Логика – наука, изучающая законы и формы мышления.

 

Основные формы абстрактного мышления: понятие, суждение, умозаключение.

 

Понятие – это форма мышления, в которой отражаются существенные признаки отдельного предмета или класса однородных предметов (портфель, трапеция, ураганный ветер).

 

Суждение – мысль , в которой что-либо утверждается или отрицается о предметах. Оно является истинным или ложным повествовательным предложением (Весна наступила и грачи прилетели).

 

Умозаключение – приём мышления посредством которого из исходного знания получается новое знание; из одного или нескольких истинных суждений, называемых посылками, по определённым правилам вывода получаем заключение (Все металлы –простые вещества. Литий- металл. Следовательно: литий – простое вещество.)

 

Этапы развития логики

1-й этап связан с работами учёного и философа Аристотеля (384-322 гг до н.э.). Он пытался найти ответ на вопрос, как мы рассуждаем; изучал правила мышления. Он впервые дал систематическое изложение логики, подверг анализу формы человеческого мышления: понятия, суждения, умозаключения. Так возникла формальная логика.

Формальная логика – наука о законах и формах мышления. Связана с анализом наших обычных содержательных умозаключений, выражаемых разговорным языком.

 

2-й этап связан с работами немецкого учёного и философа Лейбница (1646-1716 гг). Он сделал попытку построить первые логические исчисления. Считал, что простые рассуждения можно заменить действиями со знаком и прив1л соответствующие правила. Так возникла математическая логика.

Математическая логика – наука о логических связях и отношениях, лежащих в основе дедуктивного (логического) вывода. Она изучает суждения для которых можно однозначно решить, истинны они или ложны.

 

3-й этап связан с работами Джорджа Буля (1815-1864 гг). Он развил идеи Лейбница. В его работах логика обрела свой алфавит, орфографию и грамматику. Буль считается основоположником математической логики как самостоятельной дисциплины. Начальный раздел её называют булевой алгеброй или алгеброй логики.

Алгебра – это раздел математики, предназначенный для описания действий над переменными величинами, которые принято обозначать строчными буквами латинского алфавита – а, b, x, y и т.д. Действия над переменными величинами записываются в виде математических выражений.

Термин «логика» происходит от древнегреческого "logos”, означающего «слово, мысль, понятие, рассуждение, закон».

Алгеброй логики называется аппарат, который позволяет выполнять действия над высказываниями.

Алгебру логику называют также алгеброй Буля, или булевой алгеброй, по имени английского математика Джорджа Буля, разработавшего в XIX веке ее основные положения. В булевой алгебре высказывания принято обозначать прописными латинскими буквами: A, B, X, Y. В алгебре Буля введены три основные логические операции с высказываниями? Сложение, умножение, отрицание. Определены аксиомы (законы) алгебры логики для выполнения этих операций. Действия, которые производятся над высказываниями, записываются в виде логических выражений.

Логические выражения могут быть простыми и сложными.

Простое логическое выражение состоит из одного высказывания и не содержит логические операции. В простом логическом выражении возможно только два результата — либо «истина», либо «ложь».

Сложное логическое выражение содержит высказывания, объединенные логическими операциями. По аналогии с понятием функции в алгебре сложное логическое выражение содержит аргументы, которыми являются высказывания.

В качестве основных логических операций в сложных логических выражениях используются следующие:

• НЕ (логическое отрицание, инверсия);

• ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция);

• И (логическое умножение, конъюнкция).

Логическое отрицание является одноместной операцией, так как в ней участвует одно высказывание. Логическое сложение и умножение — двуместные операции, в них участвует два выска¬зывания. Существуют и другие операции, например операции следования и эквивалентности, правило работы которых можно вывести на основании основных операций.

Все операции алгебры логики определяются таблицами истинности значений. Таблица истинности определяет результат выполнения операции для всех возможных логических значений исходных высказываний. Количество вариантов, отражающих результат применения операций, будет зависеть от количества высказываний в логическом выражении, например:

 

• таблица истинности одноместной логической операции состоит из двух строк: два различных значения аргумента — «истина» (1) и «ложь» (0) и два соответствующих им значения функции;
• в таблице истинности двуместной логической операции — четыре строки: 4 различных сочетания значений аргументов — 00, 01, 10 и 11 и 4 соответствующих им значения функции;
• если число высказываний в логическом выражении N, то таблица истинности будет содержать 2^N строк, так как существует 2^N различных комбинаций возможных значений аргументов.

