Основные понятия математической логики. Логические величины, операции, выражения 10 логические величины операции выражения

Слайд 9

Задача 1

Сформулируйте высказывания на обычном языке для следующих логических выражений: 1) (X = 12) и (Y = 12) и (Z = 12); 2) (X 0) или (Y 0); 3) (X х Y 0); 4) (X х Y х Z 0).

Слайд 10

Задача 2

Определите значение логического выражения: не (X > Z) и не (X = Y), если: 1) X = 3, Y = 5, Z = 2; 2) X = 0, Y = 1, Z = 19; 3) X = 5, Y = 0, Z = -8; 4) X = 9,Y = -9, Z = 9.

Слайд 11

Задача 3

Определите значения логических переменных а, b с, d, если: 1) а и (Марс - планета) - истинное высказывание; 2) b и (Марс - планета) - ложное высказывание; 3) с или(Солнце - спутник Земли) - истинное высказывание; 4) d или (Солнце - спутник Земли) - ложное высказывание.

С элементами математической логики вы уже встречались в курсе информатики основной школы, изучая способы записи запросов к базе данных и условной функции ЕСЛИ в электронных таблицах, основы алгоритмизации и программирования. Повторим основные понятия логики с целью дальнейшего углубления ваших знаний в использовании ее для программирования.

К числу основных понятий логики относятся: высказывание, логическая величина, логические операции, логические выражения и формулы.

Высказывание (суждение) - это повествовательное предложение, в котором что-либо утверждается или отрицается. По поводу любого высказывании можно сказать, истинно оно или ложно.

Например, высказывание «На улице идет дождь» будет истинным или ложным в зависимости от состояния погоды в данный момент. Истинность высказывания «Значение А больше, чем В», записанного в форме неравенства: А > В, будет зависеть от значений переменных А и В.

Логические величины - понятия, выражаемые словами: ИСТИНА, ЛОЖЬ (true, false). Следовательно, истинность высказываний выражается через логические величины .

Логическая константа: ИСТИНА или ЛОЖЬ.

Логическая переменная: символически обозначенная логическая величина. Следовательно, если известно, что А, В, X, Y и др. - переменные логические величины, то, значит, они могут принимать значения только ИСТИНА или ЛОЖЬ.

Логическое выражение - простое или сложное высказывание. Сложное высказывание строится из простых с помощью логических операций (связок).

Логические операции

Конъюнкция (логическое умножение) . В русском языке она выражается союзом И. В математической логике используются знаки & или ∧. Конъюнкция - двухместная операция; записывается в виде: А & В. Значением такого выражения будет ЛОЖЬ, если значение хотя бы одного из операндов ложно.

Дизъюнкция (логическое сложение). В русском языке этой связке соответствует союз ИЛИ. В математической логике она обозначается знаком v . Дизъюнкция - двухместная операция; записывается в виде: A v В. Значением такого выражения будет ИСТИНА, если значение хотя бы одного из операндов истинно.

Отрицание. В русском языке этой связке соответствует частица НЕ (в некоторых высказываниях применяется оборот «неверно, что...»). Отрицание - унарная (одноместная) операция; записывается в виде: ¬ А или Ā.

Правила выполнения рассмотренных логических операций отражены в следующей таблице, которая называется таблицей истинности логических операций (здесь И означает «истина», Л - «ложь»):

Логическая формула - формула, содержащая лишь логические величины и знаки логических операций. Результатом вычисления логической формулы является ИСТИНА или ЛОЖЬ.

Последовательность выполнения операций в логических формулах определяется старшинством операций. В порядке убывания старшинства логические операции расположены так: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция . Кроме того, на порядок выполнения операций влияют скобки, которые можно использовать в логических формулах.

Например: (А & В) v (¬ А & В) v (¬ А & ¬ В).

Пример. Вычислить значение логической формулы:

¬ X & Y v X & Z,

если логические переменные имеют следующие значения: X = ЛОЖЬ, Y = ИСТИНА, Z = ИСТИНА.

