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LÓGICA DOS PREDICADOS 2 Lógica de Predicados 3 Lógica de Predicados Autores Agostinho Iaqchan Ryokiti Homa1 Magda Leyser2 1 Bacharel em Matemática Aplicada a Informática e Mestre em Ensino de Ciências e Matemática pela Universidade Luterana do Brasil. Professor dos Cursos de Ciência da Computação, Engenharias e Licenciatura em Matemática da ULBRA. 2 Mestre em Ciência da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desde 1993 é professora dos Cursos de Ciência da Computação, Engenharias e Licenciatura em Matemática da ULBRA. Atualmente também atua como professora do curso de Licenciatura em Matemática em EAD da ULBRA e como professora dos cursos de Análise e Desenvolvimento de Sistemas e Gestão Financeira da Faculdade de Tecnologia Senac-RS. 4 Lógica de Predicados Introdução A Disciplina de Lógica de Predicados tem por objetivo familiarizar o aluno com lógica formal, de maneira a desenvolver a capacidade de argumentação inerente ao raciocínio lógico que permite a inferência, ou conclusão, de algo baseado nas afirmações e/ou fatos disponíveis. Destacamos que a lógica proposicional é composta de um sistema de provas e demonstrações, que denominamos como argumentação, que apresenta de maneira irrefutável a veracidade, ou não, do fato, ou do predicado do sujeito analisado. É importante a consideração de duas importantes características, a atemporalidade, isto é o que decidirmos não sofrerá alteração na interpretação, e a bivalência, ou seja, só temos duas alternativas de interpretação: verdadeiro ou falso. Desejamos a todos um ótimo estudo durante o desenvolvimento do conteúdo proposto ao longo dos capítulos desse livro. 5 Lógica de Predicados Sumário Lógica Proposicional ..................................................................... 6 Interpretação dos Conectivos ........................................................ 19 Equivalências Lógicas ................................................................. 37 Implicações Lógicas .................................................................... 54 Sistema de Dedução ................................................................... 76 Conceitos fundamentais de Conjunto ............................................... 90 Quantificadores: Existencial e Universal ......................................... 106 Lógica de Predicados ................................................................. 123 Silogismo Categórico ................................................................. 138 Tablês Semânticos .................................................................... 155 6 Lógica de Predicados Lógica Proposicional Magda Leyser3 3 Mestre em Ciência da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desde 1993 é professora dos Cursos de Ciência da Computação, Engenharias e Licenciatura em Matemática da ULBRA. Atualmente também atua como professora do curso de Licenciatura em Matemática em EAD da ULBRA e como professora dos cursos de Análise e Desenvolvimento de Sistemas e Gestão Financeira da Faculdade de Tecnologia Senac-RS. 7 Lógica de Predicados Declarativa: Mário é engenheiro. Interrogativa: Será que Márcia irá ao cinema? Exclamativa: Feliz Natal! Imperativas: Feche a porta. Introdução O capítulo que inicia essa disciplina tem por objetivo uma primeira aproximação do que é lógica. A lógica é entendida como a ciência que estuda os princípios e os métodos que estabelecem as condição de validade ou não validade dos argumentos. Em nossa vida empregamos argumentos como parte de um discurso falado ou escrito, onde organizamos uma ou mais sentenças denominadas premissas e uma sentença que denominamos conclusão. Neste capítulo estabeleceremos quais as sentenças podem ser usadas na lógica proposicional, a qual é a lógica introdutória para apresentação dos conectivos lógicos e suas variações em português. Aproveitamos para apresentar como exemplo dessa organização o início da teoria de Conjuntos, definição de conjuntos e a relações de pertinência entre elemento e conjunto. Lógica Proposicional Iniciamos nosso estudo esclarecendo que uma proposição é qualquer sentença declarativa que assume valor-verdade: verdadeiro ou falso. Entretanto, é importante recordar que sentenças (afirmações, frases) podem ser formadas por outros tipos de sentenças. Entretanto, nas linguagens naturais (ou correntes) como português nos expressamos com interrogações e exclamações, mas para comunicar fatos ou afirmações usamos sentenças declarativas(proposições). Portanto existem outros tipos de sentenças, no caso: Observe que das quatro sentenças acima somente a sentença declarativa temos possibilidade de avaliar como verdadeira ou falsa. Do ponto de vista da lógica não temos a preocupação de saber qual dessas situações estamos avaliando no momento. Mas com certeza, uma dessas alternativas deve ocorrer. As demais sentenças são necessárias mais informações para podemos saber o que ocorreu, no caso da sentença interrogativa, precisamos da resposta. Na sentença imperativa, há necessidade de sabermos que a ordem foi executada. Portanto, essas situações estarão fora do escopo de estudo da lógica proposicional. Podemos apresentar outros exemplos, agora esclarecido qual o tipo de sentença que estudaremos na lógica proposicional. 8 Lógica de Predicados O sol é um planeta. Maria é gaúcha. O valor numérico de seno de 90º é igual a 1. Porto Alegre é capital de Santa Catarina. Existe uma cidade que é capital de Pernambuco. Qualquer pessoa é gaúcha. Mario, venha aqui, agora! (sentença imperativa) Meu Deus, que susto! (sentença exclamativa) Quantos planetas existem no sistema solar? (sentença interrogativa) Qual é a capital do Maranhão? (sentença interrogativa) O sol é um planeta. Maria é gaúcha. O valor numérico de seno de 90º é igual a 1. Porto Alegre é capital de Santa Catarina. Existe uma cidade que é capital de Pernambuco. Qualquer pessoa é gaúcha. Exemplos de sentenças declarativas: Exemplos de sentenças não-declarativas: Observe que as sentenças que não são proposições não podemos estabelecer um valor-verdade para elas. Já os exemplos de sentenças que são proposições, mesmo tratanto de assuntos variados, tem um valor-verdade, que as vezes podemos não conhecer, mas ele existe. Também é importante destacar que as sentenças podem ter sujeito determinado (fechado) ou indenterminado (aberto). Nos exemplos de sentencas declarativas que estão acima, temos setenças declarativas de sujeito determinado os exemplos: Nos exemplos de sentencas declarativas que estão acima, temos setenças declarativas de sujeito indeterminado os exemplos: Observe que para essas proposições usamos as palavras existe e qualquer, as quais estudaremos no capítulo 5, essas palavras são chamadas de quantificadores. 9 Lógica de Predicados A = Maria é gaúcha. B= Maria é fluente em inglês. C= Paulo é catarinense. D= Paulo gosta de churrasco. Símbolos Proposicionais Na lógica proposicional temos por objetivo estudar as relações lógicas indiferente do assunto a ser tratado. Assim, para relacionarmos as proposições não nos preocupando com o conteúdo das proposições e seu significado, definiremos que cada proposição será representada por uma letra, normalmente letra maiúscula do alfabeto latino. Exemplo: Considerando os símbolos proposicionais: A, B, C,..., Z. Associamos a seguinte interpretação, ou seja, as seguintes sentenças declarativas fechadas (sujeito determinado): Sentença Simples e sentença composta É importante destacar nesta etapado nosso estudo que outra classificação importante para as sentenças além da questão de classificá-las em afirmativas, interrogativas, exclamativas e imperativas. É descrever se estamos usando na argumentação uma sentença simples ou composta. Dizemos que uma sentença é simples se, e somente neste caso, a sentença tem uma única afirmação. Por exemplo: Maria é gaúcha. Entretanto, chamaremos de sentença composta, quando a sentença é constituída de pelo menos duas sentenças declarativas. Por exemplo: Maria é gaúcha e Paulo é catarinense. Exemplo: Indique nas sentenças abaixo com A as sentenças declarativas abertas e F as sentenças declarativas fechadas. Depois, reveja os exemplos e associe S para as sentenças simples e C para as sentenças compostas. Alguém é filho de Pedro. (AS) Pedro é canoense. (FS) João e Paulo não são gaúchos. (FC) Pedro não está de férias, mas não viajou. (FC) Existe uma pessoa feliz. (AS) Qualquer gaúcho é gremista. (AS) 10 Lógica de Predicados Mario é gaúcho e gremista. (FC) Algum gaúcho é gremista. (AS) Se Maria é gaúcha então todos são gaúchos. (AC) Nem todos são colorados. (AS) Qualquer número inteiro é positivo. (AS) Dois é número natural e primo. (FC) Todas as pessoas são gaúchas e gremistas. (AC) Paulo não é gremista, entretanto João é gremista. (FC) Conectivos Proposicionais Nos exemplos de sentenças compostas, você pode observar que aparecem palavras e símbolos de pontuação que ligam uma sentença simples com outra sentença simples de maneira a organizar o que chamamos de sentido da sentença composta criada. As palavras que servem de ligação entre as sentenças são chamadas de conectivos lógicos. No estudo da lógica proposicional, nos limitaremos aos conectivos proposicionais ou sentenciais da negação, conjunção, disjunção, condicional e bicondicional. É importante comentar que em língua portuguesa não temos uma única expressão para representar esses conectivos, assim relacionaremos abaixo algumas alternativas para cada um deles. Negação, esse conetivo não relaciona duas sentenças, mas nega uma afirmação que a precede, dessa forma esse conetivo é denominado de conetivo unário. São exemplos: Maria não é gaúcha. Não se dá que Maria é gaúcha. Não se tem que Maria é gaúcha. Não é fato que Maria gosta de churrasco. Conjunção, esse conetivo relaciona duas sentenças, a expressão mais comum em língua portuguesa é e, por relacionar duas sentenças esse conetivo é denominado de conetivo binário. São exemplos de conjunção: Maria é gaúcha e Paulo é catarinense. 