Các phép toán logic cơ bản Mệnh đề toán học

Trong toán học, khi có hai số, người ta dùng các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia,...) tác động vào chúng để nhận được những số mới. Tương tự, khi có mệnh đề, người ta dùng các phép logic tác động vào chúng để nhận được những mệnh đề mới. Dưới đây ta trình bày định nghĩa và các tính chất cơ bản của các phép toán này.

Phép phủ định

Phủ định của mệnh đề a là một mệnh đề, ký hiệu là a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} , đúng khi a sai và sai khi a đúng.

Bảng giá trị chân lý của phép phủ định
a a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}}
10
01

Ví dụ 1:

Nếu a = "Paris là thủ đô của nước Pháp" thì mệnh đề phủ định a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} có thể diễn đạt như sau:

  • a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} = "Không phải Paris là thủ đô của nước Pháp"
  • hoặc a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} = "Paris không phải là thủ đô của nước Pháp".

Ở đây G(a) = 1 còn G( a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} ) = 0.

Ví dụ 2:

Nếu b = "15 lớn hơn 30" thì mệnh đề phủ định b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} có thể diễn đạt như sau:

  • b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} = "Không phải 15 lớn hơn 30"
  • hoặc b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} = "15 không lớn hơn 30"
  • hoặc b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} = "15 nhỏ hơn hoặc bằng 30"

Ở đây G(b) = 0 còn G( b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} ) = 1.

Ví dụ 3:

Nếu c = "Chuyến tàu TN1 hôm nay bãi bỏ" thì mệnh đề phủ định c ¯ {\displaystyle {\overline {c}}} có thể diễn đạt như sau:

c ¯ {\displaystyle {\overline {c}}} = "Chuyến tàu TN1 hôm nay không bãi bỏ".

Nếu qua xác minh mệnh đề c đúng (hoặc sai) thì mệnh đề phủ định c ¯ {\displaystyle {\overline {c}}} sẽ sai (hoặc đúng).

Chú ý: Mệnh đề phủ định a thường được diễn đạt là "không phải a".

Phép hội

Hội của hai mệnh đề a, b là một mệnh đề, đọc là a và b, ký hiệu a Λ b (hoặc a.b), đúng khi cả hai mệnh đề a, b cùng đúng và sai trong các trường hợp còn lại.

Bảng giá trị chân lý của phép hội
aba Λ b
111
100
010
000

Chú ý: Để thiết lập mệnh đề hội của hai mệnh đề a, b ta ghép hai mệnh đề đó bởi liên từ "và" hay một liên từ khác cùng loại. Những liên từ đó là: mà, nhưng, song, đồng thời, vẫn, cùng,... hoặc dùng dấu phẩy hoặc không dùng liên từ gì.

Ví dụ 1:

"Lúc 8 giờ sáng nay Hà có mặt ở Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh" là hội của hai mệnh đề a = "Lúc 8 giờ sáng nay Hà có mặt ở Hà Nội" và b = "Lúc 8 giờ sáng nay Hà có mặt ở thành phố Hồ Chí Minh". Vì hai mệnh đề này không thể cùng đúng, nên G(a Λ b) = 0.

Ví dụ 2:

"Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất trong cả nước nhưng không phải là thủ đô" là hội của hai mệnh đề a = "Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất trong cả nước" và b = "Thành phố Hồ Chí Minh không phải là thủ đô". Rõ ràng là G(a) = 1 và G(b) = 1 nên G(a Λ b) = 1.

Ví dụ 3:

  • "Số π lớn hơn 2 song nhỏ hơn 3".
  • "Chị Nga nói thạo tiếng Pháp không biết tiếng Anh".
  • "ABC là tam giác vuông cân" là hội của hai mệnh đề a = "ABC là tam giác vuông" và b = "ABC là tam giác cân".
  • "Không những trời nắng to mà còn gió tây".
  • "Chồng cày, vợ cấy, con trâu đi bừa".

Chú ý: Đôi khi trong mệnh đề có liên từ "và" nhưng không có nghĩa của mệnh đề hội. Chẳng hạn:

  • "Số lẻ và số chẵn là hai tập con rời nhau của tập số tự nhiên".
  • "Hùng đạt được tất cả 20 điểm 9 và 10".

Phép tuyển

Tuyển của hai mệnh đề a, b là một mệnh đề đọc là a hoặc b, ký hiệu là a ν b (hoặc a+b), sai khi cả hai mệnh đề cùng sai và đúng trong trường hợp còn lại.

Bảng giá trị chân lý của phép tuyển
aba ν b
111
101
011
000

Phép tuyển trên còn được gọi là phép tuyển không loại trừ.

Phép tuyển loại trừ của hai mệnh đề a và b, chỉ đúng khi hoặc a, hoặc b đúng.

Chú ý: Để thiết lập mệnh đề tuyển của hai mệnh đề a, b ta ghép hai mệnh đề đó bởi liên từ "hoặc" (hay liên từ khác cùng loại).

Ví dụ 1:

"Tháng 12 có 31 ngày hoặc 2 + 2 = 4" là tuyển của hai mệnh đề a = "Tháng 12 có 31 ngày" và b = "2 + 2 = 4".

Ở đây G(a ν b) = 1.

Ví dụ 2:

  • "3 nhỏ hơn hoặc bằng 4"   ← là mệnh đề đúng
  • "Số lẻ là số có chữ số tận cùng bằng 1, 3, 5, 7 hoặc 9"   ← là mệnh đề đúng
  • "20 là số lẻ hoặc chia hết cho 3"   ← là mệnh đề sai

Chú ý: Trong thực tế, liên từ "hoặc" thường được dùng với hai nghĩa "loại trừ" và "không loại trừ".

