q)∧ ∼ (p ∨ q) e´ uma contradic¸a˜o. (p ∧ q) ∧ ∼ (p ∨ q) V V V F F V V V V F F F V V V F F F V F V F V V F F F F V F F F 1 2 1 5 4 1 3 1 3) A proposic¸a˜o composta q →∼ q e´ uma contingeˆncia. q → ∼ q V F F F V V As tautologias e contradic¸o˜es teˆm fundamental importaˆncia em me´todos de prova, e e´ atrave´s das tautologias que podemos simplificar expresso˜es lo´gicas. # REFLITA # A Lo´gica e´ a anatomia do pensamento. (John Locke) # FIM REFLITA # 14 tabela-verdade conte´m somente valores lo´gicos verdadeiros (V). Por outro lado, uma proposic¸a˜o composta que e´ sempre falsa e´ chamada de contradic¸a˜o. Uma proposic¸a˜o composta que na˜o e´ uma tautologia nem uma contradic¸a˜o e´ denominada contingeˆncia. Exemplos: 1) A proposic¸a˜o composta p ∧ q → q e´ uma tautologia. p ∧ q → q V V V V V V F F V F F F V V V F F F V F 1 2 1 3 1 2) A proposic¸a˜o composta (p ∧ q)∧ ∼ (p ∨ q) e´ uma contradic¸a˜o. (p ∧ q) ∧ ∼ (p ∨ q) V V V F F V V V V F F F V V V F F F V F V F V V F F F F V F F F 1 2 1 5 4 1 3 1 3) A proposic¸a˜o composta q →∼ q e´ uma contingeˆncia. q → ∼ q V F F F V V As tautologias e contradic¸o˜es teˆm fundamental importaˆncia em me´todos de prova, e e´ atrave´s das tautologias que podemos simplificar expresso˜es lo´gicas. # REFLITA # A Lo´gica e´ a anatomia do pensamento. (John Locke) # FIM REFLITA # 14 tabela-verdade conte´m somente valores lo´gicos verdadeiros (V). Por outro lado, uma proposic¸a˜o composta que e´ sempre falsa e´ chamada de contradic¸a˜o. Uma proposic¸a˜o composta que na˜o e´ uma tautologia nem uma contradic¸a˜o e´ denominada contingeˆncia. Exemplos: 1) A proposic¸a˜o composta p ∧ q → q e´ uma tautologia. p ∧ q → q V V V V V V F F V F F F V V V F F F V F 1 2 1 3 1 2) A proposic¸a˜o composta (p ∧ q)∧ ∼ (p ∨ q) e´ uma contradic¸a˜o. (p ∧ q) ∧ ∼ (p ∨ q) V V V F F V V V V F F F V V V F F F V F V F V V F F F F V F F F 1 2 1 5 4 1 3 1 3) A proposic¸a˜o composta q →∼ q e´ uma contingeˆncia. q → ∼ q V F F F V V As tautologias e contradic¸o˜es teˆm fundamental importaˆncia em me´todos de prova, e e´ atrave´s das tautologias que podemos simplificar expresso˜es lo´gicas. # REFLITA # A Lo´gica e´ a anatomia do pensamento. (John Locke) # FIM REFLITA # 14 Tautologias e Contradições Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 27 Equivaleˆncias Lo´gicas Duas proposic¸o˜es compostas P e Q sa˜o chamadas logicamente equivalentes se suas tabelas -verdade sa˜o ideˆnticas, ou melhor, se, e somente se, P ↔ Q for tautologia. Notac¸o˜es: P ≡ Q ou P ⇔ Q. Podemos verificar que duas proposic¸o˜es sa˜o logicamente equivalentes por meio da construc¸a˜o de suas tabelas-verdade. Exemplos: 1) Verificar que p ≡∼ (∼ p). p ∼ p ∼ (∼ p) p↔∼ (∼ p) V F V V F V F V 1 2 3 4 2) Verificar que p→ q ⇔∼ p ∨ q. p q ∼ p p→ q ∼ p ∨ q p→ q ↔∼ p ∨ q V V F V V V V F F F F V F V V V V V F F V V V V 1 1 2 3 4 5 15 Equivalências Lógicas LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E28 Equivaleˆncias Lo´gicas Importantes p, q, r proposic¸o˜es Notac¸o˜es V: tautologia F: contradic¸a˜o Propriedade Equivaleˆncia Lo´gica p ∧ V ≡ p p ∨ F ≡ p Identidades p↔ V ≡ p p∨F ≡ p Dominac¸a˜o p ∨ V ≡ V p ∧ F ≡ F Leis da idempoteˆncia p ∨ p ≡ p p ∧ p ≡ p Dupla negac¸a˜o ∼ (∼ p) ≡ p p ∨ q ≡ q ∨ p Comutativa p ∧ q ≡ q ∧ p p↔ q ≡ q ↔ p (p ∨ q) ∨ r ≡ p ∨ (q ∨ r) Associativa (p ∧ q) ∧ r ≡ p ∧ (q ∧ r) (p↔ q)↔ r ≡ p↔ (q ↔ r) Negac¸a˜o ou Inversa p∨ ∼ p ≡ V p∧ ∼ p ≡ F Leis da implicac¸a˜o (p→ q) ≡ (∼ p ∨ q) ≡∼ (p∧ ∼ q) ∼ (p→ q) ≡ (p∧ ∼ q) Leis da equivaleˆncia (p↔ q) ≡ (p→ q) ∧ (q → p) ∼ (p↔ q) ≡ (p↔∼ q) ≡ (∼ p↔ q) Distributiva p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r) p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r) Leis de De Morgan ∼ (p ∨ q) ≡∼ p∧ ∼ q ∼ (p ∧ q) ≡∼ p∨ ∼ q Absorc¸a˜o p ∨ (p ∧ q) ≡ p p ∧ (p ∨ q) ≡ p Lei da contrapositiva (p→ q) ≡ (∼ q)→ (∼ p) Lei da reduc¸a˜o ao absurdo p→ q ≡ (p∧ ∼ q)→ F Para estudos desenvolvidos em te´cnicas digitais, as diversas portas lo´gicas sa˜o expressas em termos de ∼ e ∧. E´ importante enta˜o expressar qualquer um dos conectivos usando somente ∼ e ∧. 