Презентация "Алгебра логики" (9 класс) по информатике – проект, доклад

Урок 1

МБОУ СОШ №7 п.Коммаяк Кировского района Ставропольского края Учитель высшей квалификационной категории Куликова Татьяна Ивановна

Алгебра высказываний

Еще живший в 384 - 322 г.г. до нашей эры древнегреческий ученый и философ Аристотель (Ἀριστοτέλης) пытался найти ответ на вопрос “Как мы рассуждаем”, изучал правила мышления. Он впервые дал систематическое изложение логики, подверг анализу человеческое мышление, его формы – понятие, суждение, умозаключение. Так возникла формальная логика.

Немецкий ученый и философ Готфрид - Вильгельм Лейбниц (Gottfried Wilhelm von Leibniz) (1646-1716) начал развивать идею формализации логики, размышляя о ее переводе "из словесного царства, полного неопределенностей, в царство математики, где отношения между объектами или высказываниями определяются совершенно точно". Лейбниц мечтал создать особый язык для выражения мыслей в чистом виде - lingua mentalis, с помощью которого можно было бы математически строго выразить любую мысль. При этом он уделял особое внимание двоичной системе счисления, считая ее основой основ для любого счета.

Claude Elwood Shannon (1916 - 2001). Является основателем теории информации, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи. Шеннон внес огромный вклад в теорию вероятностных схем, теорию автоматов и теорию систем управления — области наук, входящие в понятие кибернетика.

Буль (Boole) Джордж (1815 — 1864) английский математик и логик. Не имея специального математического образования, в 1849 стал профессором математики в Куинс-колледже в Корке (Ирландия), где преподавал до конца жизни. Д. Буля почти в равной мере интересовали логика, математический анализ, теория вероятностей, этика Б. Спинозы, философские работы Аристотеля и Цицерона.

Алгебра в широком смысле этого слова – наука об общих операциях, аналогичных сложению и умножению, которые могут выполняться над различными математическими объектами (алгебра переменных и функций, алгебра векторов, алгебра множеств и т.д.).

Логика – это наука о формах и способах мышления

Формы мышления понятие

суждение (высказывание, утверждение)

умозаключение

Понятие - это форма мышления, которая выделяет существенные признаки предмета или класса предметов, отличающие его от других. Понятие выражается одним или несколькими словами. Понятие имеет две стороны: содержание и объем.

Например: треугольник, компьютер, персональный компьютер, стол, дом и т.п.

Суждения - это форма мышления, в которой утверждается или отрицается связь между предметом и его признаком, отношения между предметами или факт существования предмета и которая может быть либо истинной, либо ложной. Языковой формой выражения суждения является повествовательное предложение. Вопросительные и побудительные предложения суждениями не являются. Суждения рассматриваются не с точки зрения их смысла и содержания, а только с точки зрения их истинности или ложности. Истинным будет суждение, в котором связь понятий правильно отражает свойства и отношения реальных объектов. "Дважды два равно четырем" - истинное суждение, а вот "Процессор предназначен для печати" - ложное. Суждения могут быть простыми и сложными. "Весна наступила, и грачи прилетели" - сложное суждение, состоящее из двух простых.

Какие из предложений являются высказываниями? Определите их истинность

1. Число 6 – чётное. Да 2. Посмотрите на доску. Нет 3. Все роботы являются машинами. Да

4. У каждой лошади есть хвост. Да 5. Внимание! Нет 6. Кто отсутствует? Нет

МОУ "Экономическая гимназия" Никифорова Л.Г,

Пример 1:заключение на основании двух посылок: Посылка: все буквы - знаки. Посылка: «А» - это буква. Заключение: буква «А» - это знак. Пример 2:заключение на основании трех посылок: Посылка: Буква – это часть слова. Посылка: Слово – часть предложения. Посылка: Предложение – часть текста. Заключение: буква «А» - это текста.

Умозаключение

Умозаключение на основании одной посылки

«Все квадраты – геометрические фигуры»

«Некоторые геометрические фигуры - квадраты»

Объектами алгебры логики являются высказывания. Алгебру логики интересует только один факт – истинно или ложно данное высказывание, что дает возможность определять истинность или ложность составных высказываний алгебраическими методами.