11 Lógica de Predicados Maria é gaúcha assim como Paulo é gaúcho. Porto Alegre é capital do RS mas é uma cidade muito fria. O Brasil sediará o campeonato mundial de futebol de 2014 embora seja um país de grande extensão territorial. Não só Porto Alegre é capital do RS, mas, ainda é capital do MERCOSUL. Maria é gaúcha e também é brasileira. Paulo tem cidadania italiana embora tenha nascido no Brasil. Disjunção, esse conetivo relaciona duas sentenças, relacionadas pela palavra ou, também por relacionar duas sentenças esse conetivo é denominado de conetivo binário. São exemplos: Maria é gaúcha ou Paulo é catarinense. Maria ou Paulo é gaúcho. Porto Alegre é capital do RS ou de SC. É importante, destacar neste momento, que na linguagem do cotidiano, usamos o ou em dois sentidos: inclusivo ou exclusivo. Considere o exemplo Porto Alegre é capital do RS ou SC. No senso comum que entendemos por Capital de um estado não se imagina que Porto Alegre seja ao mesmo tempo capital do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina, trata-se de um uso do ou exclusivo. Mas quando dizemos que Paulo gosta de churrasco ou de pastel, temos a possibilidade de um ou inclusivo. Ou seja, ele gostar das duas opções de comida. Na lógica proposicional, estudaremos somente o ou inclusivo. Condicional, esse conetivo relaciona duas sentenças, pela seguinte expressão: se proposição 1 então proposição 2. Também por relacionar duas sentenças esse conetivo é denominado de conetivo binário. São exemplos: Se Maria é gaúcha então ela gosta de chimarrão. Dois ser par implica quatro ser par. Dois é par só se quatro é par. Dois é par apenas se quatro é par. 12 Lógica de Predicados Se Fernando é físico isso significa que ele gosta de matemática. Tendo-se Brasil campeão da competição então Paulo dará uma festa. Brasil campeão da competição apenas se Paulo dará uma festa. Brasil ser campeão da competição implica Paulo dar uma festa. Brasil ser campeão da competição acarreta Paulo dar uma festa. Paulo dar uma festa é consequencia de Brasil ser campeão da competição. Uma condição necessária para Brasil ser campeão da competição é Paulo dar uma festa. Uma condição suficiente para Paulo dar uma festa é o Brasil ser campeão da competição. Brasil ser campeão da competição é antecedente e Paulo dar uma festa é consequente. Bicondicional, esse conetivo relaciona duas sentenças, pela seguinte expressão: proposição 1 se, e somente se, proposição 2. Também por relacionar duas sentenças esse conetivo é denominado de conetivo binário. A proposição composta do bicondicional é uma abreviatura para a composição pela conjunção de dois condicionais, que poderemos escrever como: (Se proposição 1 então proposição 2) e (Se proposição 2 então proposição 1). São exemplos: Maria ganhará dinheiro se e somente se ela completar seu trabalho. O Brasil será um país menos violento se e somente se a educação tornar-se prioridade governamental. Alfabeto Proposicional A partir das ideias expostas anteriormente estamos em condições de estabelecer um processo de formalização onde converteremos os parágrafos que construímos na nossa argumentação em uma estrutura composta de símbolos proposicionais, conectivos lógicos e símbolos de pontuação. Esse grupo de símbolos forma o que chamamos de alfabeto proposicional. 13 Lógica de Predicados Símbolos lógicos: pontuação (separação): (,) conectivos: (negação) (conjunção) (disjunção) ( condicional) (bicondicional) Símbolos não-lógicos: conjunto (P) de símbolos proposicionais que servem para representar as sentenças declarativas fechadas (proposições, construção em linguagem corrente do tipo sujeito determinado + verbo + complemento). São os nomes dados às sentenças declarativas simples. Um alfabeto proposicional (A) é composto por: Para evitar ambiguidade na descrição da formalização de uma sentença composta pelos símbolos relatados acima, é importante estabelecer uma pontuação adequada, tal como realizamos na aritmética para as operações aritméticas. Ou seja, temos as seguintes interpretações do uso dos símbolos: Cada parênteses aberto deve ser fechado, os parênteses internos precedem os parênteses mais externos. A ordem de prioridade dos conectivos é: 1º negação 2º conjunção e disjunção 3º condicional e bicondicional. Exemplo: Formalize pela Lógica Proposicional, através do alfabeto A um alfabeto proposicional, e P um conjunto de símbolos proposicionais de A. Onde: A= Patricia está na praia. B= Patricia é alta. C= Patricia gosta de surfar. D= Pedro gosta de surfar. 14 Lógica de Predicados E= Pedro é magro. P= Pedro é alto. Patrícia está na praia e gosta de surfar. Formalização dessa sentença declarativa fechada composta é: (AC). Pedro é alto e magro. Formalização dessa sentença declarativa fechada composta é: (PE). Pedro é magro ou alto. Formalização é (E P). Pedro não gosta de surfar. Formalização é (D). Se Patrícia gosta de surfar então ela está na praia. Formalização é (CA). Patrícia gosta de surfar, embora Pedro não goste de surfar. Formalização é (CD). Pedro não é magro, mas é alto. Formalização é (EP). Patrícia está na praia se e somente se gosta de surfar. Formalização é (AC). Exemplo: Traduza para linguagemsimbólica as proposições, usando letras maiúsculas para representar as sentenças declarativas simples. Dois ou quatro é número par. P= Dois é número par. Q= Quatro é número par Formalização: (PQ) Sete e quatro são números pares. P= Sete é número par. Q= Quatro é número par. Formalização: (PQ) Dois é número par, mas sete não é um número par. P= Dois é número par. Q= Sete é número par. 15 Lógica de Predicados Formalização: (PQ) Dois ou cinco é número par. P= Dois é número par. Q= Cinco é número par. Formalização: (PQ) Cinco não é número par, entretanto quatro é um número par. P= Cinco é número par. Q= Quatro é número par. Formalização: (PQ) Se oito dividido por dois tem resto igual a zero então oito é um número par. P= Oito divido por dois tem resto igual a zero. Q= Oito é número par. Formalização: (PQ) Se nove não é número par então nove é número ímpar. P= Nove é número par. Q= Nove é número ímpar. Formalização: (PQ) Oito é um número par se e somente se oito dividido por dois tem resto igual a zero. P= Oito é número par. Q= Oito divido por dois tem resto igual a zero. Formalização: (PQ) Cinco é número primo, portanto os divisores de cinco são um e cinco. P= Cinco é número primo. Q= Um é divisor de cinco. 16 Lógica de Predicados R= Cinco é divisor de cinco. Formalização: (P(QR)) Como nove dividido por dois não tem resto igual a zero então: nove é ímpar. P= Nove divido por dois tem resto igual a zero. Q = Nove é ímpar. Formalização: (P Q) Recapitulando Neste capítulo você foi apresentado a simbologia da lógica proposicional, onde delimitamos que nas argumentações em lógica proposicional somente serão representadas sentenças declarativas fechadas. Sendo que para generalizar uma argumentação podemos formalizar as sentenças compostas através de uma simbologia que omite o assunto tratado na argumentação. Para isso usaremos o que se chama de símbolos proposicionais, normalmente as letras latinas maiúsculas. E, as palavras que criam as sentenças compostas, os conectivos, serão representadas por símbolos especiais. No próximo capítulo apresentaremos o valor-verdade desses conectivos e a metodologia de construção de uma tabela-verdade. Referências bibliográficas do capítulo ALENCAR FILHO, Edgard. Teoria Elementar dos Conjuntos. São Paulo: Nobel, 1971. SCHEINERMAN, Edward R. Matemática Discreta: uma introdução. São Paulo: Pioneira Thompson Learning, 2003. 