16 Equivalência Lógicas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 29 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E30 Exerc´ıcio: Prove, usando tabela-verdade, a equivaleˆncia dos conectivos estudados com as expresso˜es que envolvem somente ∼ e ∧: a) Disjunc¸a˜o: p ∨ q ≡∼ (∼ p∧ ∼ q). b) Condicional: p→ q ≡∼ (p∧ ∼ q) c) Bicondicional: p↔ q ≡∼ (∼ (p ∧ q)∧ ∼ (∼ p∧ ∼ q)) Conectivos Lo´gicos e Programac¸a˜o De acordo com Gersting (2004, p.9), podemos exemplificar uma aplicac¸a˜o da Lo´gica Matema´tica na computac¸a˜o: Os conectivos lo´gicos E (AND), OU (OR) e NA˜O (NOT)(correspondendo, respectivamente, a ∧,∨ e ∼) esta˜o dispon´ıveis em muitas linguagens de programac¸a˜o, assim como em calculadoras gra´ficas programa´veis. Esses conectivos, de acordo com as tabelas-verdade que definimos, agem em combinac¸o˜es de expresso˜es verdadeiras ou falsas para produzir um valor lo´gico final. Tais valores lo´gicos fornecem a capacidade de tomada de decisa˜o fundamental ao fluxo de controle em programas de computadores. Assim, em uma ramificac¸a˜o condicional de um programa, se o valor lo´gico da expressa˜o condicional for verdadeiro, o programa executara´ a seguir um trecho de seu co´digo; se o valor for falso, o programa executara´ um trecho diferente de seu co´digo. Se a expressa˜o condicional for substitu´ıda por outra expressa˜o equivalente mais simples, o valor lo´gico da expressa˜o, e portanto, o fluxo de controle do programa, na˜o sera´ afetado, mas o novo co´digo sera´ mais fa´cil de ser entendido e podera´ ser executado mais rapidamente. Exemplo: Vejamos o seguinte comando na linguagem de programac¸a˜o Pascal: if(( x > y) and not ((x > y) and (z < 1000))) then Fac¸a isso (um procedimento) else Fac¸a aquilo (outro procedimento). Aqui a expressa˜o condicional tem a forma A∧ ∼ (A ∧ B), em que A: x > y e B: z < 1000. Essa expressa˜o pode ser simplificada utilizando uma condicional simplificada: A∧ ∼ (A ∧ B) ≡ A ∧ (∼ A∨ ∼ B) (Leis de De Morgan) ≡ (A∧ ∼ A) ∨ (A∧ ∼ B) (distribuitividade) ≡ F ∨ (A∧ ∼ B) (F denota contradic¸a˜o) ≡ (A∧ ∼ B) ∨ F (comutatividade) ≡ (A∧ ∼ B) (identidade) 17 Exerc´ıcio: Prove, usando tabela-verdade, a equivaleˆncia dos conectivos estudados com as expresso˜es que envolvem somente ∼ e ∧: a) Disjunc¸a˜o: p ∨ q ≡∼ (∼ p∧ ∼ q). b) Condicional: p→ q ≡∼ (p∧ ∼ q) c) Bicondicional: p↔ q ≡∼ (∼ (p ∧ q)∧ ∼ (∼ p∧ ∼ q)) Conectivos Lo´gicos e Programac¸a˜o De acordo com Gersting (2004, p.9), podemos exemplificar uma aplicac¸a˜o da Lo´gica Matema´tica na computac¸a˜o: Os conectivos lo´gicos E (AND), OU (OR) e NA˜O (NOT)(correspondendo, respectivamente, a ∧,∨ e ∼) esta˜o dispon´ıveis em muitas linguagens de programac¸a˜o, assim como em calculadoras gra´ficas programa´veis. Esses conectivos, de acordo com as tabelas-verdade que definimos, agem em combinac¸o˜es de expresso˜es verdadeiras ou falsas para produzir um valor lo´gico final. Tais valores lo´gicos fornecem a capacidade de tomada de decisa˜o fundamental ao fluxo de controle em programas de computadores. Assim, em uma ramificac¸a˜o condicional de um programa, se o valor lo´gico da expressa˜o condicional for verdadeiro, o programa executara´ a seguir um trecho de seu co´digo; se o valor for falso, o programa executara´ um trecho diferente de seu co´digo. Se a expressa˜o condicional for substitu´ıda por outra expressa˜o equivalente mais simples, o valor lo´gico da expressa˜o, e portanto, o fluxo de controle do programa, na˜o sera´ afetado, mas o novo co´digo sera´ mais fa´cil de ser entendido e podera´ ser