 

Операция НЕ — логическое отрицание (инверсия)

Логическая операция НЕ применяется к одному аргументу, в качестве которого может быть и простое, и сложное логическое выражение. Результатом операции НЕ является следующее:

• если исходное выражение истинно, то результат его отрицания будет ложным;

• если исходное выражение ложно, то результат его отрицания будет истинным.

Для операции отрицания НЕ приняты следующие условные обозначения:

не А, Ā, not A, ¬А.

Результат операции отрицания НЕ определяется следующей таблицей истинности:

A	не А
0	1
1	0

Результат операции отрицания истинен, когда исходное высказывание ложно, и наоборот.

Приведем примеры отрицания.

1. Высказывание «Земля вращается вокруг Солнца» истинно. Высказывание «Земля не вращается вокруг Солнца» ложно.

2. Высказывание «Уравнение у = 4х + 3 в промежутке -2 < х < 2 не имеет корня» ложно. Высказывание «Уравнение у = 4х + 3 в промежутке -2 < х < 2 имеет корень» истинно.

3. Высказывание «4 — простое число» ложно. Высказывание «4 — не простое число» истинно.

Принцип работы переключателя настольной лампы таков: если лампа горела, переключатель выключает ее, если лампа не горела — включает ее. Такой переключатель можно счи¬тать электрическим аналогом операции отрицания.

 

Операция ИЛИ — логическое сложение (дизъюнкция, объединение)

Логическая операция ИЛИ выполняет функцию объединения двух высказываний, в качестве которых может быть и простое, и сложное логическое выражение. Высказывания, являющиеся исходными для логической операции, называют аргументами. Результатом операции ИЛИ является выражение, которое бу¬дет истинным тогда и только тогда, когда истинно будет хотя бы одно из исходных выражений.

Применяемые обозначения: А или В, А V В, A or B.

Результат операции ИЛИ опреде¬ляется следующей таблицей истинности:

A	B	А или B
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Результат операции ИЛИ истинен, когда истинно А, либо истинно В, либо истинно и А и В одновременно, и ложен тогда, когда аргументы А и В — ложны.

Приведем примеры логического сложения.

1. Рассмотрим высказывание «В библиотеке можно взять книгу или встретить знакомого». Это высказывание формально мож¬но представить так: С = А ˅ В, где высказывание А — «В библиотеке можно взять книгу», а В — «В библиотеке можно встретить знакомого». Объединение этих высказываний при помощи операции логического сложения означает, что события могут произойти как отдельно, так и одновременно.

2. Рассмотрим высказывание «Знания или везение — залог сдачи экзаменов». "Успешно сдать экзамен может тот, кто все знает, или тот, кому повезло (например, вытянут единственный выученный билет), или тот, кто все знает и при этом выбрал «хороший» билет.

Кто хоть однажды использовал елочную гирлянду с параллельным соединением лампочек, знает, что гирлянда будет светить до тех пор, пока цела хотя бы одна лампочка. Логическая операция ИЛИ чрезвычайно схожа с работой подобной гирлянды, ведь результат операции ложь только в одном случае — когда все аргументы ложны.

 

Операция И — логическое умножение (конъюнкция)

Логическая операция И выполняет функцию пересечения двух высказываний (аргументов), в качестве которых может быть и простое, и сложное логическое выражение. Результатом операции И является выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда истинны оба исходных выражения.

Применяемые обозначения: А и В, А Λ В, A & B, A and B.

Результат операции И определяется следующей таблицей истинности:

A	B	А и B
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Результат операции И истинен тогда и только тогда, когда истинны одновременно высказывания А и В, и ложен во всех остальных случаях.

Приведем примеры логического умножения.

1. Рассмотрим высказывание «Умение и настойчивость приводит к достижению цели». Достижение цели возможно только при одновременной истинности двух предпосылок — умения И настойчивости.