Простые высказывания в алгебре логики обозначаются заглавными латинскими буквами: А= {Аристотель – основоположник логики}; В= {На яблонях растут бананы}. Истинному высказыванию ставится в соответствие 1, ложному – 0. Таким образом, А=1, В=0.

Составные высказывания на естественном языке образуются с помощью союзов, которые в алгебре высказываний заменяются на логические операции. Логические операции задаются таблицами истинности и могут быть проиллюстрированы с помощью диаграмм Эйлера-Венна.

в естественном языке соответствует союзу И; в алгебре высказываний обозначение &; в языках программирования обозначение And. Конъюнкция – это логическая операция, ставящая в соответствие каждым двум простым высказываниям составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания истинны.

Логическая операция КОНЪЮНКЦИЯ (логическое умножение)

Таблица истинности А В А&В 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

В алгебре множеств конъюнкции соответствует операция пересечения множеств, т.е. множеству получившемуся в результате умножения множеств А и В соответствует множество, состоящее из элементов, принадлежащих одновременно двум множествам.

Диаграмма Эйлера-Венна

в естественном языке соответствует союзу ИЛИ; в алгебре высказываний обозначение V; в языках программирования обозначение Or. Дизъюнкция – это логическая операция, которая каждым двум простым высказываниям ставит в соответствие составное высказывание, являющееся ложным тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания ложны и истинным, когда хотя бы одно из двух образующих его высказываний истинно.

Логическая операция ДИЗЪЮНКЦИЯ (логическое сложение)

В алгебре множеств дизъюнкции соответствует операция объединения множеств, т.е. множеству получившемуся в результате сложения множеств А и В соответствует множество, состоящее из элементов, принадлежащих либо множеству А, либо множеству В.

Таблица истинности А В АVВ 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

в естественном языке соответствует словам неверно, что… и частице не; в алгебре высказываний обозначение Ā; в языках программирования обозначение Not. Отрицание – это логическая операция, которая каждому простому высказыванию ставит в соответствие составное высказывание, заключающееся в том, что исходное высказывание отрицается.

Логическая операция ИНВЕРСИЯ (отрицание)

Таблица истинности А Ā 0 1 1 0

В алгебре множеств логическому отрицанию соответствует операция дополнения до универсального множества, т.е. множеству получившемуся в результате отрицания множества А соответствует множество , дополняющее его до универсального множества.

в естественном языке соответствует обороту если …, то …; обозначение . Импликация – это логическая операция, ставящая в соответствие каждым двум простым высказываниям составное высказывание, являющееся ложным тогда и только тогда, когда условие (1-ое высказывание) истинно, а следствие (2-ое высказывание) ложно.

Логическая операция ИМПЛИКАЦИЯ (логическое следование)

Таблица истинности А В АВ 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1

в естественном языке соответствует оборотам речи тогда и только тогда; в том и только в том случае; обозначение , ~. Эквиваленция – это логическая операция, ставящая в соответствие каждым двум простым высказываниям составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания одновременно истинны или одновременно ложны.

Логическая операция ЭКВИВАЛЕНЦИЯ (равнозначность)

Таблица истинности А В АВ 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Логические операции имеют следующий приоритет: действия в скобках; инверсия (отрицание); &; V; ; .

Урок 2

1. Найдите значения логических выражений: а) (1v 1) v (1 v O); б) ((1 v O) v 1) v 1; в) (0 v 1) v (1 v 0); г) (0 & 1) & 1; е) ((1 v O) & (1 & l)) & (O v 1); ж) ((1&O) v (1&O)) v 1; з) ((1&1) v O) & (O v 1); и) ((0&0) v0) & (1 v 1). 2. Даны два простых высказывания: А = {2 • 2 = 4}, В = {2 • 2 = 5}. Какие из высказываний истинны: а) А; б) В; в) А&В; г)AvB ; д) ¬A; е) A ^ В; ж) А ^ ¬В? 3. Даны простые высказывания: А = {Принтер — устройство ввода информации}, В = {Процессор — устройство обработки информации}, С = {Монитор — устройство хранения информации}, D = {Клавиатура — устройство ввода информации}. Определите истинность высказывания: (A & B) & (C v D).