executado mais rapidamente. Exemplo: Vejamos o seguinte comando na linguagem de programac¸a˜o Pascal: if(( x > y) and not ((x > y) and (z < 1000))) then Fac¸a isso (um procedimento) else Fac¸a aquilo (outro procedimento). Aqui a expressa˜o condicional tem a forma A∧ ∼ (A ∧ B), em que A: x > y e B: z < 1000. Essa expressa˜o pode ser simplificada utilizando uma condicional simplificada: A∧ ∼ (A ∧ B) ≡ A ∧ (∼ A∨ ∼ B) (Leis de De Morgan) ≡ (A∧ ∼ A) ∨ (A∧ ∼ B) (distribuitividade) ≡ F ∨ (A∧ ∼ B) (F denota contradic¸a˜o) ≡ (A∧ ∼ B) ∨ F (comutatividade) ≡ (A∧ ∼ B) (identidade) 17 Implicações Lógicas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 31 O comando pode enta˜o ser reescrito como: if ((x > y) and not (z < 1000)) then Fac¸a isso (um procedimento) else Fac¸a aquilo (outro procedimento). Implicac¸o˜es Lo´gicas Sejam p e q duas proposic¸o˜es. Dizemos que p implica logicamente q se p→ q e´ uma tautologia. Denotaremos que p implica logicamente em q por “p⇒ q”. As implicac¸o˜es lo´gicas tambe´m podem ser chamadas de “infereˆncias lo´gicas”. As regras de infereˆncia sa˜o, na verdade, formas va´lidas de racioc´ınio, isto e´, sa˜o formas que nos permitem concluir o consequente, uma vez que consideremos o antecedente verdadeiro; em termos textu- ais, costumamos utilizar o termo “logo” (ou seus sinoˆnimos: portanto, em consequeˆncia, etc.) para caracterizar as Regras de Infereˆncia; a expressa˜o p⇒ q pode enta˜o ser lida: “p; logo, q”. Listamos a seguir algumas regras de infereˆncia importantes, sendo p, q e r proposic¸o˜es quais- quer: Regras de Infereˆncia 1. p⇒ p ∨ q Lei de adic¸a˜o 2. p ∧ q ⇒ p Leis de simplificac¸a˜o p ∧ q ⇒ q 3. (p→ q) ∧ p⇒ q Modus Ponens 4. (p→ q)∧ ∼ q ⇒∼ p Modus Tollens 5. (p ∨ q)∧ ∼ p⇒ q Silogismo disjuntivo 6. (p→ q) ∧ (q → r)⇒ (p→ r) Silogismo hipote´tico 7. p→ F ⇒∼ p Demonstrac¸a˜o por absurdo 18 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E32 Exemplo: “Se e´ gato, enta˜o mia. E´ gato, portanto mia.” Essa frase exemplifica a regra de infereˆncia Modus Ponens (p→ q) ∧ p⇒ q. Provemos sua veracidade: p q p→ q (p→ q) ∧ p [(p→ q) ∧ p]→ q V V V V V V F F F V F V V F V F F V F V Exerc´ıcio: Verificar cada uma das infereˆncias acima usando tabela-verdade. Me´todo Dedutivo Argumentos Um argumento e´ uma sequeˆncia de proposic¸o˜es na qual uma delas deriva das demais. Usualmente, a proposic¸a˜o derivada e´ chamada conclusa˜o, e as demais, premissas. Dito de outra maneira, chama-se argumento a afirmac¸a˜o de que de um dado conjunto de proposic¸o˜es P1, P2, ...Pn, chamadas premissas, decorre uma proposic¸a˜o Q, chamada conclusa˜o. Exemplo: 19 Método Dedutivo Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 33 Exemplo: “Se e´ gato, enta˜o mia. E´ gato, portanto mia.” Essa frase exemplifica a regra de infereˆncia Modus Ponens (p→ q) ∧ p⇒ q. Provemos sua veracidade: p q p→ q (p→ q) ∧ p [(p→ q) ∧ p]→ q V V V V V V F F F V F V V F V F F V F V Exerc´ıcio: Verificar cada uma das infereˆncias acima usando tabela-verdade. Me´todo Dedutivo Argumentos Um argumento e´ uma sequeˆncia de proposic¸o˜es na qual uma delas deriva das demais. Usualmente, a proposic¸a˜o derivada e´ chamada conclusa˜o, e as demais, premissas. Dito de outra maneira, chama-se argumento a afirmac¸a˜o de que de um dado conjunto de proposic¸o˜es P1, P2, ...Pn, chamadas premissas, decorre uma proposic¸a˜o Q, chamada conclusa˜o. Exemplo: 19 Todo aluno de Engenharia de Software precisa estudar Lo´gica. (premissa) Leonardo e´ aluno de Engenharia de Software. (premissa) Logo, Leonardo precisa estudar Lo´gica. (conclusa˜o) Um argumento e´ considerado va´lido se a conjunc¸a˜o das hipo´teses implica na tese. As pre- missas sa˜o consideradas provas evidentes da verdade da conclusa˜o. Exemplos: 1) Se e´ mamı´fero, enta˜o e´ vertebrado. A baleia e´ um mamı´fero. Logo, a baleia e´ um vertebrado. Argumento va´lido, em que as premissas e a conclusa˜o sa˜o verdadeiras. 