Решение. Отметим цифрами сверху порядок выполнения операций в формуле:

Используя таблицу истинности, вычислим формулу по шагам:

1) ЛОЖЬ = ИСТИНА; 2) ИСТИНА & ИСТИНА = ИСТИНА; 3) ЛОЖЬ & ИСТИНА = ЛОЖЬ; 4) ИСТИНА v ЛОЖЬ = ИСТИНА. Ответ: ИСТИНА.

Логические функции на области числовых значений

Алгебра чисел пересекается с алгеброй логики в тех случаях, когда приходится проверять принадлежность значений алгебраических выражений некоторому множеству. Например, принадлежность значения числовой переменной X множеству положительных чисел выражается через высказывание : «X больше нуля». Символически это записывается так: Х > 0. В алгебре такое выражение называют неравенством. В логике - отношением.

Отношение X > 0 может быть истинным или ложным. Если X - положительная величина, то оно истинно, если отрицательная, то ложно. В общем виде отношение имеет следующую структуру:

< выражение 1 > < знак отношения > < выражение 2 >

Здесь выражения 1 и 2 - некоторые математические выражения, принимающие числовые значения. В частном случае выражение может представлять собой одну константу или одну переменную величину. Знаки отношений могут быть следующими:

Итак, отношение - это простое высказывание, а значит, логическая величина. Оно может быть как постоянной: 5 > 0 - всегда ИСТИНА, 3 * 6: 2 - всегда ЛОЖЬ; так и переменной: а < b, х + 1 = с - d. Если в отношение входят переменные числовые величины, то и значение отношения будет логической переменной.

Отношение можно рассматривать как логическую функцию от числовых аргументов. Например: F(x) = (х > 0) или Р(х, у) = = (х < у). Аргументы определены на бесконечном множестве действительных чисел, а значения функции - на множестве, состоящем из двух логических величин: ИСТИНА, ЛОЖЬ.

Логические функции от числовых аргументов еще называют термином предикат . В алгоритмах предикаты играют роль условий, по которым строятся ветвления и циклы. Предикаты могут быть как простыми логическими функциями, не содержащими логических операций, так и сложными, содержащими логические операции.

Пример 1. Записать предикат (логическую функцию) от двух вещественных аргументов X и Y, который будет принимать значение ИСТИНА, если точка на координатной плоскости с координатами X и Y лежит внутри единичной окружности с центром в начале координат (рис. 3.12).

Из геометрических соображений понятно, что для всех точек, лежащих внутри единичной окружности, будет истинным значение следующей логической функции:

F(Х, У) = (X 2 + У 2 < 1).

Для значений координат точек, лежащих на окружности и вне ее, значение функции F будет ложным.

Пример 2. Записать предикат, который будет принимать значение ИСТИНА, если точка на координатной плоскости с координатами X и У лежит внутри кольца с центром в начале координат, и радиусами R1 и R2.

Поскольку значения R1 и R2 - переменные величины, искомая логическая функция будет иметь четыре аргумента: X, У, R1, R2. Возможны две ситуации:

1) R1 2 < X 2 + У 2 < R2 2 и R1 < R2: R1 - внутренний радиус, R2 - внешний радиус;

2) R2 2 < X 2 + У 2 < R1 2 и R2 < R1: R2 - внутренний радиус, R1 - внешний радиус.

Объединив дизъюнкцией оба этих утверждения и записав их по правилам алгебры логики, получим следующую логическую функцию:

F(Х, У, R1, R2) = (((X 2 + У 2) > R1 2) & ((X 2 + У 2) < R2 2) & R1 < R2) v (((X 2 + У 2) > R2 2) & ((X 2 + У 2) < R1 2) & R2 < R1).

Пример 3. Записать предикат, который будет принимать значение ИСТИНА, если точка на координатной плоскости с координатами X и У лежит внутри фигуры, ограниченной жирными линиями на рис. 3.13.

Фигура ограничена тремя границами, описываемыми уравнениями:

У = -X - левая граница, линейная функция;

У = 1 - верхняя граница, константа;

У = X 2 - правая граница, парабола.

Рассматриваемая область есть пересечение трех полуплоскостей, описываемых неравенствами:

Во внутренних точках все эти три отношения являются одно-временно истинными. Поэтому искомый предикат имеет вид:

F(X, У) = (У > -X) & (Y < 1) & (У > X 2).