  • Phép tuyển "hoặc a hoặc b" là phép tuyển loại trừ để chỉ a hoặc b nhưng không thể cả a lẫn b.
  • Phép tuyển "a hoặc b" là phép tuyển không loại trừ để chỉ a hoặc b và có thể cả a lẫn b.

Chẳng hạn:

  • "Hôm nay là ngày Chủ nhật hoặc ngày lễ"   ← là phép tuyển không loại trừ.
  • "20 là số lẻ hoặc nó chia hết cho 2"   ← là phép tuyển loại trừ.

Phép kéo theo

a kéo theo b là một mệnh đề, ký hiệu là a → {\displaystyle \rightarrow } b, chỉ sai khi a đúng và b sai và đúng trong các trường hợp còn lại.

Bảng giá trị chân lý của phép kéo theo
aba → {\displaystyle \rightarrow } b
111
100
011
001

Chú ý: Mệnh đề a kéo theo b thường được diễn đạt dưới nhiều hình thức khác nhau, chẳng hạn:

"Nếu a thì b"
"Có b khi có a"
"Từ a suy ra b"
"a là điều kiện đủ để có b"
"b là điều kiện cần (ắt có) để có a"
..............

Ví dụ:

  • "15 có chữ số tận cùng bằng 5 suy ra 15 chia hết cho 5"   ← mệnh đề đúng.
  • "Nếu dây tóc bóng đèn có dòng điện chạy qua thì bóng đèn sáng"   ← mệnh đề đúng.

Chú ý:

1. Trong logic, khi xét giá trị chân lý của mệnh đề a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b người ta không quan tâm đến mối quan hệ về nội dung của hai mệnh đề a, b. Không phân biệt trường hợp a có phải là nguyên nhân để có b hay không, mà chỉ quan tâm đến tính đúng, sai của chúng.Ví dụ:
  • "Nếu mặt trời quay quanh Trái Đất thì Việt Nam nằm ở châu Âu"   ← mệnh đề đúng. Vì ở đây hai mệnh đề a = "mặt trời quay quanh Trái Đất" và b = "Việt Nam nằm ở châu Âu" đều sai.
  • "Nếu tháng 12 có 31 ngày thì mỗi năm có 13 tháng"   ← mệnh đề sai.
2. Theo bảng chân lý trên, ta thấy:
  • Nếu a sai thì a → {\displaystyle \rightarrow } b luôn đúng.
  • Nếu a đúng thì a → {\displaystyle \rightarrow } b đúng khi b đúng.
Vì vậy để chứng minh mệnh đề a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b đúng ta chỉ cần xét trường hợp a và b cùng đúng và phép chứng minh mệnh đề a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b được tiến hành theo ba bước:Bước 1. Giả sử a đúng.Bước 2. Từ giả thiết a đúng, dùng lập luận và các mệnh đề toán học đã biết, suy ra b đúng.Bước 3. Kết luận a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b luôn đúng.Trong mệnh đề a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b ta gọi a là giả thiết, b là kết luận.3. Nếu ta coi a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b là mệnh đề thuận thì b ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } a là mệnh đề đảo, a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} là mệnh đề phản và b ¯ {\displaystyle {\overline {b}}} ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } a ¯ {\displaystyle {\overline {a}}} là mệnh đề phản đảo.4. Trong văn học, mệnh đề kéo theo còn được diễn đạt bằng nhiều hình thức phong phú. Chẳng hạn:"Mấy đời bánh đúc có xương,
Mấy đời dì ghẻ có thương con chồng"hoặc"Chuồn chuồn bay thấp thì mưa,
Bay cao thì nắng bay vừa thì râm".

Phép tương đương

Bài chi tiết: Tương đương logic

a tương đương b là một mệnh đề, ký hiệu là a ⇔ {\displaystyle \Leftrightarrow } b, nếu cả hai mệnh đề a và b cùng đúng hoặc cùng sai.

Bảng giá trị chân lý của mệnh đề tương đương
aba ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } b
111
100
010
001

Chú ý:

1. Trong thực tế, mệnh đề "a tương đương b" thường được diễn đạt dưới nhiều hình thức khác nhau. Chẳng hạn:"a khi và chỉ khi b"
"a nếu và chỉ nếu b"
"a và b là hai mệnh đề tương đương"
"a là điều kiều kiện cần và đủ để có b"2. Hai mệnh đề a, b tương đương với nhau hoàn toàn không có nghĩa là nội dung của chúng như nhau, mà nó chỉ nói lên rằng chúng có cùng giá trị chân lý (cùng đúng hoặc cùng sai).Ví dụ:
  • "Tháng 12 có 31 ngày khi và chỉ khi Trái Đất quay quanh mặt trời" là mệnh đề đúng.
  • "12 giờ trưa hôm nay Tuấn có mặt ở Hà Nội nếu và chỉ nếu vào giờ đó anh đang ở thành phố Hồ Chí Minh" là mệnh đề sai.
  • "Hình vuông có một góc tù khi và chỉ khi 100 là số nguyên tố" là mệnh đề đúng.
3. Một cách khác, người ta cũng nói rằng a tương đương b khi và chỉ khi cả hai mệnh đề a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b và b ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } a cùng đúng (hoặc cùng sai). Vì vậy để chứng minh mệnh đề a ⇔ {\displaystyle \Leftrightarrow } b ta chứng minh hai mệnh đề a ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } b và b ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } a.4. Các cặp mệnh đề thuận và phản đảo, đảo và phản là những cặp mệnh đề tương đương. Đây chính là cơ sở của phương pháp chứng minh gián tiếp trong toán học.