2) Fernando Collor foi presidente do Brasil. Se e´ presidente do Brasil, enta˜o sofre impeachemnt. Logo, Collor sofreu impeachment no mandato como presidente. Argumento va´lido, com uma das premissas falsa, mas conclusa˜o verdadeira. 3) Se e´ cobra, tem asas. A sucuri e´ uma cobra. Logo, a sucuri tem asas. Argumento va´lido com uma das premissas falsa, e conclusa˜o falsa. Se a conclusa˜o na˜o decorre das premissas, dizemos que o argumento e´ inva´lido ou sofisma. Exemplos: 1) Se o nu´mero e´ mu´ltiplo de 4, enta˜o e´ mu´ltiplo de 2. O nu´mero e´ mu´ltiplo de 2. Logo, tambe´m e´ mu´ltiplo de 4. 2) Se e´ pa´ssaro, e´ mortal. Eu sou mortal. Portanto, eu sou um pa´ssaro. A validade do argumento depende exclusivamente do relacionamento lo´gico entre as premissas e a conclusa˜o. A Lo´gica na˜o se ocupa de verificar se as premissas sa˜o verdadeiras; o objetivo da Lo´gica e´ verificar se o argumento e´ estruturado de forma tal que, independentemente dos valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples envolvidas, a veracidade das premissas implica na veracidade da conclusa˜o. 20 Todo aluno de Engenharia de Software precisa estudar Lo´gica. (premissa) Leonardo e´ aluno de Engenharia de Software. (premissa) Logo, Leonardo precisa estudar Lo´gica. (conclusa˜o) Um argumento e´ considerado va´lido se a conjunc¸a˜o das hipo´teses implica na tese. As pre- missas sa˜o consideradas provas evidentes da verdade da conclusa˜o. Exemplos: 1) Se e´ mamı´fero, enta˜o e´ vertebrado. A baleia e´ um mamı´fero. Logo, a baleia e´ um vertebrado. Argumento va´lido, em que as premissas e a conclusa˜o sa˜o verdadeiras. 2) Fernando Collor foi presidente do Brasil. Se e´ presidente do Brasil, enta˜o sofre impeachemnt. Logo, Collor sofreu impeachment no mandato como presidente. Argumento va´lido, com uma das premissas falsa, mas conclusa˜o verdadeira. 3) Se e´ cobra, tem asas. A sucuri e´ uma cobra. Logo, a sucuri tem asas. Argumento va´lido com uma das premissas falsa, e conclusa˜o falsa. Se a conclusa˜o na˜o decorre das premissas, dizemos que o argumento e´ inva´lido ou sofisma. Exemplos: 1) Se o nu´mero e´ mu´ltiplo de 4, enta˜o e´ mu´ltiplo de 2. O nu´mero e´ mu´ltiplo de 2. Logo, tambe´m e´ mu´ltiplo de 4. 2) Se e´ pa´ssaro, e´ mortal. Eu sou mortal. Portanto, eu sou um pa´ssaro. A validade do argumento depende exclusivamente do relacionamento lo´gico entre as premissas e a conclusa˜o. A Lo´gica na˜o se ocupa de verificar se as premissas sa˜o verdadeiras; o objetivo da Lo´gica e´ verificar se o argumento e´ estruturado de forma tal que, independentemente dos valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples envolvidas, a veracidade das premissas implica na veracidade da conclusa˜o. 20 Todo aluno de Engenharia de Software precisa estudar Lo´gica. (premissa) Leonardo e´ aluno de Engenharia de Software. (premissa) Logo, Leonardo precisa estudar Lo´gica. (conclusa˜o) Um argumento e´ considerado va´lido se a conjunc¸a˜o das hipo´teses implica na tese. As pre- missas sa˜o consideradas provas evidentes da verdade da conclusa˜o. Exemplos: 1) Se e´ mamı´fero, enta˜o e´ vertebrado. A baleia e´ um mamı´fero. Logo, a baleia e´ um vertebrado. Argumento va´lido, em que as premissas e a conclusa˜o sa˜o verdadeiras. 2) Fernando Collor foi presidente do Brasil. Se e´ presidente do Brasil, enta˜o sofre impeachemnt. Logo, Collor sofreu impeachment no mandato como presidente. Argumento va´lido, com uma das premissas falsa, mas conclusa˜o verdadeira. 3) Se e´ cobra, tem asas. A sucuri e´ uma cobra. Logo, a sucuri tem asas. Argumento va´lido com uma das premissas falsa, e conclusa˜o falsa. Se a conclusa˜o na˜o decorre das premissas, dizemos que o argumento e´ inva´lido ou sofisma. Exemplos: 1) Se o nu´mero e´ mu´ltiplo de 4, enta˜o e´ mu´ltiplo de 2. O nu´mero e´ mu´ltiplo de 2. Logo, tambe´m e´ mu´ltiplo de 4. 