Логические выражения на Паскале

Уже говорилось о том, что в Паскале имеется логический тип данных.

Логические константы: true (истина), false (ложь).

Логические переменные: описываются с типом Boolean .

Операции отношения: осуществляют сравнение двух операндов и определяют, истинно или ложно соответствующее отношение между ними. Знаки операций отношения: = (равно), <> (не равно), > (больше), < (меньше), >= (больше или равно), <= (меньше или равно).

Логические операции: not - отрицание, and - логическое умножение (конъюнкция), or - логическое сложение (дизъюнкция), хоr - исключающее ИЛИ. Таблица истинности для этих операций (Т - true ; F - false ):

Логическое выражение может состоять из логических констант и переменных, отношений, логических операций. Логическое выражение принимает значение true или false.

Например, логическая формула ¬ X & У v X & Z на Паскале запишется в виде следующего логического выражения:

not X and Y or X and Z,

где X, Y, Z - переменные типа Boolean .

Логические операции располагаются в следующем порядке по убыванию старшинства (приоритета): 1) not , 2) and , 3) or, xor . Операции отношения имеют самый низкий приоритет. Поэтому если операндами логической операции являются отношения, то их следует заключать в круглые скобки. Например, математическому неравенству 1 ≤ X ≤ 50 соответствует следующее логическое выражение:

(1 <= Х) and (Х <= 50)

Логическая функция odd(x) принимает значение true , если значение целочисленного аргумента х является нечетным, иначе - false .

Для правильной записи сложного логического выражения (предиката) нужно учитывать относительные приоритеты арифмети-ческих, логических операций и операций отношений, поскольку все они могут присутствовать в логическом выражении. По убыванию приоритета операции располагаются в следующем порядке.

1. Арифметические операции: - (минус унарный) *, / +, - 2. Логические операции: not and or, xor 3. Операции отношения: =, <>, >, <, >=, <=

Еще раз обратите внимание, что в логическом выражении, соответствующем предикату из примера 3:

(Y > -X) and (Y < 1) and (Y > X * X),

операции отношения заключены в скобки, поскольку они младше логических операций, а выполняться должны раньше.

Вопросы и задания

1. Какого типа величина получается при вычислении отношения (неравенства) между числами?

2. Что такое предикат? Приведите примеры.

3. Запишите на языке алгебры логики логические функции, которые будут принимать значение ИСТИНА, если справедливы следующие утверждения, и ЛОЖЬ - в противном случае:

А) все числа X, Y, Z равны между собой; б) из чисел X, Y, Z только два равны между собой; в) каждое из чисел X, Y, Z положительно; г) только одно из чисел X, У, Z положительно; д) значения чисел X, У, Z упорядочены по возрастанию.

4. Все формулы, полученные при решении предыдущей задачи, запишите в виде логических выражений на Паскале.

5. Постройте таблицу истинности для логической формулы:

¬X & Y v X & Z.

Пояснение: в таблице истинности должны быть вычислены значения формулы для всех вариантов значений логических переменных: X, У, Z . Следовательно, таблица будет содержать 2 3 = 8 строк и 4 столбца: значения X, У, Z и результат. В таблицу можно добавить дополнительные столбцы, содержащие результаты промежуточных операций.

6. Вычислите значения следующих логических выражений, записанных на Паскале:

Пояснения: odd(x) - логическая функция определения четности аргумента, равна true , если х - нечетное, и равна false , если х - четное; trunc (х) - целочисленная функция от вещественного аргумента, возвращающая ближайшее целое число, не превышающее х по модулю.

Программирование ветвлений

1. Логические величины, операции, выражения. Логические выражения в качестве условий в ветвящихся и циклических алгоритмах.

Для того чтобы понять работу ветвящихся и циклических алгоритмов, рассмотрим понятие логического выражения.

В некоторых случаях выбор варианта действий в программе должен зависеть от того, как соотносятся между собой значения каких-то переменных.

Например, расчёт корней квадратного уравнения производится по-разному в зависимости от дискриминанта (вспомните математику).

В результате сравнения значений двух выражений возможны два варианта ответа: сравнение истинно или ложно ?

Например:

2+3 > 3+1 - да (истинно)

0 < -5 - нет (ложно)

Выражения такого вида мы будем называть логическими выражениями .

Логическое выражение, подобно математическому выражению, выполняется (вычисляется), но в результате получается не число, а логическое значение: истина (true) или ложь (false). Логическая величина - это всегда ответ на вопрос, истинно ли данное высказывание.

Нам известны шесть операций сравнения:

С помощью этих операций мы будем составлять логические выражения. Причём в выражениях не обязательно присутствуют только константы, но и переменные.

Как выполняются операции отношения для числовых величин понятно из математики. Как же сравниваются символьные величины? Отношение «равно» истинно для двух символьных величин, если их длинны одинаковы и все соответствующие символы совпадают. Следует учитывать, что пробел тоже символ.

Символьные величины можно сопоставлять и в отношениях >, <, >=, <=. Здесь упорядоченность слов (последовательности символов) определяется по алфавитному принципу.

«кот» = «кот»

«кот» < «лис»

«кот» > «дом»

Выражение, состоящее из одной логической величины или одного отношения, будем называть простым логическим выражением.

Часто встречаются задачи, в которых используются не отдельные условия, а совокупность связанных между собой условий (отношений). Например, в магазине вам нужно выбрать туфли, размер которых r = 45, цвет color = белый, цена price не более 400руб.

Другой пример: школьник выяснил, что сможет купить шоколадку, если она стоит 3руб. или 3руб. 50коп.

В первом примере мы имеем дело с тремя отношениями, связанными между собой союзом "и" и частицей "не", во втором - с двумя отношениями, связанными союзом "или". Подобные условия назовём составными , и для их обозначения в алгоритме договоримся использовать союзы "и ", "или ", "не ", которые будем рассматривать как знаки логических операций, позволяющих из простых условий создавать составные, подобно тому, как из простых переменных и констант с помощью знаков +, - и т. д. можно создавать алгебраические выражения.

Так условия наших примеров в алгоритме могут выглядеть таким образом:

первое: (r = 45) и (color = белый) и (не (price>400))

второе: (цена=3) или (цена=3.5)

Выражение, содержащее логические операции, будем называть сложным логическим выражением.

Объединение двух (или нескольких) высказываний в одно с помощью союза «и» называется операцией логического умножения или конъюнкцией .

В результате логического умножения (конъюнкции) получается истина, если истинны все логические выражения.

Объединение двух (или нескольких) высказываний с по мощью союза «или» называется операцией логического сложения или дизъюнкцией .

В результате логического сложения (дизъюнкции) получается истина, если истинно хотя бы одно логическое выражения.

Присоединение частицы «не» к высказыванию называется операцией логического отрицания или инверсией .

Отрицание изменяет значение логической величины на противоположное: не истина = ложь; не ложь = истина.

Если в сложном логическом выражении имеется несколько логических операций, то возникает вопрос, в каком порядке их выполнит компьютер. По убыванию старшинства логические операции располагаются в таком порядке:

отрицание (не );

конъюнкция (и );

дизъюнкция (или ).

В логических выражениях можно использовать круглые скобки. Так же как и в математических формулах, скобки влияют на последовательность выполнения операций. Если нет скобок, то операции выполняются в порядке их старшинства.

Пример. Пусть a, b, c - логические величины, которые имеют следующие значения: a = истина, b = ложь, c = истина. Необходимо определить результаты вычисления следующих логических выражений:

a и b

a или b

не a или b

a и b или c

a или b и c

не a или b и c

(a или b) и (с или b)

не (a или b) и (с или b)

не (a и b и c)

Получим в результате:

Пример . Составить алгоритм для вычисления:

Компьютер сначала проверит условие (4*а - с >=0) и (а<>0) и если оно окажется истинно, то вычислить x, иначе выведет сообщение «нет решения».

Пример . Составить алгоритм для вычисления суммы всех чисел от 1 до n.

До тех пор пока условие x

План урока по теме: «Логические величины, операции, выражения» 10 класс

Цель урока: сформировать у учащихся понятия: логическое высказывание, логические величины, логические операции.

Задачи:

Образовательная: сформировать понятия: логическое высказывание, логические величины, логические операции.

Развивающая: создать условия для развития познавательного интереса учащихся, способствовать развитию памяти, внимания, логического мышления;

Воспитательная: способствовать воспитанию умения выслушивать мнение других, работать в коллективе.

Тип урока:

Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

План урока.

II. Актуализация - 3 мин.

IV. Закрепление полученных знаний - 17 мин.

V. Подведение итогов урока - 2 мин.

Ход урока

I. Организационный момент - 1 мин.

II. Актуализация - 3 мин.

Логика (от греч. “логос”, означающего “слово” и “смысл”) – наука о законах, формах и операциях правильного мышления.

Ее основная задача заключается в нахождении и систематизации правильных способов рассуждения.

А сейчас нам нужно несколько определений.

АЛГЕБРА ЛОГИКИ – раздел математической логики, изучающий строение сложных логических высказываний и способы установления их истинности с помощью алгебраических методов.

ОБЪЕКТЫ изучения алгебры логики: ВЫСКАЗЫВАНИЯ

Логическое высказывание – это повествовательное предложение, в котором что либо утверждается или отрицается и относительно которого можно однозначно сказать, истинно оно или ложно.

Не всякое утверждение может быть высказыванием. К примеру, следующее утверждение: «Малахит самый красивый камень из всех известных самоцветов» высказыванием быть не может, так как это вопрос вкуса.

III. Изучение нового материала - 17 мин.

Упражнение 1.

Какие из предложений являются высказываниями? Определите их истинность ?

1. Париж - столица Англии. (ЛОЖЬ)

2. Прослушайте сообщение.

3. Кто отсутствует?

4. Число 11 является простым. (ИСТИНА)

5. Назовите устройство ввода информации.

6. 4 + 5=10. (ЛОЖЬ)

7. Без труда не вытащишь и рыбку из пруда.

8. Некоторые медведи живут на севере. (ИСТИНА)

9. Сложите числа 2 и 5.

Бывают утверждения истинность или ложность, которых невозможно проверить. Например: «На планете Земля в настоящее время есть одно и только одно дерево, на котором растет ровно 10000 листьев». Теоретически это проверить можно, но только теоретически, так как для такой проверки придётся использовать слишком большое количество проверяющих, значительно большее чем проживает на планете людей.

Таким образом, математическая логика изучает только высказывания, и только то, как определять их истинность или ложность.

Математическая логика не исследует смысл высказываний, из чего следует, что формулировка высказывания роли не играет и для высказывания достаточно ввести простое обозначение.

Логическая переменная - это простое высказывание, содержащее только одну мысль. Ее символическое обозначение - латинская буква.

Значением логической переменной могут быть только константы ИСТИНА и ЛОЖЬ (1 и 0).

Сложные высказывания. Логические операции

Ранее, мы говорили только о простых высказываниях, высказывания же могут быть и сложными состоящими из нескольких простых. соединённых логической связкой И, ИЛИ, НЕ

Например, Сложное высказывание:

«Число 6 делится на 2, и число 6 делится на 3»

«Летом я поеду в деревню или в туристическую поездку»

«Число 4 не делится на 3»

(поверх первого предложения наклеиваем AиB)

(поверх второго предложения наклеиваем AилиB)

(поверх третьего предложения наклеиваем неA)

В первом примере сложное высказывание построено из двух простых с помощью логической операции - конъюнкция A^B,

во втором – дизъюнкция AVB

в третьем – отрицание

Конъюнкция (логическое умножение).

Выражается союзом И.

Обозначается знаком (^ или &).

Записывается А ^В

Значение такого выражения будет ЛОЖЬ, если хотя бы значение одного из операндов ложно.

Дизъюнкция (логическое сложение).

Выражается союзом ИЛИ.

Обозначается знаком (V).

Записывается А V В

Значение такого выражения будет ИСТИНА, если хотя бы значение одного из операндов истинно.

Инверсия (отрицание)

Выражается частицей НЕ.

Обозначается знаком (­­­­-).

Записывается -A

Значение такого выражения будет ЛОЖЬ, если значение операнда A было истина и наоборот.