17 Lógica de Predicados Atividades Indique nas sentenças abaixo com P as sentenças declarativas (proposições), com I as sentenças interrogativas, com M as sentenças imperativas e com E as sentenças exclamativas. ( ) Antônio é filho de Pedro. ( ) Pedro é canoense. ( ) Quem nesta turma é brasileiro? ( ) Algum avião é vermelho. ( ) Maria, feche a porta e estude! ( ) Como vai, tudo bem? ( ) Mario é gaúcho e gremista. ( ) Ah! Boa tarde! Formalize através dos símbolos de um alfabeto proposicional as sentenças abaixo: Dois é número par, mas três é número ímpar. Quatro ou sete é número par. Quatro não é número par, portanto cinco é número par. Se dois e quatro são números pares então oito é número par. Considerando o apresentado neste capítulo, determine se as sentenças abaixo são V (verdadeira) ou F (falsas). O símbolo da disjunção é um símbolo lógico denominado de conetivo e sua representação é . Em português é representado pela palavra ou. O símbolo lógico denominado de conetivo do condicional é representado pelo símbolo . Em português é representado pela palavra mas. A frase Maria é filha de Pedro é um exemplo de sentença imperativa que não pode ser usada na Lógica proposicional, pois é um exemplo de sentença aberta. A formalização (A) é uma possibilidade na lógica proposicional para representar a sentença declarativa fechada: Maria não é filha de Pedro. Qual das alternativas abaixo é a melhor representação pela lógica proposicional para a sentença declarativa composta: Maria não é brasileira. Mas se Maria fosse Pernambucana então Maria seria brasileira. Logo Maria não é pernambucana. (ABAB) ((AB)B) 18 Lógica de Predicados (A(BA) B) (A(AA) A) (A(BA) B) A sentença declarativa composta que melhor representa a fórmula (A(CB)) é: Maria é gaúcha, portanto Maria gosta de chimarrão e churrasco. Se Maria não é gaúcha então ela não gosta de churrasco. Maria não é gaúcha logo ela não é brasileira. Se Maria gosta de chocolate então ela não gosta de salgado e não tem receio de engordar. Maria gosta de chocolate, mas tem medo de engordar. Gabarito das atividades a) P ;b) P ;c) I ;d)P ;e) M ;f)I ;g) P ;h) E Fazendo as seguintes associações para os símbolos proposicionais: P= Dois é número par. Q= Três é número ímpar. R= Quatro é número par. S= Sete é número par. T= Cinco é número par. U= Oito é número par. Teremos as seguintes formalizações para as sentenças declarativas fechadas. (PQ) (PS) (RT) ((PR)U) a)Verdade. b) Falsa. c) Falsa. d)Verdadeira. e. d. 19 Lógica de Predicados Interpretação dos Conectivos Magda Leyser4 4 Mestre em Ciência da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desde 1993 é professora dos Cursos de Ciência da Computação, Engenharias e Licenciatura em Matemática da ULBRA. Atualmente também atua como professora do curso de Licenciatura em Matemática em EAD da ULBRA e como professora dos cursos de Análise e Desenvolvimento de Sistemas e Gestão Financeira da Faculdade Senac-Porto Alegre. 20 Lógica de Predicados Introdução Agora que já conhecemos os conectivos usados na construção das sentenças declarativas compostas, partimos para a interpretação do seu valor-verdade. Primeiro definiremos o valor-verdade de cada um dos conectivos. Depois, estudaremos sentenças compostas que usam mais de um conetivo com o auxílio da construção de uma tabela-verdade, que apresenta todas as possibilidades de valor-verdade para os símbolos proposicionais presentes em uma formalização. O valor-verdade de um conetivo é obtido de forma única a partir dos possíveis valores-verdade da sentença declarativa simples representada pelo símbolo proposicional. É interessante observar que o valor-verdade das sentenças também pode ser chamado de interpretação, valor-lógico ou valor-booleano. A fim de exemplificar o valor-verdade das formalizações das sentenças declarativas que aprendemos a construir, vamos associar algumas possibilidades para a sentença declarativa simples em linguagem natural, por exemplo, a língua portuguesa. Assim, sejam P e Q símbolos proposicionais que representam uma sentença declarativa fechada de sujeito próprio como identificado nas tabelas a seguir. Para determinar o valor-verdade (V para verdadeiro) ou (F para falso) das proposições compostas, usaremos a apresentação no formato de tabela, denominado de tabela-verdade. Onde representamos as possibilidades de valor- verdade em cada linha e na respectiva coluna o valor-verdade do conetivo. Negação P Valor-verdade de P P Valor-verdade de P Porto Alegre é capital do RS. Verdadeiro Porto Alegre não é capital do RS. Falso Porto Alegre é capital do SC. Falso Porto Alegre não é capital do SC. Verdade Observe que a negação é um conetivo unário, pois atua sobre no mínimo uma sentença declarativa fechada, por esse motivo a descrição na tabela acima usamos somente um símbolo proposicional e tem somente duas possibilidades. Ou seja, o símbolo proposicional P represente uma sentença verdadeira ou falsa. Nas lógicas clássicas, onde a lógica proposicional se insere existem somente essas duas alternativas. Ou seja,não existe uma terceira alternativa de valor-verdade, como: não sei, talvez, mais ou menos. Agora para discutir o valor-verdade dos demais conectivos, conjunção, disjunção, condicional e bicondicional, por se tratarem de conectivos binários, teremos sentenças compostas formadas por duas sentenças. Assim, usaremos dois símbolos proposicionais, P e Q, e associaremos sentenças declarativas simples a esses símbolos proposicionais. 21 Lógica de Predicados Disjunção (ou) Teremos as seguintes interpretações para o conetivo da disjunção (ou) P Q Valor- verdade de P Valor- Verdade de Q PQ Valor-verdade de PQ Porto Alegre é capital do RS. Florianópolis é capital de SC. V V Porto Alegre é capital do RS ou Florianópolis é capital de SC. V Porto Alegre é capital do RS. Porto Alegre é capital do SC. V F Porto Alegre é capital do RS ou SC. V Porto Alegre é capital do SC. Florianópolis é capital do SC. F V Porto Alegre ou Florianópolis é capital de SC. V Porto Alegre é capital do SC. Porto Alegre é capital do Paraná. F F Porto Alegre é capital de SC ou Paraná. F Conjunção (e) Teremos as seguintes interpretações para o conetivo da conjunção (e) P Q Valor- verdade de P Valor- Verdade de Q PQ Valor-verdade de PQ Porto Alegre é capital do RS. Florianópolis é capital de SC. V V Porto Alegre é capital do RS e Florianópolis é capital de SC. V Porto Alegre é capital do RS. Porto Alegre é capital do SC. V F Porto Alegre é capital do RS e SC. F Porto Alegre é capital do SC. Florianópolis é capital do SC. F V Porto Alegre e Florianópolis são capitais de SC. F Porto Alegre é capital do SC. Porto Alegre é capital do Paraná. F F Porto Alegre é capital de SC e do Paraná. F Condicional (se... então...) Teremos as seguintes interpretações para o conetivo do condicional (se... então...) P Q Valor- verdade de P Valor- Verdade de Q P→Q Valor-verdade de P→Q Porto Alegre é capital do RS. Florianópolis é capital de SC. V V Se Porto Alegre é capital do RS então Florianópolis é capital de SC. V Porto Alegre é capital do RS. Porto Alegre é capital do SC. V F Se Porto Alegre é capital do RS então Porto Alegre é capital de SC. F Porto Alegre é capital do SC. Florianópolis é capital do SC. F V Se Porto Alegre capital de SC então Florianópolis é capital de SC. V Porto Alegre é capital do SC. Porto Alegre é capital do Paraná. F F Se Porto Alegre é capital de SC então Porto Alegre é capital do Paraná. V 22 Lógica de Predicados 1º pares de parênteses 2º negação 3º conjunção e disjunção 4º condicional e bicondicional. Bicondicional (... se e somente se...) Teremos as seguintes interpretações para o conetivo do bicondicional ( ... se e somente se...) P Q Valor- verdade de P Valor- Verdade de Q P↔Q Valor-verdade de P↔Q Porto Alegre é capital do RS. Florianópolis é capital de SC. V V Porto Alegre é capital do RS se e somente se Florianópolis é capital de SC. V Porto Alegre é capital do RS. Porto Alegre é capital do SC. V F Porto Alegre é capital do RS se e somente se Porto Alegre é capital de SC. F Porto Alegre é capital do SC. Florianópolis é capital do SC. F V Porto Alegre capital de SC se e somente se Florianópolis é capital de SC. F Porto Alegre é capital do SC. Porto Alegre é capital do Paraná. F F Porto Alegre é capital de SC se e somente Porto Alegre é capital do Paraná. V Lembre-se que comentamos no capítulo anterior sobre a ordem de prioridade dos conectivos, para determinar do valor-verdade das formalizações compostas: Também é usual respeitar no momento de avaliação a ordem da esquerda para direita quando ocorrerem conectivos de mesma precedência. Exemplo: Dados que os símbolos proposicionais A e B possuem valores-verdade Verdadeiro e os símbolos proposicionais C e D tem valor-verdade Falso, determine o valor-verdade das seguintes proposições compostas. (D) D (D) Falso Verdadeiro 23 Lógica de Predicados (AB) A B A (AB) Verdade Verdade Falso Verdade (BC) B C (BC) Verdade Falso Falso (BC) B C B (BC) Verdade Falso Falso Falso BC →A B C A (BC) (BC) →A Verdade Falso Verdade Falsa Falso BC ↔A B C A C BC BC ↔A Verdade Falso Verdade Verdade Verdade Verdade DA ↔C D A C D A DA DA ↔C Falso Verdade Falso Verdade Falso Falso Verdade Exemplo: Formalize as sentenças compostas abaixo e determine seu valor- verdade. Dois é número ímpar ou três é número par. Formalização (DT) onde representamos os símbolos proposicionais por: D= Dois é número ímpar. 24 Lógica de Predicados T= Três é número par. D T (DT) Falso Falso Falso Quatro e oito são número ímpares. Formalização (QT) onde representamos os símbolos proposicionais por: Q= Quatro é número ímpar. T= Oito é número ímpar. Q T (QT) Falso Falso Falso Quatro é número par, logo quatro não é número primo. Formalização (Q→R) onde representamos os símbolos proposicionais por: Q= Quatro é número par. R= Quatro é número primo. Q R R Q→ R Verdade Falso Verdade Verdade Se doze é número par, então treze é número ímpar. Formalização (D→R) onde representamos os símbolos proposicionais por: D= Doze é número par. R= Treze é número ímpar. D R D→ R Verdade Verdade Verdade Formalize as sentenças compostas abaixo considerando o conjunto A={2,3,4,5} 25 Lógica de Predicados 2 pertence ao conjunto A. Formalização (Q) onde representamos o símbolo proposicional por: Q= 2 pertence ao conjunto A. Pode-se representar essa sentença declarativa usando o símbolo de pertinência de conjuntos, ou seja: Q= 2A. Q Verdade 3 e 2 pertencem ao conjunto A. Formalização (RQ) onde representamos o símbolo proposicional por: R= 3 pertence ao conjunto A. Q= 2 pertence ao conjunto A. Usando o símbolo de pertinência de conjuntos, ou seja: R= 3A. Q= 2A. R Q (RQ) Verdade Verdade Verdade 6 não pertence ao conjunto A. Formalização (S) onde representamos o símbolo proposicional por: S= 6 pertence ao conjunto A. Usando o símbolo de pertinência de conjuntos, ou seja: S= 6A. S S Falso Verdade 26 Lógica de Predicados 6 não pertence ao conjunto A mas 5 pertence ao conjunto A. Formalização (SC) onde representamos o símbolo proposicional por: S= 6 pertence ao conjunto A. C= 5 pertence ao conjunto A. Usando o símbolo de pertinência de conjuntos, ou seja: S= 6A. C= 5A. S C S (SC) Falso Verdade Verdade Verdade 7 e 8 pertencem ao conjunto A. Formalização (SR) onde representamos o símbolo proposicional por: S= 7 pertence ao conjunto A. R= 8 pertence ao conjunto A. Usando o símbolo de pertinência de conjuntos, ou seja: S= 7A. R= 8A. S R (SR) Falso Falso Falso Tabela-verdade Para avaliarmos as formalizações compostas onde aparecem vários conectivos, usaremos a construção no formato de tabela como já fizemos na definição do valor-verdade dos conectivos. Entretanto, é importante relembrar que os parênteses tem prioridade sobre avaliação dos conectivos, sempre usados aos pares. Para exemplificar a dinâmica da construção da tabela-verdade de uma formalização, destacamos que: 27 Lógica de Predicados Na primeira linha exibimos em cada coluna os símbolos proposicionais e as respectivas avaliações dos conectivos conforme a presença de parênteses e seguindo a ordem de prioridade dos conectivos. Nas colunas aparece a avaliação do valor-verdade da formalizaçãoda primeira linha conforme o valor-verdade dos símbolos proposicionais da respectiva linha. O valor-verdade (valor-lógico) de uma sentença composta é determinado de uma forma única a partir do valor-verdade atribuído a cada uma das sentenças representadas pelos símbolos proposicionais A,B,C,D,..., e a partir da distribuição das possibilidades de valor-lógico de cada um dos símbolos proposicionais construímos. Essa construção é o que chamaremos de tabela- verdade na qual em cada coluna apresentamos o resultado da avaliação das possíveis combinações dos valores-verdade das proposições simples. Exemplo: Construir a tabela-verdade das formalizações abaixo: (PQ)(QP) Essa formalização tem dois símbolos proposicionais, portanto iniciamos a construção da tabela-verdade posicionando nas duas primeiras colunas os símbolos proposicionais P e Q. Como tanto P quanto Q podem representar sentenças declarativas simples que podem ser verdadeiras ou falsas teremos 4 casos possíveis. Assim, iniciamos a tabela-verdade com 5 linhas no total, a primeira para os símbolos proposicionais e mais 4 linhas para as combinações das 4 variações de valores-verdade. P Q Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Falso Falso Verdadeiro Falso Falso A quantidade de colunas a seguir, depende da quantidade de conectivos presentes na formalização, para tanto, usaremos a precedência dos conectivos conforme a presença dos parentes, para a formalização desse exemplo teremos mais 5 colunas para avaliar os seguintes conectivos. 28 Lógica de Predicados P Q P (PQ) Q (QP) (PQ)(QP) Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Falso Falso Verdadeiro Falso Falso Agora estamos aptos a preencher as respectivas avaliações do valor-verdade do conetivo presente na primeira linha para cada coluna, conforme os respectivos valores-verdade presentes na linha. Resultando em: P Q P (PQ) Q (QP) (PQ)(QP) Verdadeiro Verdadeiro F V F V V Verdadeiro Falso F F V V F Falso Verdadeiro V V F F F Falso Falso V V V V V (PQ)(PR) Essa formalização tem três símbolos proposicionais, portanto iniciamos a construção da tabela-verdade posicionando nas duas primeiras colunas os símbolos proposicionais P, Q e R. Cada símbolo proposicional representa um valor-verdade (verdadeiro ou falso). Assim, combinando essas possibilidades teremos 2x2x2=23= 8 linhas de valores-lógicos distintos para P, Q e R. Iniciamos a tabela-verdade com 9 linhas no total, a primeira para os símbolos proposicionais e mais 8 linhas para as combinações dos valores-verdade. P Q R V V V V V F V F V V F F 29 Lógica de Predicados F V V F V F F F V F F F Incluímos mais 3 colunas observando a presença dos parênteses e a precedência dos conectivos, obtendo: P Q R (PQ) (PR) (PQ)(PR) V V V V V F V F V V F F F V V F V F F F V F F F Preenchendo as respectivas avaliações do valor-verdade do conetivo presente na primeira linha para cada coluna, conforme os respectivos valores-verdade presentes na linha. Resultando em: P Q R (PQ) ( P R) (PQ) ( P R) V V V V V V V V F V F F V F V V V V V F F V F F F V V V F F 30 Lógica de Predicados F V F V F F F F V F F F F F F F F F P P Tem-se um único símbolo proposicional, isto é P. Assim, a tabela- verdade terá 2 linhas de valores-verdade distintos para P e mais a primeira tinha onde aparecerá o símbolo proposicional P e os conectivos avaliados. P Verdadeiro Falso Incluímos mais duas colunas observando a presença do conetivo da negação e o conetivo da conjunção. obtendo: P P PP Verdadeiro Falso Para completar a tabela-verdade compara-se a formalização (conetivo) da primeira linha com o respectivo valor-verdade de P na linha obtendo-se os seguintes resultados: P P PP Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Falso 31 Lógica de Predicados Q(PR) Essa formalização tem três símbolos proposicionais, portanto iniciamos a construção da tabela-verdade posicionando nas duas primeiras colunas os símbolos proposicionais P, Q e R. Cada símbolo proposicional representa um valor-verdade (verdadeiro ou falso). Assim, combinando essas possibilidades teremos 2x2x2=23= 8 linhas de valores-lógicos distintos para P, Q e R. Iniciamos a tabela-verdade com 9 linhas no total, a primeira para os símbolos proposicionais e mais 8 linhas para as combinações dos valores-verdade. P Q R P R (PR) Q(PR) V V V F F F F V V F F V F F V F V F F F F V F F F V F F F V V V F F F F V F V V V V F F V V F F F F F F V V V F P (PR) Essa formalização tem dois símbolos proposicionais, portanto iniciamos a construção da tabela-verdade posicionando nas duas primeiras colunas os símbolos proposicionais P e R. Cada símbolo proposicional representa um valor- verdade (verdadeiro ou falso). Assim, combinando essas possibilidades teremos 2x2=22= 4 linhas de valores-lógicos distintos para P e R. Iniciamos a tabela- verdade com 5 linhas no total, a primeira para os símbolos proposicionais e mais 4 linhas para as combinações dos valores-verdade. P R (PR) (PR) P (PR) V V V F F V F F V V 32 Lógica de Predicados F V F V F F F F V F (PQ) Essa formalização tem dois símbolos proposicionais, portanto iniciamos a construção da tabela-verdade posicionando nas duas primeiras colunas os símbolos proposicionais P e R. Cada símbolo proposicional representa um valor- verdade (verdadeiro ou falso). Assim, combinando essas possibilidades teremos 2x2=22= 4 linhas de valores-lógicos distintos para P e R. Iniciamos a tabela- verdade com 5 linhas no total, a primeira para os símbolos proposicionais e mais 4 linhas para as combinações dos valores-verdade. P Q Q (PQ) (P Q) V V F F V V F V V F F V F F V F F V F V Recapitulando Neste capítulo você foi apresentado a metodologia de construção da tabela- verdade, onde podemos de forma organizada avaliar o valor-verdade de uma formalização de sentenças compostas. Depois, aplicamos essa formalização na definição das operações entre conjuntos. No próximo capítulo apresentaremos uma classificação para as possíveis situações de avaliação de uma formalização, e a partir dessas formalizações especiais elaboraremos as regras de dedução de um sistema de prova ou argumentação. Finalizamos relembrando a definição das atribuições de valores-verdade dos conectivos na seguinte tabela: 33 Lógica de Predicados P Q P PQ PQ (PQ) (PQ) V V F V V V V V F F F V F F F V V F V V F F F V F F V V Referências bibliográficas do capítulo ALENCAR FILHO, Edgard. Teoria Elementar dos Conjuntos. São Paulo: Nobel, 1971. SCHEINERMAN, Edward R. Matemática Discreta: uma introdução. São Paulo: Pioneira Thompson Learning, 2003. Atividades Considerando a construção da tabela-verdade da fórmula. Qual das afirmações abaixo descreve o número correto de possibilidades para as possíveis atribuições das combinações de valores-verdade. (SQ) (SR) S 2 linhas de combinações de valores-verdade pois a fórmula possui somente um símbolo proposicional. 4 linhas de combinações de valores-verdade pois a fórmula possui somente dois símbolos proposicionais. 6 linhas de combinações de valores-verdade pois a fórmula possui somente dois símbolos proposicionais. 8 linhas de combinações de valores-verdade pois a fórmula possui somente três símbolos proposicionais. 10 linhas de combinações de valores-verdade pois a fórmula possui somente 4 símbolos proposicionais. Construa a tabela-verdade das fórmulas abaixo: P PP C(AE) EC (AB)(BA) 34 Lógica de Predicados (BA) BA Transformeas proposiçõe em linguagem natural para linguagem formal, atenção aos parênteses. Lembre-se de colocar a proposições na forma afirmativa. Não é verdade que, o salário é maior do que $2000 e as despesas menores do que 1/3 do salário. Não é verdade que o salário é maior do que $2000 e as despesas menores do que 1/3 do salário. Fritz foi ao cinema ou ao café mas acompanhado de Frida x é primo se e somente se x é divisível por x e por 1. Rescreva a as proposições em linguagem natural para A:Fritz vai ao cinema ; B:Frida está em casa e C:Kranz vai ao café (AB) AB AB→C A(BC) Construa a tabela verdade da seguinte proposição: Se x≥y então x<z e sabendo que x≥z, temos que x<y. Gabarito das atividades d As respectivas tabelas-verdade são: P PP P P PP P PP V F V V F V V V 35 Lógica de Predicados C(AE) EC C A E A (AE) C(AE) EC C(AE) EC V V V F V V V V V V F F V V F F V F V V V V V V V F F V F V F F F V V F V V F F F V F F V V F F F F V V V V F F F F F V F F F V (AB)(BA) A B (AB) (BA) (BA) (AB)(BA) V V V V F V V F F F V V F V V F V V F F V F V V (BA) BA A B (BA) (BA) B A BA (BA) BA V V V F F F F V V F F V V F F F F V F V F V F F F F F V V V V V 36 Lógica de Predicados As proposições são: P:salário é maior do que $2000 ; Q:despesas menores do que 1/3 do salário (P∧ Q) P:salário é maior do que $2000 ; Q:despesas menores do que 1/3 do salário P∧ Q P:Fritz foi ao cinema Q:Fritz foi ao café R:Fritz foi acompanhado de Frida (P∨ Q)∧ R P:x é primo Q:x é divisível por x R:x é divisível por 1 P↔Q∧ R Proposições em liguagem natural Nego que, Fritz vai ao cinema ou Frida está em casa. Fritz não vai ao cinema e Frida não está em casa. É condição para que Kranz vá ao café que, Fritz vá ao cinema e Frida esteja em casa. Fritz vai ao cinema mas ou Frida está em casa ou Kranz vai ao café. Tabela verdade. A:x≥y; B:x<z A B A→B B A→BB A (A→BB )→A F F V V V V V F V V F F V V V F F V F F V V F V F F F V 37 Lógica de Predicados Equivalências Lógicas Agostinho Iaqchan Ryokiti Homa5 5 Bacharel em Matemática Aplicada a Informática e Mestre em Ensino de Ciências e Matemática pela Universidade Luterana do Brasil. Professor dos Cursos de Ciência da Computação, Engenharias e Licenciatura em Matemática da ULBRA. 38 Lógica de Predicados Introdução No capítulo anterior estudamos os operadores e as interpretações do valor verdade das sentenças declarativas compostas através das tabelas verdade. Nestes casos atribui-se os valores verdade às proposições e, de acordo com as operações lógicas, faz-se a interpretação. Estudaremos as equivalências lógicas, ou seja, proposições diferentes na sua composição mas que têem a mesma interpretação do valor verdade.As equivalências são muito úiteis para a interpretação e simplificação das proposições compostas. Equivalêncas Lógicas Como visto nos capítulos anteriores, toda proposição lógica pode ser escrita na forma de uma fórmula bem formada, ou wff (well formed formula). Para tal são utilizados os conectivos lógicos de negação (¬), conjunção (∧ ) e disjunção (∨ ), de maneira a organizar e definir as relações entre sujeito e predicado das proposições. Entendendo que as proposições possuem um valor verdade, que podem ser expressas através de tabelas verdade, verificamos que diferentes proposições possuem o mesmo valor verdade, ou seja, a mesma tabela verdade, deste modo dizemos que as proposições são equivalentes. Antes de verificarmos as equivalências lógicas apresentamos a classificação das proposições quanto a presença de verdadeiro ou falso no resultado dos valores verdade, pois a compreesão dessas classificações justificam as equivalências e inferências lógicas, tópicos a serem estudados nos próximos capítulos. Classificação das fórmulas A álgebra booleana é uma 6-upla ( , ¬ , ∧ ∨, , , ) para o conjunto das operações ¬ , ∧ , ∨ e os valores Falso (F) e Verdadeiro (V). Considerando que as proposições podem assumir valores falso e verdadeiro de acordo com as operações, classifica-se os resultados como sendo: Tautologia: Para A uma proposição composta, se todos os resultados de A são verdadeiro então A é uma Tautologia. Tomamos como exemplo a operação P ∨ ¬P e verificamos que todos os resultados são verdadeiro que caracteriza uma tautologia. 39 Lógica de Predicados P P P ∨ P Verdadeiro Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Verdadeiro Contradição: Para A uma proposição composta, se todos os resultados de A são falso então A é uma Contradição. Tomamos como exemplo a operação P ∧ ¬P e verificamos que todos os resultados são falso que caracteriza uma contradição. P P P ∧ P Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Falso Contingência: Para A uma proposição composta, se os resultados de A não são todos verdadeiro ou todos falso então A é uma Contingência ou uma indeterminação. Tomamos como exemplo a operação P ∧ Q e verificamos que os resultados são falso ou verdadeiros, dependendo dos valores de P e Q, que caracteriza uma contingência. P Q P ∧ Q Falso Falso Falso Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Falso Falso Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro 40 Lógica de Predicados Simplificação da Tautologia Uma tautologia é muito útil em simplificações se levarmos em conta a proposição composta P ∨ ∨ ¬P Q para a qual verificamos que todos os resultados da tabela verdade são verdadeiros, logo para P ∨ ¬P uma tautologia (T) e fazendo a substituição na proposição original temos que T ∨ Q também será uma tautologia. P P Q P ∨ P ∨ Q Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Falso Falso Verdadeiro Verdadeiro Falso Verdadeiro Verdadeiro Para a proposição composta P ∨ ¬P ∧ Q verificamos que os resultados da tabela verdade não são somente verdade, caracterizando uma contingência. Além disso, verificamos que os valores resultado equivalem exatamente aos valores de Q, logo para P ∨ ¬P uma tautologia (T) e fazendo a substituição na proposição original temos que T ∧ Q pode ser simplificado para Q. P P Q P ∨ P ∧ Q Falso Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Verdadeiro 41 Lógica de Predicados Simplificação da Contradição Analisando as mesmas operações para a contradição temos que para a proposição composta P ∧ ¬P ∧ Q, verificamos que todos os resultados da tabela verdade são falsos, logo para P ∧ ¬P uma contradição (C) e fazendo a substituição na proposição original temos que C ∧ Q também será uma contradição. P P Q P ∧ P ∧ Q Falso Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Verdadeiro Falso Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Falso Para a proposição composta P ∧ ¬P ∨ Q verificamos que os resultados da tabela verdade não são todos falso, caracterizando uma contingência. Além disso, verificamos que os valores resultado equivalem exatamente aos valores de Q, logo para P ∧ ¬P uma contradição (C) e fazendo a substituição na proposição original temos que C ∨ Q pode ser simplificado para Q. P P Q P ∧ P ∨ Q Falso Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Verdadeiro Falso Falso Falso Verdadeiro Falso Verdadeiro Verdadeiro Tais simplificações são bem úteis para a interpretação de proposições compostas e mais complexas. 42 Lógica de Predicados Equivalências Lógicas Consideramos duas proposições como sendo equivalentes quando as duas proposições possuem o mesmo valor verdade,ou seja, a mesma tabela verdade. Então para P Q ( utiliza-se o símbolo para denotar a equivalência entre as duas proposições. Não usamos o simbolo da igualdade = pois as proposições são diferentes na sua descrição apesar de terem o mesmo valor verdade) Considerando as proposições P → Q e ¬P ∨ Q e suas respectivas tabelas verdade temos: P Q P→ Q P ∨ Q F F V V F V F F V F V V V V V V Verificamos que os valores verdade das duas proposições são idênticos, deste modo P → Q ¬P ∨ Q. Para justificar podemos usar a operação do bicondicional para verificarmos a equivalência entre as proposiçõe. Como na operação do bicondiciona P → Q ¬P ∨ Q P Q P→ Q P ∨ Q P → Q ¬P ∨ Q F F V V V F V F F V V F V V V V V V V V 43 Lógica de Predicados 1º avaliar os pares de parênteses, iniciando pelos mais internos; 2º avaliar as negações 3º avaliar as conjunções e disjunção 4º avaliar os condicionais e bicondicionais Ao realizarmos o bicondicional entre duas proposições que gera uma Tautologia então temos que as duas proposições são equivalentes. Verifique se as proposições (AB) e (AB) são equivalentes, para isso realize a avaliação dos conectivos segundo sua ordem de precedência. Na presença de conectivos de mesma precedência sem os parênteses que priorize a ordem das operações, adota-se por avaliar as proposições da esquerda para direita. A B AB (AB) (AB) (AB) F F F F V F V F F V V F V V V V V F F V Propriedades de equivalência lógica Para P(r, s, t), Q(r, s, t) e R(r, s, t) proposições compostas baseadas em proposições atômicas ou simples r, s, t, as equivalências seguem as propriedades: Reflexiva: P(r, s, t) ⇔ P(r, s, t) ,ou seja, a proposição P equivale a P. Simétrica: Se P(r, s, t) ⇔ Q(r, s, t) então Q(r, s, t) ⇔ P(r, s, t) ou seja, se a proposição P equivale a Q então Q equivale a P. Transitiva: Se P(r, s, t) ⇔ Q(r, s, t) e Q(r, s, t) ⇔ R(r, s, t) então P(r, s, t) ⇔ R(r, s, t) ou seja, se a proposição P equivale a Q e Q equivale a R, então P equivale a R. Equivalências Notáveis 44 Lógica de Predicados Algumas equivalências são bem conhecida e são denominadas como equivalências notáveis. A seguir são apresentadas as equvalências e suas tabelas verdade. Equivalência da dupla negação (A) A A A (A) (A) A F V F V V F V V Equivalência da Idempotência Idempotente da disjunção A A A A A A A A A A F F F V V V V V Idempotente da conjunção - A A A, construa a tabela verdade e verifique a tautologia. Equivalência da comutatividade Comutativa da disjunção apresenta o operador entre as proposições, (AB)(BA). A B (AB) (BA) (AB) (BA) F F F F V F V V V V V F V V V V V V V V Comutativa da conjunção apresenta o operador entre as proposições, (AB)(BA), construa a tabela verdade e verifique a tautologia. 45 Lógica de Predicados Equivalência da Associatividade Associativa para disjunção apresenta o operador entre as proposições ((AB)C)(A(BC)). A B C (AB) ((AB)C) (BC) (A(BC)) ((AB)C)(A(BC)) F F F F F F F V F F V F V V V V F V F V V V V V F V V V V V V V V F F V V F V V V F V V V V V V V V F V V V V V V V V V V V V V Associativa para conjunção apresenta o operador entre as proposições ((AB)C)(A(BC)), construa a tabela verdade e verifique a tautologia. Para a associatividade é importante a observação de que ela é válida para a mesma operação entre as proposições. Verifique que ((AB)C)(A(BC)) não é uma Tautologia, logo, não é uma equivalência lógica. Equivalência da Identidade Indentidade da disjunção apresenta o operador entre a proposição e a Tautologia e a Contradição, A T T; A C A. A T A T A T T A T A C A C A F V V V F V F V V V V V V V V V Indentidade da conjunção apresenta o operador entre a proposição e a Tautologia e a Contradição, construa a tabela verdade e verifique a tautologia, A T A; A C C. 46 Lógica de Predicados Equivalência da Distributividade Distributiva da disjunção para a conjunção (A(BC)) ((AB)(AC)). A B C (BC) (A(BC)) (AB) (AC) ((AB)(AC)) (A(BC)) ((AB)(AC)) F F F F F F F F V F F V V F F F F V F V F V F F F F V F V V V F F F F V V F F F F F F F V V F V V V F V V V V V F V V V F V V V V V V V V V V V Distributiva da conjunção para a disjunção (A(BC)) ((AB)(AC)), construa a tabela verdade e verifique a tautologia. Equivalência das Leis de De Morgan De Morgan para disjunção (AB)AB A B (AB) (AB) A B (AB) ((AB))(AB) F F F V V V V V F V V F V F F V V F V F F V F V V V V F F F F V De Morgan para conjunção (AB)AB, construa a tabela verdade e verifique a tautologia. 47 Lógica de Predicados Equivalência da Complementação Complementação da disjunção (AA) T A A A A T A A T F V V V V V F V V V Complementação da conjunção (A A) C, construa a tabela verdade e verifique a tautologia. Equivalência do Condicional (AB)(AB) A B (AB) A (AB) (AB)(AB) F F V V V V F V V V V V V F F F F V V V V F V V Equivalência do Bicondiconal Bicondicional para a conjunção (AB)(AB) (BA) A B AB AB BA (AB)(AB) (AB) F F V V V V F V F V F V V F F F V V V V V F V V Bicondicional para a disjunção (AB)(AB) (AB) , construa a tabela verdade e verifique a tautologia. 48 Lógica de Predicados Equivalência da Contraposição (AB)(BA) A B (AB) B A (BA) (AB)(BA) F F V V V V V F V V F V V V V F F V F F V V V V F F V V Equivalência da Exportação Importação (AB)C A(BC) A B C (AB) (AB)C (BC) A(BC) (AB)C A(BC) F F F F V V V V F F V F V V V V F V F F V F V V F V V F V V V V V F F F V V V V V F V F V V V V V V F V F F F V V V V V V V V V Munido das regras de equivalência, é possível realizar reescritas, simplificações e até mesmo provas de tautologias, contradições ou contingências. Podemos exemplificar a aplicação das equivalências na proposição composta P(QR). Para uma melhor organziação apresentamos a proposição reescrita e a equivalência utilizada. P(QR) P (QR) Condicional P (QR) Dupla Negação 49 Lógica de Predicados P (Q R) De Morgan P (Q R) Dupla Negação P Q R Associatividade Outro exemplo é o uso das equivalências para provar outras equivalências. Procedendo da mesma maneira reescrevemos as proposições linha a linha identificando as equivalências utilizadas terminando em uma tautologia ou pode-se reescrever uma das equivalências até que fique ‘igual’ a outra. Provando que a equivalênca da Exportação Importação (AB)C A(BC) através das equivalências, podemos reescrever (AB)C até que ela fique igual a A(BC). Observe que mudamos de equivalente para igual aplicando as outras equivalências. (AB)C (AB) C Condicional (AB) C De Morgan A(B C) Associativa A( B C) Condicional A ( B C) Condicional Existem ooutras maneiras de se provar utilizando de outra sequencia de equivalências. (AB)C (AB) C Dupla Negação (AB) C De Morgan (AB) C Condicional (AB) C Dupla Negação A(B C) Associativa A(B C) Condicional A (B C) Condicional 50 Lógica de Predicados Esse método é eficaz e mais otimizado que as tabelas verdade para proposições compostas por mais de 5 proposições simples ou com muitas operações pois, considerando as combinações de valor das proposição teríamos para 5 proposições uma tabela verdade com 25 linhas, que torna a avaliação do valor- verdade bem trabalhosa. Recapitulando Neste capítulo apresentamosas equivalências lógicas e como utiliza-las para comprovar equivalências de proposições compostas, assim como métodos para simplificar ou somente reescrever proposições. No próximo capítulo apresentaremos as Regras de inferência, que em conjunto com as equivalências são a chave para realizar argumentações e provas lógicas. Referências bibliográficas do capítulo ALENCAR FILHO, Edgard. Teoria Elementar dos Conjuntos. São Paulo: Nobel, 1971. SCHEINERMAN, Edward R. Matemática Discreta: uma introdução. São Paulo: Pioneira Thompson Learning, 2003. Atividades 1) Sabendo que proposições equivalentes são uma tautologia, construa as tabelas verdade das seguintes equivalências lógicas: (Q(RS)) (QRS) (P(QR)) (P(QR)) (RS) (RS) 2) Sabendo que P(QR) P Q R , comprove sua equivalência utilizando das equivalências estudadas e fazendo com que uma das proposições se torne a outra. 3) Sabendo que (QR) (RQ), comprove sua equivalência utilizando das equivalências estudadas e fazendo com que uma das proposições se torne a outra. 4) Aplique a sequência de equivalências dadas e comprove que R(QR)(QR); Condicional, Dupla Negação, Distributiva, Complementação, Identidade, Comutação 51 Lógica de Predicados 5) Verifique se a seguintes equivalências estão corretamente aplicadas. A(B↔C) A(B→C) (C→B) A(BC) (CB) ((AB)(AC)) (CB) ((AB) (CB))((AC) (CB)) ((ABC)(AB B)) ((ACC)(ACB)) ((ABC)F) (F(ACB)) ((ABC) (ACB)) Gabarito das atividades As tabelas verdade das proposições (Q(RS))(QRS) Q R S (RS) (Q(RS)) R (QRS) (Q(RS))(QRS) F F F V V V V V F F V V V V V V F V F F F F F V F V V V V F V V V F F V V V V V V F V V V V V V V V F F V F V V V V V V V F V V 52 Lógica de Predicados (P(QR)) (P(QR)) P Q R QR P(QR) P (P(QR)) (P(QR)) (P(QR)) F F F F V V V V F F V F V V V V F V F F V V V V F V V V V V V V V F F F F F F V V F V F F F F V V V F F F F F V V V V V V F V V (RS) (RS) R S S (RS) R (RS) (RS) (RS) (SR) F F V F V V F V F V F F V V F V V F V V F F V V V V F F F V F V P(QR) P Q R P(QR) P Q R De Morgan P(QR) P Q R Condicional P(QR) P Q R Dupla Negação PQR PQR Associativa (QR) (RQ) (QR) (RQ) Condicional (RQ) (RQ) Comutativa (RQ) (RQ) Condicional 53 Lógica de Predicados R(QR)(QR) R(QR)(QR) Condicional R(QR)(QR) Dupla Negação (RQ) (RR)(QR) Distributiva (RQ) T(QR) Completação (RQ) (QR) Identidade (QR) (QR) Comuntação Verdade 54 Lógica de Predicados Implicações Lógicas Agostinho Iaqchan Ryokiti Homa6 6 Bacharel em Matemática Aplicada a Informática e Mestre em Ensino de Ciências e Matemática pela Universidade Luterana do Brasil. Professor dos Cursos de Ciência da Computação, Engenharias e Licenciatura em Matemática da ULBRA. 55 Lógica de Predicados Introdução No capítulo anterior estudamos as equivalências lógicas e como elas podem ser úteis na simplificação de proposições compostas. Verificamos que duas proposições lógicas são equivalentes quando, ao utilizarmos a operação do bicondicional entre elas, obtemos uma Tautologia, podendo ser comprovada por uma tabela verdade. Aprendemos que podemos verificar as equivalências de outras proposições tornando-as iguais ao reescrevermos uma delas fazendo uso das equivalências notáveis. Estudaremos nesse capítulo as deduções lógicas que associam proposições atômica e permitem inferir ou concluir uma proposição como verdadeira com base na veracidade da premissa antecedente. Implicação Lógica ou Consequência Lógica A definição de uma implicação lógica considera que uma proposição P implica logicamente uma proposição Q, se Q é verdadeira toda vez que P é verdadeira. A notação para a implicação lógica é dada por P ⇒ Q , onde se lê que P implica Q. Devemos observar que a implicação lógica (⇒ ) estabelece uma relação condicional entre P e Q de modo que para Q ser verdadeiro é condição necessária que P seja verdadeiro, enquanto que o conectivo lógico de condicional, ou simplesmente condicional, (→ ) é uma operação lógica. Deste modo podemos então verificar através de tabelas verdade as implicações lógicas a seguir: P ⇒ P∨ Q P Q P∨ Q F F F F V V V F V V V V Verifica-se que quando P é verdadeiro P∨ Q também o é, logo P verdadeiro implica em P∨ Q verdadeiro também. Salienta-se que isso não significa que P∨ Q 56 Lógica de Predicados é verdadeiro somente quando P é verdadeiro, podemos ver na segunda linha da tabela verdade que P∨ Q é verdadeiro mesmo com P falso, logo não temos uma equivalência mas uma implicação de maneira que, para P∨ Q ser verdadeiro é condição que P seja verdadeiro, mas não necessariamente a única condição. Veja as tabelas verdade das seguintes implicações lógicas Q ⇒ P∨ Q P Q P∨ Q F F F F V V V F V V V V P∧ Q ⇒ P P Q P∧ Q F F F F V F V F F V V V P∧ Q ⇒ Q P Q P∧ Q F F F F V F V F F V V V Uma maneira de verificar se as proposições são uma implicação lógica é substituir a implicação lógica pela operação de condicional e verificamos se a operação é uma Tautologia, ou seja, se ela é verdadeira sempre. Deste modo temos que Q ⇒ P∨ Q pode ser verIficado por Q → P∨ Q é uma tautologia 57 Lógica de Predicados Q→P∨ Q P Q P∨ Q Q→P∨ Q F F F V F V V V V F V V V V V V Pode-se verificar a tautologia fazendo uso das equivalências lógicas de modo que Q → P∨ Q T. Q→P∨ Q ¬Q∨ P∨ Q Condicional ¬Q∨ Q∨ P Comutativa (¬Q∨ Q) ∨ P Associativa T∨ P Complementativa T Identidade Verifique as implicações lógicas P ⇒ P∨ Q ; P∧ Q ⇒ P ; P∧ Q ⇒ Q pela tabela verdade e também usando das equivalências lógicas, como no exemplo dado, mostrando que as mesmas são Tautologias. Propriedades de Implicação lógica Para P(r,s,t), Q(r,s,t) e R(r,s,t) proposições compostas baseadas em proposições atômicas ou simples r,s,t, as implicações lógicas seguem as propriedades: Reflexiva: P(r,s,t) ⇒ P(r,s,t) ,ou seja, a proposição P implica em P. Transitiva: Se P(r,s,t) ⇒ Q(r,s,t) ∧ Q(r,s,t) ⇒ R(r,s,t) então P(r,s,t) ⇒ R(r,s,t) , ou seja, se a proposição P implica em Q e Q implica em R, então P implica em R. Asssim como nas equivalências lógicas, temos implicações lógicas mais usuais que são bem conhecidas e que são utilizadas no processo de argumentação e dedução lógica. 58 Lógica de Predicados Adição A implicação P⇒ P∨ Q utilizada na apresentação do conceito de implicação lógica é denominada como Adição pois se considerarmos as proposições em linguagem natural: P = Sigfrid é paulista; Q = Frida é carioca podemos afirmar que com certeza que: Sigfrid é paulista logo Sigfrid é paulista ou Frida é carioca, ou seja, para P verdadeiro a inclusão de Q falsa ou verdadeira não afeta P⇒ P∨ Q, de modo que P∨ Q será verdadeiro toda vez que P for verdadeiro. De maneira análoga temos que Q⇒ P∨ Q também é uma implicação de Adição pois para Q verdadeiro a inclusão de P falsa ou verdadeira não afeta Q⇒ P∨ Q, de modo que P∨ Q será verdadeiro toda vez que Q for verdadeiro. Para o exemplo dado temos que para: Frida é carioca logo Sigfrid é paulista ou Frida é carioca. Simplificação Outra implicação lógica importante a é Simplificação. Esta implicação permite simplificar uma proposição composta, dentro de um processo dedutivo. Verificamos que as proposições: P = Sigfrid é paulista e Q = Frida é carioca Se tivermos como verdadeiro que Sigfrid é paulista e Frida é carioca logo será sempre verdadeque Sigfrid é paulista. De maneira análoga sempre será verdade que Frida é carioca. Logo temos que P∧ Q ⇒ Q e P∧ Q ⇒ P são implicações lógicas Verificando a tautologia P∧ Q → P pela tabela verdade temos: P Q P∧ Q P∧ Q → P F F F V F V F V V F F V V V V V 59 Lógica de Predicados Também podemos utilizar das equivalências lógicas de modo que: P∧ Q → P ¬ (P∧ Q) ∨ P Condicional (¬P∨ ¬Q) ∨ P De Morgan P ∨ (¬P∨ ¬Q) Comutativa (P ∨ ¬P)∨ ¬Q Associativa T∨ ¬Q Complementativa T Identidade Absorção Na implicação da Absorção P→(P∧ Q) ⇒ P→Q Vemos que P de P∧ Q “desaparece”, ou seja, é absorvido pelo P que antecede a operação de condicional. Podemos confirmar que essa é uma implicação válida verificando que (P→(P∧ Q)) → (P→Q) é uma tautologia. Para tal verificação podemos usar a tabela verdade: P Q P∧ Q P→(P∧ Q ) P→Q (P→(P∧ Q)) → (P→Q) F F F V V V F V F V V V V F F F F V V V V V V V Também podemos utilizar das equivalências lógicas de modo que: (P→(P∧ Q)) → (P→Q) ¬ (¬P∨ (P∧ Q)) ∨ (¬P∨ Q) Condicional ¬ ((¬P∨ P)∧ (¬P∨ Q)) ∨ (¬P∨ Q) Distributiva ¬ (T∧ (¬P∨ Q)) ∨ (¬P∨ Q) Complementativa ¬ (¬P∨ Q) ∨ (¬P∨ Q) Identidade 60 Lógica de Predicados OBS: para W:(¬P∨ Q) temos que ¬(¬P∨ Q) ∨ (¬P∨ Q) é ¬W ∨ W, logo T Complementativa Se considerarmos as proposições em linguagem natural P = Sigfrid é paulista e Q = Sigfrid é brasileiro Se Sigfrid é paulista então Sigfrid é paulista e Sigfrid é brasileiro, logo Se Sigfrid é paulista então Sigfrid é brasileiro. Conjunção Considerando duas proposições dadas como verdadeiras, podemos usá-las para declarar uma proposição composta deste modo podemos usar a implicação lógica da conjunção, ou seja, para P verdadeiro e Q verdadeiro podemos inferir que P∧ Q é verdadeiro. P, Q ⇒ P∧ Q Em linguagem natural, para as proposições P = a < 3 ; Q = b < 4 podemos a < 3, b < 4, logo a < 3 e b < 4 ou a < 3, b < 4, logo b < 4 e a < 3 No próximo capítulo apresentaremos a aplicação das implicações lógicas e de que modo elas podem ser utilizadas no processo dedutivo. Modus Ponens - Método da afirmação O método da afirmação mais conhecido como Modus Ponens requer duas proposições, uma proposição composta P→Q e uma proposição P. Podemos avaliar para P→Q que Q será verdadeiro com a condição de P ser verdadeiro, e a segunda proposição P garante isso, logo temos que (P→Q) ∧ P ⇒ Q. Para as proposições em linguagem natural P = Sigfrid é paulista e Q = Sigfrid é brasileiro, temos: Se Sigfrid é paulista então Sigfrid é brasileiro e Sigfrid é paulista logo Sigfrid é brasileiro. Verificando a implicação lógica (P→Q) ∧ P ⇒ Q pela tabela verdade temos que ((P→Q) ∧ P)→Q é uma tautologia 61 Lógica de Predicados P Q P→Q (P→Q) ∧ P ((P→Q) ∧ P)→Q F F V F V F V V F V V F F F V V V V V V Utilizando das equivalências lógicas para comprovar a Tautologia temos que: ((P→Q) ∧ P)→Q ¬ ((¬P∨ Q) ∧ P) ∨ Q Condicional (¬(¬P∨ Q) ∨ ¬P) ∨ Q De Morgan ¬(¬P∨ Q) ∨ (¬P ∨ Q) Associativa OBS: para W:(¬P∨ Q) temos que ¬(¬P∨ Q) ∨ (¬P∨ Q) é ¬W ∨ W, logo T Complementativa Podemos verificar pela tabela verdade que (P→Q) ∧ ¬P → ¬Q é uma indeterminação (contingência) P Q P→Q ¬P ¬Q (P→Q) ∧ ¬P ((P→Q) ∧ P)→ ¬Q F F V V V V V F V V V F V F V F F F V V V V V V F F F V Modus Tollens - Método da negação O método da negação mais conhecido como Modus Tollens requer duas proposições, uma proposição composta P→Q e uma proposição ¬Q de maneira que (P→Q) ∧ ¬Q ⇒ ¬P. O método da Negação costuma ser de dificil compreensão por não ser usual na linguagem natural. Podemos avaliar o método da negação da seguinte maneira, Observação: Caso P seja falso isso não leva a implicação de que Q será falso, ou seja, (P→Q) ∧ ¬P → ¬Q não é uma Tautologia !!!!! 62 Lógica de Predicados se temos a proposição P→Q verdadeira, tal que P verdadeiro é condição para Q verdadeiro então se temos que ¬Q verdadeiro, ou seja, Q é falso, então, com certeza P é falso, que é o mesmo que ¬P verdadeiro. Verificando a implicação lógica (P→Q) ∧ ¬Q ⇒ ¬P pela tabela verdade, temos que (P→Q) ∧ ¬Q →¬P é uma tautologia. P Q P→Q ¬P ¬Q (P→Q) ∧ ¬Q ((P→Q) ∧ P)→ ¬Q F F V V V V V F V V V F F V V F F F V F V V V V F F F V Utilizando das equivalências lógicas para comprovar a Tautologia temos que: ((P→Q) ∧ ¬Q)→ ¬P ¬ ((¬P∨ Q) ∧ ¬Q) ∨ ¬P Condicional (¬(¬P∨ Q) ∨ ¬¬Q) ∨ ¬P De Morgan (¬(¬P∨ Q) ∨ Q) ∨ ¬P Dupla Negação ¬(¬P∨ Q) ∨ (Q ∨ ¬P) Associativa ¬(¬P∨ Q) ∨ (¬P∨ Q) Comutativa OBS: para W:(¬P∨ Q) temos que ¬(¬P∨ Q) ∨ (¬P∨ Q) é ¬W ∨ W, logo T Complementativa Para as proposições em linguagem natural P = Sigfrid é paulista e Q = Sigfrid é brasileiro, temos: Se Sigfrid é paulista então Sigfrid é brasileiro e Sigfrid não é brasileiro logo Sigfrid não é paulista. Silogismo hipotético No silogismo hipotético identificamos a propriedade transitiva de modo que se temos duas proposições verdadeiras e interligadas na qual o consequente da primeira é o antecedente da segunda podemos inferir que: (P→Q)∧ (Q→R) ⇒ P→R 63 Lógica de Predicados Para as proposições em linguagem natural P = a < b; Q = b < c e R = c < d Se a < b então b < c e se b <c então R = c < d logo se a < b então c < d. (P→Q)∧ (Q→R) ⇒ P→R Verificando a implicação lógica (P→Q)∧ (Q→R) ⇒ P→R pela tabela verdade, temos que (P→Q)∧ (Q→R) → (P→R) é uma tautologia. P Q R P→Q Q→R (P→Q)∧ (Q→R ) P→R (P→Q)∧ (Q→R) → (P→R) F F F V V V V V F F V V V V V V F V F V F F V V F V V V V V V V V F F F V F F V V F V F V F V V V V F V F F F V V V V V V V V V Utilizando das equivalências lógicas para comprovar a Tautologia temos que: (P→Q)∧ (Q→R) → (P→R) ¬((¬P∨ Q)∧ (¬Q∨ R)) ∨ (¬P∨ R) Condicional ((¬¬P∧ ¬Q) ∨ (¬¬Q∧ ¬R)) ∨ (¬P∨ R) De Morgan ((P∧ ¬Q) ∨ (Q∧ ¬R)) ∨ (¬P∨ R) Dupla Negação (P∧ ¬Q) ∨ (Q∧ ¬R) ∨ ¬P ∨ R Associativa (P∧ ¬Q) ∨ ¬P ∨ (Q∧ ¬R) ∨ R Comutativa ((P∨ ¬P) ∧ (¬Q∨ ¬P)) ∨ ((Q ∨ R)∧ (¬R∨ R)) Distributiva ( T∧ (¬Q∨ ¬P)) ∨ ((Q ∨ R)∧ T) Complementativa (¬Q∨ ¬P) ∨ (Q ∨ R) Identidade 64 Lógica de Predicados (¬Q ∨ Q)∨ ¬P ∨ R Associativa T ∨ ¬P ∨ R Complementativa T Identidade Silogismo disjuntivo No silogismo disjuntivo temos uma proposição composta P∨ Q verdadeira. Sabendo para para a mesma ser verdadeira um ou as duas são verdadeiras, temos que a afirmação de que uma delas não é verdadeira, obrigatóriamente a outra deverá ser verdadeira, logo temos a seguinte implicação (P∨ Q) ∧ ¬P ⇒ Q Analogamente (P∨ Q) ∧ ¬Q ⇒ P Para as proposições em linguagem natural P = Sigfrid é santista e Q = Sigfrid é palmerense, temos que: Sigfrid é santista ou Sigfrid é palmerense. Sigfrid não é palmerense logo Sigfrid é santista (P∨ Q) ∧ ¬Q ⇒ P Verificando a implicação lógica (P∨ Q) ∧ ¬Q ⇒ P pela tabela verdade temos que (P∨ Q) ∧ ¬Q→P é uma tautologia P Q P∨ Q ¬Q (P∨ Q) ∧ ¬Q (P∨ Q) ∧ ¬Q→P F F F V F V F V V F F V V F V V V V V V V F F V Utilizando das equivalências lógicas para comprovar a Tautologia temos que: (P∨ Q) ∧ ¬Q→P ¬((P∨ Q) ∧ ¬Q) ∨ P Condicional 65 Lógica de Predicados ¬(P∨ Q) ∨ ¬¬Q ∨ P De Morgan ¬(P∨ Q) ∨ Q ∨ P Dupla negação ¬(P∨ Q) ∨ P ∨ Q Comutativa ¬(P∨ Q) ∨ (P ∨ Q) Associativa OBS: para W:(P∨ Q) temos que ¬(P∨ Q) ∨ (P∨ Q) é ¬W ∨ W, logo T Complementativa Dilema Construtivo No dilema construtivo temos duas proposições condicionais P→Q; R→S e uma terceira P∨ R que leva ao dilema Q∨ S. Basicamente temos o Modus Ponens aplicado simuntâneamente a duas proposições condicionais. Deste modo temos que (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (P∨ R) ⇒ (Q∨ S) Para as proposições em linguagem natural: P = x é múltiplo de 2 Q = x é par R = y é impar S = y+1 é par Se x é múltiplo de 2 entãox é par; Se y é impar então y+1 é par. x é múltiplo de 2 ou y é impar logo x é par ou y+1 é par Verifica-se no exemplo dado que para verdadeira a afirmação x é múltiplo de 2 ou y é impar, então pelo menos uma delas é verdadeira, logo uma das duas afirmações condicionais será atendida, que leva a pelo menos uma das consequencias lógicas ser verdadeira, ou seja, x é par ou y+1 é par. Verificando a implicação lógica (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (P∨ R) ⇒ (Q∨ S) pela tabela verdade temos que (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (P∨ R) → (Q∨ S) é uma tautologia. 66 Lógica de Predicados P Q R S P→Q R→S P∨ R (P→Q)∧ (R→S ) ∧ (P∨ R) (Q∨ S ) (P→Q)∧ (R→S) ∧ (P∨ R)→(Q∨ S ) F F F F V V F F F V F F F V V V F F V V F F V F V F V F F V F F V V V V V V V V F V F F V V F F V V F V F V V V F F V V F V V F V F V F V V F V V V V V V V V V V F F F F V V F F V V F F V F V V F V V V F V F F F V F F V V F V V F V V F V V V V F F V V V V V V V V F V V V V V V V V V V F V F V F V V V V V V V V V V V V Utilizando das equivalências lógicas para comprovar a Tautologia temos que: (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (P∨ R) → (Q∨ S) ¬((¬P∨ Q) ∧ (¬R∨ S) ∧ (P∨ R)) ∨ (Q∨ S) Condicional ¬(¬P∨ Q) ∨ ¬(¬R∨ S) ∨ ¬(P∨ R) ∨ (Q∨ S) Condicional (P ∧ ¬Q) ∨ (R ∧ ¬S) ∨ (¬P ∧ ¬R) ∨ Q ∨ S De Morgan (P ∧ ¬Q) ∨ Q ∨ (R ∧ ¬S) ∨ S ∨ (¬P∧ ¬R) Comutativo ((P ∨ Q) ∧ (¬Q ∨ Q)) ∨ ((R ∨ S) ∧ (¬S ∨ S)) ∨ (¬P∧ ¬R) Distributiva ((P ∨ Q) ∧ T) ∨ ((R ∨ S) ∧ T) ∨ (¬P∧ ¬R) Complementativa 67 Lógica de Predicados (P ∨ Q) ∨ (R ∨ S) ∨ (P∧ ¬R) Identidade P ∨ Q ∨ S ∨ R ∨ (¬P∧ ¬R) Associativa P ∨ Q ∨ S ∨ ((R ∨ ¬P) ∧ (R ∨ ¬R)) Distributiva P ∨ Q ∨ S ∨ ((R ∨ ¬P) ∧ T) Complementativa P ∨ Q ∨ S ∨ (R ∨ ¬P) Identidade Q ∨ S ∨ R ∨ (P ∨ ¬P) Associativa Q ∨ S ∨ R ∨ T Complementativa T Identidade Dilema Destrutivo No dilema destrutivo temos duas proposições condicionais P→Q; R→S e uma terceira P∨ R que leva ao dilema Q∨ S. Basicamente temos o Modus Ponens aplicado simuntâneamente a duas proposições condicionais. Deste modo temos que (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (¬Q∨ ¬S) ⇒ (¬P∨ ¬R) Para as proposições em linguagem natural: P = x é múltiplo de 2 Q = x é par R = y é impar S = y+1 é par Se x é múltiplo de 2 então x é par; Se y é impar então y+1 é par. x não é par ou y+1 não é par logo x não é múltiplo de 2 ou y não é impar Verifica-se no exemplo dado que para verdadeira a afirmação x não é par ou y+1 não é par, então pelo menos uma delas é verdadeira, logo uma das afirmações condicionais não está sendo atendida, ou seja, x não é par ou y+1 não é par. Verificando a implicação lógica (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (¬Q∨ ¬S) ⇒ (¬P∨ ¬R) pela tabela verdade temos que (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (¬Q∨ ¬S) → (¬P∨ ¬R) é uma tautologia. 68 Lógica de Predicados P Q R S P→Q R→S ¬Q∨ ¬ S (P→Q)∧ (R→S) ∧ (¬Q∨ ¬S) ¬P∨ ¬ R (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (¬Q∨ ¬S) →(¬P∨ ¬R) F F F F V V V V V V F F F V V V F F V V F F V F V F V F F V F F V V V V F F F V F V F F V V F F V V F V F V V V F F V V F V V F V F F F F V F V V V V V F F F V V F F F F V V F F V V F F V F V F F F V V F V F F F V F F V V F V V F V F F F V V V F F V V F F F V V V F V V V F F F V V V V F V F F F F V V V V V V V F F F V Utilizando das equivalências lógicas para comprovar a Tautologia temos que: (P→Q) ∧ (R→S) ∧ (¬Q∨ ¬S) →(¬P∨ ¬R) ¬((¬P∨ Q) ∧ (¬R∨ S) ∧ (¬Q∨ ¬S)) ∨ (¬P∨ ¬R) Condicional ¬(¬P∨ Q) ∨ ¬(¬R∨ S) ∨ ¬(¬Q∨ ¬S)) ∨ (¬P∨ ¬R) Condicional (P ∧ ¬Q) ∨ (R ∧ ¬S) ∨ (Q ∧ S) ∨ ¬P ∨ ¬R De Morgan (P ∧ ¬Q) ∨ ¬P ∨ (R ∧ ¬S) ∨ ¬R ∨ (Q ∧ S) Comutativo ((P∨ ¬P) ∧ (¬Q∨ ¬P)) ∨ ((R∨ ¬R) ∧ (¬S∨ ¬R)) ∨ (Q ∧ S) Distributiva (T∧ (¬Q∨ ¬P)) ∨ (T ∧ (¬S∨ ¬R)) ∨ (Q ∧ S) Complementativa 69 Lógica de Predicados (¬Q∨ ¬P) ∨ (¬S∨ ¬R) ∨ (Q ∧ S) Identidade ¬Q ∨ ¬P ∨ ¬S∨ ¬R ∨ (Q ∧ S) Associativa ¬Q ∨ ¬P ∨ R ∨ ((¬S∨ Q) ∧ (¬S∨ S)) Distributiva ¬Q ∨ ¬P ∨ ¬R ∨ ((¬S∨ Q) ∧ T) Complementativa ¬Q ∨ ¬P ∨ ¬R ∨ ¬S ∨ Q Identidade ¬P ∨ ¬R ∨ ¬S (¬Q ∨ Q) Associativa Q ∨ S ∨ R ∨ T Complementativa T Identidade Recapitulando Neste capítulo estudamos as tautologias das implicações lógicas. Essas tautologias, em conjunto com as tautologias das equivalências lógicas formam o conjunto de instrumentos para a argumentação e dedução lógica que estudaremos nos capítulos posterioes. Apresentamos um resumo das tautologias da implicações lógicas e as abreviaturas comumente utilizadas durante as demonstrações. Convém sempre referenciar a implicação lógica utilizada para auxiliar a interpretação dando AD Adição P ⇒ ∨ P Q Q ⇒ ∨ P Q SM Simplificação P ∧ ⇒ Q P P ∧ ⇒ Q Q ABS Absorção P → ∧ ⇒ → (P Q) P Q CJ Conjunção P, Q ⇒ ∧ P Q P, Q ⇒ ∧ Q P MP Modus Ponens P, P → ⇒ Q Q MT Modus Tollens P → ⇒ Q, ¬Q ¬P SH Silogismo Hipotético P → → ⇒ → Q, Q R P R SD Silogismo Disjuntivo P ∨ ⇒ Q , ¬Q P DC Dilema Construtivo P → → ∨ ⇒ ∨ Q, R S, P R Q S DD Dilema Destrutivo P → → ∨ ⇒ ∨ Q, R S, ¬Q ¬S ¬P ¬R 70 Lógica de Predicados Referências bibliográficas do capítulo ALENCAR FILHO, Edgard. Teoria Elementar dos Conjuntos. São Paulo: Nobel, 1971. SCHEINERMAN, Edward R. Matemática Discreta: uma introdução. São Paulo: Pioneira Thompson Learning, 2003. BARONETT, Stan. Lógica: Uma introdução voltadas para as ciências. Porto Alegre: Bookman, 2009. 71 Lógica de Predicados Atividades Tabelas verdade (¬A ∨ ¬B) ∧ B ∧ (¬(B ∧ C) → A) ⇒ B (C → (A ∨ B)) ∧ C ∧ ¬B ⇒ A Verifique que seguinte implicação lógica é verdadeira utilizando as seguintes regras de equivalência. Condicional, De Morgan, De Morgan, Distributiva, Complementação, Identidade, Comutativa, Distributiva, Complementação, Identidade, Comutativa, Complementação, Identidade. (¬A ∨ B)∧ (¬A → C) ∧ ¬C ⇒ B Verifique que seguinte implicação lógica é falsa utilizando as seguintes regras de equivalência. Condicional, De Morgan, De Morgan, Distributiva, Associativa, Complementação, Absorvente. ¬A ∧ (A→B)⇒ ¬B Verifique se seguinte implicação lógica é verdadeira ou falsa utilizando tabela verdade (B → ¬A) ∧ B ∧ (¬A → C ) ⇒ C Verifque a implicação lógica utilizando de regras de equivalências a) (A → B) ∧ (¬A → C) ∧ ¬B ⇒ C 72 Lógica de Predicados Gabarito das Atividades Verifique que as seguintes implicações lógica são verdadeiras utilizando tabelas verdade. (¬A ∨ ¬B) ∧ B ∧ (¬(B ∧ C) → A) → B A B C ¬A ∨ ¬B ¬(B ∧ C) ¬(B ∧ C) → A (¬A ∨ ¬B) ∧ B ∧ (¬(B ∧ C) → A) → B F F F V V F V F F V V V F V F V F V V F V F V V V F V V V F F V V V V V F V V V V V V V F F V V V V V V F F V V (C → (A ∨ B)) ∧ C ∧ ¬B→A A B C (A ∨ B) C→(A ∨ B) ¬B (C→(A ∨ B))∧ C∧ ¬B→A F F F F V V V F F V F F V V F V F V V F V F V V V V F V V F F V V V V V F V V V V V V V F V V F V V V V V V F V 73 Lógica de Predicados Demonstração (¬A ∨ B)∧ (¬A → C) ∧ ¬C → B ¬((¬A ∨ B)∧ (A ∨ C) ∧ ¬C) ∨ B Condicional ¬(¬A ∨ B) ∨ ¬(A ∨ C) ∨ C ∨ B De Morgan (A ∧ ¬B) ∨ (¬A ∧ ¬C) ∨ C ∨ B De Morgan (A ∧ ¬B) ∨ ((¬A ∨ C) ∧ (¬C ∨ C)) ∨ B Distributiva (A ∧ ¬B) ∨ ((¬A ∨ C) ∧ T) ∨ B Complementação (A ∧ ¬B) ∨ (¬A ∨ C) ∨ B Identidade (A ∧ ¬B) ∨ B ∨ (¬A ∨ C) Comutativa ((A ∨ B) ∧ (¬B∨ B)) ∨ (¬A ∨ C) Distributiva ((A ∨ B) ∧ T) ∨ (¬A ∨ C) Complementação (A ∨ B) ∨ (¬A ∨ C) Identidade A ∨ ¬A ∨ B ∨ C Comutativa T ∨ B ∨ C Complementação T Identidade Demonstração (¬A ∧ (A→B)) →¬B ¬(¬A ∧ (¬A ∨ B)) ∨ ¬B Condicional (A ∨ ¬ (¬A ∨ B)) ∨ ¬B De Morgan A ∨ (A ∧ ¬B) ∨ ¬B De Morgan (A ∨ A) ∧ (A ∨ ¬B) ∨ ¬B Distributiva (A ∨ A) ∧ (A ∨ ¬B ∨ ¬B) Associativa A ∧ (A ∨ ¬B) Complementação A Absorvente Logo não é um Tautologia
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