2) Se e´ pa´ssaro, e´ mortal. Eu sou mortal. Portanto, eu sou um pa´ssaro. A validade do argumento depende exclusivamente do relacionamento lo´gico entre as premissas e a conclusa˜o. A Lo´gica na˜o se ocupa de verificar se as premissas sa˜o verdadeiras; o objetivo da Lo´gica e´ verificar se o argumento e´ estruturado de forma tal que, independentemente dos valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples envolvidas, a veracidade das premissas implica na veracidade da conclusa˜o. 20 Todo aluno de Engenharia de Software precisa estudar Lo´gica. (premissa) Leonardo e´ aluno de Engenharia de Software. (premissa) Logo, Leonardo precisa estudar Lo´gica. (conclusa˜o) Um argumento e´ considerado va´lido se a conjunc¸a˜o das hipo´teses implica na tese. As pre- missas sa˜o consideradas provas evidentes da verdade da conclusa˜o. Exemplos: 1) Se e´ mamı´fero, enta˜o e´ vertebrado. A baleia e´ um mamı´fero. Logo, a baleia e´ um vertebrado. Argumento va´lido, em que as premissas e a conclusa˜o sa˜o verdadeiras. 2) Fernando Collor foi presidente do Brasil. Se e´ presidente do Brasil, enta˜o sofre impeachemnt. Logo, Collor sofreu impeachment no mandato como presidente. Argumento va´lido, com uma das premissas falsa, mas conclusa˜o verdadeira. 3) Se e´ cobra, tem asas. A sucuri e´ uma cobra. Logo, a sucuri tem asas. Argumento va´lido com uma das premissas falsa, e conclusa˜o falsa. Se a conclusa˜o na˜o decorre das premissas, dizemos que o argumento e´ inva´lido ou sofisma. Exemplos: 1) Se o nu´mero e´ mu´ltiplo de 4, enta˜o e´ mu´ltiplo de 2. O nu´mero e´ mu´ltiplo de 2. Logo, tambe´m e´ mu´ltiplo de 4. 2) Se e´ pa´ssaro, e´ mortal. Eu sou mortal. Portanto, eu sou um pa´ssaro. A validade do argumento depende exclusivamente do relacionamento lo´gico entre as premissas e a conclusa˜o. A Lo´gica na˜o se ocupa de verificar se as premissas sa˜o verdadeiras; o objetivo da Lo´gica e´ verificar se o argumento e´ estruturado de forma tal que, independentemente dos valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples envolvidas, a veracidade das premissas implica na veracidade da conclusa˜o. 20 Exemplo: “Se e´ gato, enta˜o mia. E´ gato, portanto mia.” Essa frase exemplifica a regra de infereˆncia Modus Ponens (p→ q) ∧ p⇒ q. Provemos sua veracidade: p q p→ q (p→ q) ∧ p [(p→ q) ∧ p]→ q V V V V V V F F F V F V V F V F F V F V Exerc´ıcio: Verificar cada uma das infereˆncias acima usando tabela-verdade. Me´todo Dedutivo Argumentos Um argumento e´ uma sequeˆncia de proposic¸o˜es na qual uma delas deriva das demais. Usualmente, a proposic¸a˜o derivada e´ chamada conclusa˜o, e as demais, premissas. Dito de outra maneira, chama-se argumento a afirmac¸a˜o de que de um dado conjunto de proposic¸o˜es P1, P2, ...Pn, chamadas premissas, decorre uma proposic¸a˜o Q, chamada conclusa˜o. Exemplo: 19 Todo aluno de Engenharia de Software precisa estudar Lo´gica. (premissa) Leonardo e´ aluno de Engenharia de Software. (premissa) Logo, Leonardo precisa estudar Lo´gica. (conclusa˜o) Um argumento e´ considerado va´lido se a conjunc¸a˜o das hipo´teses implica na tese. As pre- missas sa˜o consideradas provas evidentes da verdade da conclusa˜o. Exemplos: 1) Se e´ mamı´fero, enta˜o e´ vertebrado. A baleia e´ um mamı´fero. Logo, a baleia e´ um vertebrado. Argumento va´lido, em que as premissas e a conclusa˜o sa˜o verdadeiras. 2) Fernando Collor foi presidente do Brasil. Se e´ presidente do Brasil, enta˜o sofre impeachemnt. Logo, Collor sofreu impeachment no mandato como presidente. Argumento va´lido, com uma das premissas falsa, mas conclusa˜o verdadeira. 