Логическую операцию И можно сравнить с последовательным соединением лампочек в гирлянде. При наличии хотя бы одной неработающей лампочки электрическая цепь оказывается разомкнутой, то есть гирлянда не работает. Ток протекает только при одном условии — все составляющие цепи должны быть исправны.

 

Операция «ЕСЛИ-ТО» — логическое следование (импликация)

Эта операция связывает два простых логических выражения, из которых первое является условием, а второе — следствием из этого условия.

Применяемые обозначения:

если А, то В; А влечет В; if A then В; А→ В.

Таблица истинности:

A	B	А → B
0	0	1
0	1	1
1	0	0
1	1	1

Результат операции следования (импликации) ложен только тогда, когда предпосылка А истинна, а заключение В (следствие) ложно.

Приведем примеры операции следования.

1. Рассмотрим высказывание «Если идет дождь, то на улице сыро». Здесь исходные высказывания «Идет дождь» и «На улице сыро». Если не идет дождь и не сыро на улице, результат операции следования — истина. На улице может быть сыро и без дождя, например, когда прошла поливочная машина или дождь прошел накануне. Результат операции ложен только тогда, когда дождь идет, а на улице не сыро.

2. Рассмотрим два высказывания: А {х делится на 9}, В {х делится на 3}. Операция А → В означает следующее: «Если число делится на 9, то оно делится и на 3». Рассмотрим возможные варианты:

■ А — ложно, В — ложно (1-я строка таблицы истинности). Можно найти такие числа, для которых истиной является высказывание «если А — ложно, то и В — ложно». Например, х = 4, 17, 22.

■ А — ложно, В — истинно (2-я строка таблицы истинности). Можно найти такие числа, для которых истиной является высказывание «если А — ложно, то В — истинно». Например, х = б, 12, 21.

■ А — истинно, В — ложно (3-я строка таблицы истинности). Невозможно найти такие числа, которые делились бы на 9, но не делились на 3. Истинная предпосылка не может приводить к ложному результату импликации.

■ А — истинно, В — истинно (4-я строка таблицы истинности). Можно найти такие числа, для которых истиной является высказывание «если А — истинно, то и В — истинно». Например, х = 9, 18, 27.

 

Операция «А тогда и только тогда, когда В» (эквивалентность, равнозначность)

Применяемое обозначение: А ↔ В, А ~ В.

Таблица истинности:

A	B	А↔B
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Результат операции эквивалентность истинен только тогда, когда А и В одновременно истинны или одновременно ложны.

Приведем примеры операции эквивалентности:

1. День сменяет ночь тогда и только тогда, когда солнце скрывается за горизонтом;

2. Добиться результата в спорте можно тогда и только тогда, когда приложено максимум усилий.

 

Приоритет логических операций

• Действия в скобках
• Инверсия
• Конъюнкция ( & )
• Дизъюнкция ( V )
• Импликация ( → )
• Эквивалентность ( ↔ )

Основные логические операции в алгебре логики
В алгебре логики существует три основные операции:

• Логическое отрицание {инверсия).

Обозначается: ¯А, ¬A, not А, не А.
Высказывание ¬А истинно при ложном А и ¬А ложно при истинном А.

• Логическое умножение {конъюнкция).

Обозначается А&В, A and В, А*В, А^В, АВ, А и В.
Высказывание А ^ В истинно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В истинны.

• Логическое сложение {дизъюнкция).

Обозначается: A v В, A or В, А + В, А или В.
Высказывание A v В ложно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В ложны.
Остальные операции алгебры логики выражаются через первые три опе­рации: отрицание, конъюнкцию и дизъюнкцию. Перечислим их.

• Логическое следование {импликация).

Обозначается: А → В, А => В.
Высказывание А → В ложно только тогда, когда А истинно, а В ложно.
Важно: в операции импликации посылка А не обязана быть истинной, в отличие от логического оператора в языках программирования «если А, то В».
Импликация выражается через дизъюнкцию и отрицание: А => В = A v В.

• Эквивалентность (равносильность, необходимо и достаточно).