Повторение по теме «Дизъюнкция, конъюнкция, отрицание»

1. Даны истинные высказывания: А= «на улице идет снег» и В = «нужно надеть шапку». Составьте высказывания: а) А=>B, б) B=>A, которые будут принимать ложные значения. 2. Даны истинные высказывания А = «Карлсон хочет варенье» и В = «Карлсон летает на свежем воздухе». Составьте истинные высказывания вида A B. 3. Даны простые высказывания: А = {Принтер — устройство ввода информации}, В = {Процессор — устройство обработки информации}, С = {Монитор — устройство хранения информации}, D = {Клавиатура — устройство ввода информации}. Определите истинность составных высказываний: а) (AvB) (C&D); б) А↔ В. 4. Даны простые высказывания: А = {5>3}, В = {2=3} и С = {4 (A & C) v (B & C); б) (A & B) v C ↔ (A v C) & (A &B ).

Повторение по теме «Импликация и эквивалентность»

Сложные высказывания можно записывать в виде формул. Для этого простые логические высказывания нужно обозначить как логические переменные буквами и связать их с помощью знаков логических операций. Такие формулы называются логическими выражениями. Например: Чтобы определить значение логического выражения необходимо подставить значения логических переменных в выражение и выполнить логические операции. Операции в логическом выражении выполняются слева направо с учетом скобок в следующем порядке: 1. инверсия; 2. конъюнкция; 3. дизъюнкция; 4. импликация и эквивалентность. Для изменения указанного порядка выполнения логических операций используются круглые скобки.

ЛОГИЧЕСКИЕ ВЫРАЖЕНИЯ И ТАБЛИЦЫ ИСТИННОСТИ

Для каждого составного высказывания (логического выражения) можно построить таблицу истинности, которая определяет истинность или ложность логического выражения при всех возможных комбинациях исходных значений простых высказываний (логических переменных). При построении таблиц истинности целесообразно руководствоваться определенной последовательностью действий: 1) записать выражение и определить порядок выполнения операций 2) определить количество строк в таблице истинности. Оно равно количеству возможных комбинаций значений логических переменных, входящих в логическое выражение (определяется по формулеQ=2n , где n - количество входных переменных) 3) определить количество столбцов в таблице истинности (= количество логических переменных + количество логических операций) 4) построить таблицу истинности, обозначить столбцы (имена переменных и обозначения логических операций в порядке их выполнения) и внести в таблицу возможные наборы значений исходных логических переменных. 5) заполнить таблицу истинности, выполняя базовые логические операции в необходимой последовательности и в соответствии с их таблицами истинности Теперь мы можем определить значение логической функции для любого набора значений логических переменных.

Таблицы истинности

Например, построим таблицу истинности для логической функции: Количество входных переменных в заданном выражении равно трем (A,B,C). Значит, количество входных наборов, а значит и строк Q=23=8. Количество столбцов равно 6 (3 переменные + 3 операции). Столбцы таблицы истинности соответствуют значениям исходных выражений A,B,C, промежуточных результатов и (B V C), а также искомого окончательного значения сложного арифметического выражения

Задание. Постройте таблицу истинности для данного логического выражения:

Тождественная истина

При всех наборах значений переменных x и y формула принимает значение 1, то есть является тождественно истинной.

Тождественная ложь

При всех наборах значений переменных x и y формула принимает значение 0, то есть является тождественно ложной.

Выполнимая формула

Формула в некоторых случаях принимает значение 1, а в некоторых — 0, то есть является выполнимой.

Домашнее Задание:

1. Выучить определения, знать обозначения. 2. Даны высказывания: А = {На улице светит солнце}, В = {На улице дождь}, С = {На улице пасмурная погода}, В = {На улице идет снег}. Составьте два сложных высказывания, одно из которых в любой ситуации всегда будет ложным, а другое истинным. Построить таблицу истинности следующих выражений: