Formuła logiczna - Wikipedia, wolna encyklopedia

Wolna encyklopedia

Formuła logiczna to określenie dozwolonego wyrażenia w wielu systemach logicznych, m.in. w rachunku kwantyfikatorów oraz w rachunku zdań.

Spis treści

1 Rachunek zdań
- 1.1 Przykłady
2 Rachunek kwantyfikatorów
3 Zobacz też

Rachunek zdań

Zdania rachunku zdań są formułami tegoż rachunku. Tak więc, każda zmienna zdaniowa $p i$ jest formułą. Taką formułę nazywa się literałem lub formułą atomową. Formułami są także negacje formuł atomowych, tzn $\neg p_i$ . Ponadto, jeżeli $\varphi,\psi$ są formułami i $*$ jest binarnym spójnikiem zdaniowym (alternatywą $\vee$ , koniunkcją $\wedge$ , implikacją $\Rightarrow$ lub równoważnością $\Leftrightarrow$ ), to $(\varphi*\psi)$ oraz $\neg \varphi$ są formułami. Żadne inne wyrażenie nie może być formułą.

Przykłady

Wbrew definicji formalnej, w sytuacjach, gdy nie prowadzi to do nieporozumień, część nawiasów w formule opuszcza się. Przykładowo, zgodnie z definicją formalną wyrażenie : $(p \vee q \vee r)$ nie jest formułą (formułą byłoby np. wyrażenie $((p \vee q) \vee r))$ , lecz interpretacja takiej formuły jest jednoznaczna i wewnętrzne nawiasy w praktyce pomija się.

Rachunek kwantyfikatorów

Rachunek kwantyfikatorów (rachunek predykatów pierwszego rzędu), jako uogólnienie rachunku zdań, posługuje się podobną definicją formalną formuły, rozszerzając ją o kwantyfikatory - jeżeli φ jest formułą rachunku kwantyfikatorów, to $\forall x \phi$ oraz $\exist x \phi$ są nią również.

Formalna definicja

Niech $τ$ będzie ustalonym alfabetem, czyli zbiorem stałych, symboli funkcyjnych i symboli relacyjnych (predykatów). Każdy z tych symboli ma jednoznacznie określony charakter (tzn wiadomo czy jest to stała, czy symbol funkcyjny czy też predykat) i każdy z symboli funkcyjnych i predykatów ma określoną arność (która jest dodatnią liczbą całkowitą). Niech $x_0,x_1,\ldots$ będzie nieskończoną listą zmiennych.

Przypomnijmy, że termy języka ${\mathcal L}(\tau)$ to elementy najmniejszego zbioru ${\bold T}$ takiego, że:

wszystkie stałe i zmienne należą do ${\bold T}$ ,
jeśli $t_1,\ldots,t_n\in {\bold T}$ i $f\in\tau$ jest $n$ -arnym symbolem funkcyjnym, to $f(t_1,\ldots,t_n)\in {\bold T}$ .

Formuły języka ${\mathcal L}(\tau)$ są wprowadzane przez indukcję po ich złożoności jak następuje:

jeśli $t_1, t_2\in {\bold T}$ , to wyrażenie $t 1 = t 2$ jest formułą (tzw formuła atomową),
jeśli $t_1,\ldots,t_n\in {\bold T}$ zaś $P\in\tau$ jest $n$ -arnym symbolem relacyjnym, to wyrażenie $P(t_1,\ldots,t_n)$ jest formułą (tzw formuła atomową),
jeśli $\varphi,\psi$ są formułami oraz $*$ jest binarnym spójnikiem zdaniowym, to $(\varphi*\psi)$ oraz $\neg \varphi$ są formułami,
jeśli $x i$ jest zmienną oraz $\varphi$ jest formułą, to także $(\exists x_i)(\varphi)$ i $(\forall x_i)(\varphi)$ są formułami.

Zmienne wolne w formule

W formułach postaci $(\exists x_i)(\varphi)$ i $(\forall x_i)(\varphi)$ mówimy że zmienna $x i$ znajduje się w zasięgu kwantyfikatora i jako taka jest związana. Przez indukcję po złożoności formuł, rozszerzamy to pojęcie na wszystkie formuły w których $(\exists x_i)(\varphi)$ czy też $(\forall x_i)(\varphi)$ pojawia się jako jedna z części użytych w budowie, ale ograniczamy się do występowań zmiennej $x i$ w $\varphi$ (i mówimy że konkretne wystąpienie zmiennej jest wolne lub związane). Bardziej precyzyjnie:

każde wystąpienie zmiennej $x i$ w formule atomowej jest wolne,
jeśli $ψ$ to formuła postaci $(Q x i)(φ)$ , to każde wystąpienie zmiennej $x i$ w formule $ψ$ jest związane,
jeśli $\psi,\varphi$ to formuły i pewne wystąpienie zmiennej $x i$ w formule $ψ$ jest związane (wolne, odpowiednio), to wystąpienie to rozważane w formułach $\varphi*\psi$ , $\psi*\varphi$ oraz $\neg \psi$ także jest związane (wolne, odpowiednio; tutaj * jest binarnym spójnikiem zdaniowym).