Обозначается: А ~ В, А <=> В, А = В.
Высказывание А <=> В истинно тогда и только тогда, когда значения А и В совпадают.
Эквивалентность выражается через отрицание, дизъюнкцию и конъюнкцию: А <=> В = (¬А v В) ^ (¬B v А).

• Исключающее ИЛИ.

Обозначается A XOR В.
Высказывание A XOR В истинно, когда А и В не равны.

Порядок исполнения операций задается круглыми скобками. При отсутствии скобок порядок выполнения операций следующий: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация, эквивалентность.
Формула алгебры логики (или составное высказывание) состоит из нескольких высказываний, соединенных логическими операциями. Исходные высказывания могут быть логическими переменными или логическими константами (имеющими постоянное значение ИСТИНА или ЛОЖЬ).
Логическая функция определяется на множестве логических переменных и логических констант, принимающих значение ИСТИНА или ЛОЖЬ. Значение функции вычисляется в результате выполнения логических операций с (или над) логическими операндами. Например:

F (А, В, С) = А ^ (¬ В v С); F(x1, х2, х3) = ¬x1 v х2 ^ ¬ х3

Логическую функцию можно задать двумя способами: логической формулой или таблицей истинности.

Таблица истинности задает значения функции при всех возможных наборах ее переменных.

 

 

В алгебре логики выполняются следующие основные законы, позволяющие производить тождественные преобразования логических выражений:

 

 

 

 

1. На вопрос: "Кто из трех учащихся изучал математическую логику?" получен верный ответ - "Если изучал первый, то изучал и третий, но неверно, что если изучал второй, то изучал и третий". Кто изучал математическую логику?

2. Определите, кто из четырех учеников сдал экзамен, если известно: Если первый сдал, то и второй сдал. Если второй сдал, то третий сдал или первый не сдал. Если четвертый не сдал, то первый сдал, а третий не сдал. Если четвертый сдал, то и первый сдал.

3. После обсуждения состава участников предполагаемой экспедиции было решено, что должны выполняться два условия: Если поедет Арбузов, то должны поехать еще Брюквин или Вишневский. Если поедут Арбузов и Вишневский, то поедет и Брюквин. Требуется установить, кто из перечисленных сотрудников войдет в состав экспедиции.

4. Пытаясь вспомнить победителей прошлого турнира, пятеро заявили, что, по их мнению: Антон был вторым, Борис пятым. Виктор был вторым, Денис третьим. Антон был третьим, Евгений шестым. Григорий был первым, Борис третьим. Виктор был третьим, Евгений четвертым. Впоследствии выяснилось, что каждый из высказавших свое мнение, ошибся один раз. Каково было истинное распределение мест в турнире, если никакие два участника турнира не делили одно место.

5. Брауну, Джонсу и Смиту предъявлено обвинение в соучастии в ограблении банка. похитители скрылись на поджидавшем их автомобиле. На следствии Браун показал, что преступники были на синем "Бьюике"; Джонс сказал, что это был черный "Крайслер", а Смит утверждал, что это был "Форд Мустанг" и ни в коем случае не синий. Стало известно, что желая запутать следствие, каждый из них указал правильно либо только марку машины, либо ее цвет. Какого цвета был автомобиль и какой марки?

6. Жили четыре друга. Звали их Альберт, Карл, Дитрих и Фридрих. Фамилии друзей те же, что и имена, только так, что ни у кого из них имя и фамилия не были одинаковыми, кроме того, фамилия Дитриха не Альберт. Определите фамилию и имя каждого мальчика, если известно, что имя мальчика, у которого фамилия Фридрих, есть фамилия того мальчика, имя которого фамилия Карла.

7. Семья, состоящая из отца О, матери М, сына С и двух дочерей А и Д купила телевизор. Условились, что в первый вечер будут смотреть телевизор в таком порядке: Когда отец О смотрит телевизор, то мать М делает то же. Сын С и дочь Д, оба или один из них смотрят телевизор. Из двух членов семьи - мать М и дочь А - смотрит телевизор одна и только одна. Дочь А и сын С или оба смотрят, или оба не смотрят. Если дочь Д смотрит передачу, то отец О и дочь С делают то же. Кто из членов семьи в этот вечер смотрит передачу?

8. По подозрению в совершенном преступлении задержали Брауна, Джона и Смита. Один из них был уважаемым в городе стариком, другой был малоизвестным чиновником, третий - известным мошенником. В процессе следствия старик говорил правду, мошенник лгал, а третий задержанный в одном случае говорил правду, а в другом - ложь. Вот, что они утверждали: Браун: Я совершил это. Джон не виноват. Джон: Браун не виноват. Преступление совершил Смит. Смит: Я не виноват. Виноват Браун. Требуется определить имена старика, мошенника и чиновника, и кто из них виноват, если известно, что преступник один.

9. Рабочий должен следить за деталями, движущимися мимо него по конвейеру, он должен снимать м ленты конвейера некоторые детали и пропускать остальные. Бригадир сказал ему, чтобы он снимал детали, которые удовлетворяют одновременно ряду условий, а именно: обладают по крайней мере одной из следующих характеристик: искривлены, заржавлены или неокрашены; нестандартны, заржавлены или и то и другое вместе; искривлены, не заржавлены или и то и другое вместе; нестандартны, не заржавлены или и то и другое вместе; обладают по крайней мере одной из следующих характеристик: искривлены, заржавлены или окрашены. Предложенную в столь неудобной форме инструкцию рабочий упростил до двух характеристик объектов. Какие это характеристики?

10. "Вернувшись домой, Мегрэ позвонил на набережную Орфевр. - Говорит Мегрэ. Есть новости? - Да, шеф. Поступили сообщения от инспекторов. Торранс установил, что если Франсуа был пьян, то или Этьен убийца, или Франсуа лжет. Жуссье считает, что или Этьен убийца, или Франсуа не был пьян и убийство произошло после полуночи. Инспектор Люка просил передать Вам, что если убийство произошло после полуночи, то или Этьен убийца, или Франсуа лжет. Затем звонила... - Все. Спасибо. Этого достаточно.- Комиссар положил трубку. Он знал, что трезвый Франсуа никогда не лжет. Теперь он знал все." Что следует из показаний инспекторов? Какой вывод сделал комиссар Мегрэ?

11. На двери деканата злоумышленники масляной краской нарисовали несколько карикатур на преподавателей. Подозрение пало на известных хулиганов и вольнодумцев Пашу и Сашу. Кроме того обнаружились три свидетеля, которые заявили: Первый: Это они сделали вместе. Второй: Рисовал на двери только Саша, Паша в этом не участвовал. Третий: Если Паша рисовал на двери, то Саша тоже принимал в этом участие. Какой вывод можно сделать из показаний свидетелей, если выяснилось, что все они врали, т.е. говорили прямо противоположное тому, что было на самом деле?

12. Во время перемены в классе были Аня, Борис, Ваня и Маша. Один из них разбил окно. Учитель стал их спрашивать и получил от каждого три ответа. Аня: Я его не разбивала. Я сидела и читала. Маша знает, кто разбил. Борис: Я этого не делал. С Машей я давно не разговариваю. Это сделал Ваня. Ваня: Я невиновен. Разбила Маша. Борис лжет, говоря, что разбил я. Маша: Я не разбивала окно. Это вина Ани. Борис знает, что я не виновата, потому что мы с ним беседовали во время перемены. В конце концов каждый из них признался, что из трех ответов, которые он дал, два истинны, а один ложен. Кто разбил окно?

13. Разбирается дело Брауна, Джонса и Смита. Один из них совершил преступление. В процессе расследования каждый из них сделал по два заявления. Браун: Я не делал этого. Джонс не делал этого. Джонс: Смит сделал это. Браун не делал этого. Смит: Я не делал это. Браун сделал это. Далее было установлено, что один из них дважды солгал, другой дважды сказал правду, а третий раз солгал, раз сказал правду. Кто совершил преступление? Какой будет ответ при условии, что каждый из них один раз сказал правду, а один раз солгал?

14. В деле об убийстве имеются двое подозреваемых - Петр и Павел. Допросили четырех свидетелей, которые последовательно дали такие показания: "Петр не виноват", "Павел не виноват", "Из двух первых показаний по меньше мере одно истинно", "Показания третьего ложны". Четвертый свидетель оказался прав. Кто преступник?