Описание презентации ЛОГИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ, ОПЕРАЦИИ, ВЫРАЖЕНИЯ. (10 КЛАСС) по слайдам

К числу основных понятий логики относятся: Высказывание Логическая величина Логические операции Логические выражения Формулы

Высказывание (суждение) – это повествовательное предложение, в котором что-либо утверждается или отрицается. По поводу любого высказывания можно сказать, истинно оно или ложно. Например: « На улице идёт дождь» будет истинным или ложным в зависимости от состояния погоды в данный момент. Истинность высказывания «Значение больше, чем » , записанного в форме неравенства: > , будет зависеть от значений переменных и.

Какие из предложений являются высказываниями? Определить их истинность. Какой длины эта лента? Прослушайте сообщение. Делайте утреннюю зарядку! Назовите устройство ввода информации. Кто отсутствует? Париж - столица Англии. Число 11 является простым. 4 + 5 = 10. Без труда не вытащишь и рыбку из пруда. Сложите числа 2 и 5. Некоторые медведи живут на севере. Все медведи — бурые. Чему равно расстояние от Москвы до Ленинграда?

Логические величины – это понятия, выражаемые словами: ИСТИНА, ЛОЖЬ(true, false). Следовательно, истинность высказывания выражается через логические величины. Логическая переменная: символически обозначенная логическая величина. Например: если известно, что А, В, Х, Y и др. – переменные логические величины, то, значит они могут принимать значение только ИСТИНА или ЛОЖЬ. Логическое выражение – простое или сложное высказывание. Сложное высказывание строится на простых с помощью логических операций(связок)

Логические операции Конъюнкция (логи ческое умножение) Двухместная операция, записывается в виде A & B. Значение такого выражения будет ЛОЖЬ, если значение хотя бы одного операнда ложно. Дизъюнкция (логи ческое сложение) Двухместная операция, записывается в виде A V B. Значение такого выражения будет ИСТИНА, если значение хотя бы одного операнда истинно. Отрицание – унарная(одноместная) операция. Записывается в виде ¬ А или Ā.

Логическая формула – формула, содержащая лишь логические величины и знаки логических операций. Результатом вычисления логической формулы является ИСТИНА или ЛОЖЬ Последовательность выполнения операций в логических формулах определяется старшенством операций. В порядке убывания старшенства логические операции расположены так: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция. Кроме того, на порядок выполнения операций влияют скобки, которые можно использовать в логических формулах. Например: (A&B)v(Ā&B)v(Ā&В)

Пример 1: Вычислить значение логической формулы ¬ X & Y v X & Z Если логические переменные имеют следующие значения: Х=ЛОЖЬ, Y= ИСТИНА, Z=ИСТИНА. Решение: Отметим цифрами сверху порядок выполнения операций в формуле: Используя таблицу истинности, вычислим формулу по шагам: 1. ¬ ЛОЖЬ = ИСТИНА; 2. ИСТИНА & ИСТИНА = ИСТИНА; 3. ЛОЖЬ & ИСТИНА = ЛОЖЬ; 4. ИСТИНА v ЛОЖЬ = ИСТИНА. ¬ X & Y v X & Z

ПРИМЕР 2 Определите значение логического выражения: не (X > Z) и не (X = Y), если: 1) X = 3, Y = 5, Z = 2; 2) X = 0, Y = 1, Z = 19; 3) X = 5, Y = 0, Z = -8; 4) X = 9, Y = -9, Z = 9.

Логические функции на области числовых значений Алгебра чисел пересекаются с алгеброй логики в тех случаях, когда приходится проверять принадлежность значений алгебраических выражений некоторому множеству. Например, принадлежность значения числовой переменной Х множеству положительных чисел выражается через высказывание: «Х больше нуля» . Символически это записывается так: Х > 0. В алгебре такое выражение называется неравенством, а в логике – отношением. Отношение Х>0 может быть истинным или ложным. Если Х положительная величина, то оно истинно, если отрицательная, то ложно. В общем виде отношение имеет следующую структуру: Знаки отношений: = ; ; >; = ; <=.

Отношение – это простое высказывание, а значит логическая величина. Оно может быть как постоянной: 5>0 –всегда ИСТИНА, 3≠ 6: 2 –всегда ЛОЖЬ; так и переменной: a0) или P(x, y)=(x