3) Se e´ cobra, tem asas. A sucuri e´ uma cobra. Logo, a sucuri tem asas. Argumento va´lido com uma das premissas falsa, e conclusa˜o falsa. Se a conclusa˜o na˜o decorre das premissas, dizemos que o argumento e´ inva´lido ou sofisma. Exemplos: 1) Se o nu´mero e´ mu´ltiplo de 4, enta˜o e´ mu´ltiplo de 2. O nu´mero e´ mu´ltiplo de 2. Logo, tambe´m e´ mu´ltiplo de 4. 2) Se e´ pa´ssaro, e´ mortal. Eu sou mortal. Portanto, eu sou um pa´ssaro. A validade do argumento depende exclusivamente do relacionamento lo´gico entre as premissas e a conclusa˜o. A Lo´gica na˜o se ocupa de verificar se as premissas sa˜o verdadeiras; o objetivo da Lo´gica e´ verificar se o argumento e´ estruturado de forma tal que, independentemente dos valores lo´gicos das proposic¸o˜es simples envolvidas, a veracidade das premissas implica na veracidade da conclusa˜o. 20 Para provar que um argumento e´ va´lido, devemos verificar que P1 ∧ P2 ∧ ... ∧ Pn → Q e´ uma tautologia. Isso pode ser feito por meio das tabelas-verdade, mas o processo ficaria de- masiadamente longo se um grande nu´mero de proposic¸o˜es simples estiver envolvido. Podemos enta˜o recorrer ao me´todo dedutivo, que consiste em obter a conclusa˜o a partir das premissas e de uma cadeia de equivaleˆncias e infereˆncias que atuam sobre as hipo´teses, criando novas proposic¸o˜es ate´ que se obtenha a tese, provando o resultado. Exemplos: Verificar se os seguintes argumentos sa˜o va´lidos, usando o me´todo dedutivo. a) Se na˜o terminar o trabalho, enta˜o durmo mais cedo. Se dormir mais cedo, descansarei. Na˜o descansei. Logo, terminei o trabalho. Podemos reescrever o argumento acima na forma da lo´gica proposicional da seguinte forma: ∼ p→ q (hipo´tese 1) q → r (hipo´tese 2) ∼ r (hipo´tese 3) p (Tese) Onde: p : Termino o trabalho. q : Durmo mais cedo. r : Descanso. Devemos provar que (∼ p→ q) ∧ (q → r)∧ ∼ r ⇒ p 1. ∼ p→ q (hipo´tese) 2. q → r (hipo´tese) 3. ∼ r (hipo´tese) 4. ∼ q (2, 3, Modus Tollens) 5. ∼ (∼ p) (1, 4, Modus Tollens) 6. p (5, Dupla negac¸a˜o) b) [Gersting, 2004, p.26] Se o programa e´ eficiente, ele executara´ rapidamente. Ou o pro- grama e´ eficiente ou ele tem um erro. No entanto, o programa na˜o executa rapidamente. Portanto o programa tem um erro. E: o programa e´ eficiente. R: o programa executa rapidamente. B: o programa tem um erro. (E → R) ∧ (E ∨ B)∧ ∼ R⇒ B 21 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E34 Método Dedutivo Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 35 1. E → R (hipo´tese) 2. E ∨ B (hipo´tese) 3. ∼ R (hipo´tese) 4. ∼ E (1, 3, Modus Tollens) 5. B (2, 4, tautologia E ∨ B∧ ∼ E ⇒ B ) c) [Gersting, 2004, p.26] Ru´ssia tinha um poder superior e, a Franc¸a na˜o era forte ou Napolea˜o cometeu um erro. Napolea˜o na˜o cometeu um erro, mas se o exe´rcito na˜o tivesse falhado, a Franc¸a seria forte. Portanto, o exe´rcito falhou e a Ru´ssia tinha um poder superior. R: A Ru´ssia tinha um poder superior. F: A Franc¸a era forte. N: Napolea˜o cometeu um erro. E: O exe´rcito falhou. O argumento e´ portanto: [R ∧ (∼ F ∨N)]∧ ∼ N ∧ (∼ E → F )⇒ E ∧R. 1. R ∧ (∼ F ∨N) (hipo´tese) 2. ∼ N (hipo´tese) 3. ∼ E → F (hipo´tese) 4. R (1, Lei de simplificac¸a˜o ) 5. ∼ F ∨N (1, Lei de simplificac¸a˜o) 6. ∼ F (5, 2, silogismo disjuntivo) 7. ∼ (∼ E) (3, 6, Modus Tollens) 8. E (7, dupla negac¸a˜o) 9. E ∧R (8, 4, conjunc¸a˜o) Quantificadores e Predicados A Lo´gica proposicional na˜o e´ suficiente para simbolizar qualquer tipo de sentenc¸a, pois tem uma possibilidade limitada de expresso˜es. Por exemplo: • “Para todo x, y, x+ y > 3” • “Existem crianc¸as que na˜o gostam de chocolate.” • “Todo computador do Laborato´rio 2 esta´ com v´ırus.” 22 1. E → R (hipo´tese) 2. E ∨ B (hipo´tese) 3. ∼ R (hipo´tese) 4. ∼ E (1, 3, Modus Tollens) 5. B (2, 4, tautologia E ∨ B∧ ∼ E ⇒ B ) c) [Gersting, 2004, p.26] Ru´ssia tinha um poder superior e, a Franc¸a na˜o era forte ou Napolea˜o cometeu um erro. Napolea˜o na˜o cometeu um erro, mas se o exe´rcito na˜o tivesse falhado, a Franc¸a seria forte. Portanto, o exe´rcito falhou e a Ru´ssia tinha um poder superior. R: A Ru´ssia tinha um poder superior. F: A Franc¸a era forte. N: Napolea˜o cometeu um erro. E: O exe´rcito falhou. O argumento e´ portanto: [R ∧ (∼ F ∨N)]∧ ∼ N ∧ (∼ E → F )⇒ E ∧R. 1. R ∧ (∼ F ∨N) (hipo´tese) 2. ∼ N (hipo´tese) 3. ∼ E → F (hipo´tese) 4. R (1, Lei de simplificac¸a˜o ) 5. ∼ F ∨N (1, Lei de simplificac¸a˜o) 6. ∼ F (5, 2, silogismo disjuntivo) 7. ∼ (∼ E) (3, 6, Modus Tollens) 8. E (7, dupla negac¸a˜o) 9. E ∧R (8, 4, conjunc¸a˜o) Quantificadores e Predicados A Lo´gica proposicional na˜o e´ suficiente para simbolizar qualquer tipo de sentenc¸a, pois tem uma possibilidade limitada de expresso˜es. Por exemplo: • “Para todo x, y, x+ y > 3” • “Existem crianc¸as que na˜o gostam de chocolate.” • “Todo computador do Laborato´rio 2 esta´ com v´ırus.” 22 Na˜o e´ poss´ıvel simbolizar tais sentenc¸as adequadamente usando apenas varia´veis proposi- cionais, pareˆnteses e conectivos lo´gicos, pois elas conteˆm elementos novos (“para todo”, “para cada”, “para algum”) que sa˜o ligados ao conceito de predicados e quantificadores, que definire- mos posteriormente. Uma sentenc¸a aberta e´ uma expressa˜o que depende de uma ou mais varia´veis. O valor verdade dessas sentenc¸as so´ fica determinado quando os valores das varia´veis forem identifica- dos. (Logo, sentenc¸as abertas na˜o sa˜o proposic¸o˜es). Uma sentenc¸a aberta tambe´m pode ser denominada proposic¸a˜o aberta ou func¸a˜o proposi- cional. Exemplos: a) y + 2 e´ maior que 5. b) x e´ um nu´mero ı´mpar. c) O computador x do Laborato´rio 1 esta´ funcionando adequadamente. d) O quadrado de y e´ 81. Observamos que a sentenc¸a do exemplo (a) sera´ verdadeira se y for um nu´mero maior que 3, mas sera´ falsa se y ≤ 3. Chamamos conjunto universo (U) ou domı´nio de interpretac¸a˜o o conjunto de objetos dos quais a varia´vel pode ser escolhida. Para os exemplos acima, o conjunto universo do item (c) sa˜o os computadores do Laborato´rio 1, e o conjunto universo para o item (d) sa˜o nu´meros 23 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E36 inteiros. Numa sentenc¸a aberta, a propriedade ou relacionamento entre objetos (ou varia´veis) e´ chamada predicado. Denotaremos um predicado qualquer associado a uma varia´vel x por P (x). Por exemplo, na sentenc¸a “P (x) = x e´ nu´mero primo”, a propriedade da varia´vel x e´ “ser primo”. Temos que P(7) e´ verdadeira e P(18) e´ falsa, pois 7 e´ um nu´mero primo e 18 na˜o. Chama-seConjunto-Verdade (VP ) de uma sentenc¸a P (x) o conjunto de valores da varia´vel no Universo para os quais a sentenc¸a e´ verdadeira, ou seja, VP = {a ∈ U | V [P (a)] = V } Por exemplo, seja U = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} e a expressa˜o “x e´ par” representada por P(x). Temos enta˜o VP = {0, 2, 4, 6}. Para predicados que envolvem mais varia´veis, a ordem em que as varia´veis aparecem e´ im- portante. Por exemplo, se P(x,y) indica que x e´ predador de y, na˜o podemos dizer que y e´ predador de x (ou seja, que vale P(y,x)). Uma outra maneira de transformar sentenc¸as abertas em proposic¸o˜es e´ por meio da uti- lizac¸a˜o de quantificadores. Quantificadores sa˜o frases do tipo “para todo”, “para cada” ou “para algum”, isto e´, frases que dizem “quantos objetos” apresentam determinada propriedade. A a´rea da Lo´gica que estuda predicados e quantificadores e´ denominada de ca´lculo de predicados. Quantificador Universal: e´ simbolizado por “∀” e leˆ-se “para todo”, “para qualquer” ou “para cada”. Uma proposic¸a˜o do tipo “Para todo x, P (x) ” e´ simbolicamente representada por (∀x)(P (x)). Quantificador Existencial: simbolizado por “∃”, e´ lido como “existe um”; “ha´ pelo menos um”; “para ao menos um”; “para algum”. Uma proposic¸a˜o do tipo “Existe um x tal que P (x)” pode ser escrita simbolicamente como (∃x)(P (x)). Exemplos: Simbolizar as proposic¸o˜es: a) Para todo x, existe um y tal que x+ y < 0: (∀x)(∃y)(x+ y < 0) 24 Método Dedutivo Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 37 b) Existe um x e existe um y tal que x.y e´ racional: (onde x.y indica o produto de x por y) (∃x)(∃y)[(x.y) ∈ Q] c) Para todo x, se x e´ negativo, enta˜o existe y positivo tal que x+ y = 0: (∀x)[x < 0→ (∃y)(y > 0 ∧ x+ y = 0)] d) Somente os me´dicos podem solicitar exames. Indicando por M(x): x e´ me´dico e E(x): x pode solicitar exames, a sentenc¸a pode ser reescrita como: Para todo x, se x pode solicitar exames, enta˜o x e´ me´dico: (∀x)(E(x)→M(x)). e) Todo dia que e´ ensolarado na˜o e´ chuvoso. Considerando os s´ımbolos predicados D(x): x e´ um dia; E(x): x e´ ensolarado e C(x): x e´ chuvoso, enta˜o podemos reescrever a proposic¸a˜o como: (∀x)[D(x) ∧ E(x)→∼ C(x)] Negac¸a˜o de Sentenc¸as Quantificadas Consideremos a seguinte sentenc¸a: “Todos os insetos teˆm asas”. Sua negac¸a˜o sera´ “Na˜o e´ verdade que todos os insetos teˆm asas”, ou “Alguns insetos na˜o teˆm asas”, ou ainda, “Existem insetos que na˜o teˆm asas”. A negac¸a˜o de “Existem crianc¸as obesas” e´ “Nenhuma crianc¸a e´ obesa”, ou “Toda crianc¸a na˜o e´ obesa”, ou “Qualquer crianc¸a na˜o e´ obesa.” Resumindo: ∼ [(∀x)(P (x))] ≡ (∃x)(∼ P (x)) e ∼ [(∃x)(P (x))] ≡ (∀x)(∼ P (x)) Exemplo: Considere a sentenc¸a “Dados x, y ∈ R, se x < y, enta˜o x2 < y2.” 25 LÓGICA MATEMÁTICA Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IU N I D A D E38 Considerações Finais Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 39 a) Com o uso de s´ımbolos predicados e quantificadores apropriados, escrever simbolicamente a sentenc¸a: (∀x)(∀y)(x < y → x2 < y2). b) Escrever, simbolicamente e em linguagem usual, a negac¸a˜o da sentenc¸a dada. ∼ ((∀x)(∀y)(x < y → x2 < y2)) ≡ (∃x) ∼ ((∀y)(x < y → x2 < y2)) ≡ (∃x)(∃y) ∼ ((x < y → x2 < y2)) ≡ (∃x)(∃y) (x < y∧ ∼ (x2 < y2)) ≡ (∃x)(∃y) (x < y ∧ (x2 ≥ y2)) . “Existem x e y, com x < y e (x2 ≥ y2)”. Considerac¸o˜es Finais O desenvolvimento de software e´ uma atividade de crescente importaˆncia na sociedade atual, e a necessidade de soluc¸o˜es computadorizadas surgem nas mais diversas a´reas do conhecimento humano. Ao iniciar o curso, o aluno e´ preparado para resolver pequenos problemas por meio da programac¸a˜o e da estrutura de dados, para posteriormente tratar de problemas mais complexos, o que exigira´ maiores conhecimentos e habilidades. Para isso, o racioc´ınio lo´gico deve ser desenvolvido, pois facilita a busca por uma soluc¸a˜o que seja coerente, efetiva e eficaz, o que geralmente na˜o e´ ta˜o simples. Sendo a Lo´gica o estudo dos mecanismos do pensamento, e´ natural que ela ocupe um papel de destaque na Computac¸a˜o, tendo aplicac¸a˜o em diversas a´reas tais como banco de dados; circuitos integrados; inteligeˆncia artificial; sistemas computacionais (hardware e software) e sistemas distribu´ıdos. Como a Lo´gica possui uma linguagem simbo´lica pro´pria, torna-se poss´ıvel a utilizac¸a˜o de recursos computacionais no tratamento de enunciados e argumentos, visto que os computadores digitais se mostram bastante adequados a` manipulac¸a˜o de s´ımbolos, enquanto apresentam extrema dificuldade no tratamento de linguagem natural. Nesta unidade fizemos estudo dos conectivos lo´gicos “e”, “ou” e “na˜o”, oferecidos pela maioria das linguagens de programac¸a˜o, e observamos que os valores-verdade de proposic¸o˜es compostas dependem dos valores de seus componentes e dos conectivos usados. Tambe´m foi exemplificado como as
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