Simbolização de Enunciados com Conectivos

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1 Lógica para Ciência da Computação I Lógica Matemática Texto 4 Simbolização de Enunciados com Conectivos Sumário 1 Conectivos: simbolização e sintaxe 2 2 Enunciados componentes Observações Exercício resolvido Legendas Observações Exercícios resolvidos Simbolização de enunciados com conectivos Observações Exercícios resolvidos Neste texto, introduzimos símbolos para os conectivos e abordamos os conceitos de enunciados componentes, legenda e simbolização baseada em uma legenda. Depois de estudarmos os conteúdos deste texto, vamos ser capazes de reconhecer os componentes de um enunciado; determinar legendas para a simbolização de enunciados; simbolizar enunciados, usando legendas. 1

2 1 Conectivos: simbolização e sintaxe O estudo da formação de enunciados consiste em, dado um enunciado, analisálo, classificando-o como atômico ou molecular e, quando molecular, explicitando a maneira como ele é formado. A principal ferramenta empregada no estudo da formação de enunciados é a simbolização. A simbolização começa com a atribuição de símbolos aos conectivos. As partículas não é o caso que, e, ou, se... então, se, e somente se são chamadas de conectivos lógicos, quando são usadas na formação de enunciados da maneira que será agora especificada. Inicialmente, vamos simbolizar os enunciados de acordo com a maneira como eles são formados pela aplicação de conectivos a enunciados atômicos. Posteriormente, vamos simbolizar enunciados formados de maneira mais complexa. Sempre que for conveniente, vamos simbolizar os conectivos de acordo com a tabela: conectivo símbolo não e ou se... então se e somente se Esta convenção tem dois objetivos: (1) simplificar a descrição de como os enunciados são formados; (2) alertar que na Linguagem Matemática os conectivos são empregados de uma maneira peculiar, diferente da maneira como eles são usados em outras linguagens. Além disso, enunciados genéricos serão denotados pelas letras gregas minúsculas α alfa β beta γ gama δ delta θ teta λ lambda µ mi ρ rô σ sigma τ tau φ fi ψ psi, usualmente indexadas por números naturais. Também vamos utilizar a letra grega φ estilizada, escrevendo-a como ϕ. Sintaxe dos conectivos Quanto à sua aplicação na formação de enunciados, os conectivos seguem as seguintes regras bem determinadas: 2

3 O conectivo Regra de formação do não: não é aplicado a um enunciado ϕ e forma o enunciado chamado a negação de ϕ. ϕ Para eliminar ambiguidades, podemos usar parênteses (chaves, colchetes,... ) escrevendo (ϕ), ( ϕ) ou até mesmo ( (ϕ)). O conectivo Regra de formação do e: e é aplicado a dois enunciados ϕ e ψ, não necessariamente distintos e tomados na ordem dada, e forma o enunciado chamado a conjunção de ϕ e ψ. ϕ ψ Para eliminar ambiguidades, podemos usar parênteses (chaves, colchetes,... ) escrevendo (ϕ) (ψ), (ϕ ψ) ou até mesmo ((ϕ) (ψ)). O conectivo Regra de formação do ou: ou é aplicado a dois enunciados ϕ e ψ, não necessariamente distintos e tomados na ordem dada, e forma o enunciado chamado a disjunção de ϕ e ψ. ϕ ψ Para eliminar ambiguidades, podemos usar parênteses (chaves, colchetes,... ) escrevendo (ϕ) (ψ), (ϕ ψ) ou até mesmo ((ϕ) (ψ)). 3

4 O conectivo Regra de formação do se... então: se... então é aplicado a dois enunciados ϕ e ψ, não necessariamente distintos e tomados na ordem dada, e forma o enunciado ϕ ψ chamado a implicação de ψ por ϕ (observe a ordem em que os enunciados são mencionados). Para eliminar ambiguidades, podemos usar parênteses (chaves, colchetes,... ) escrevendo (ϕ) (ψ), (ϕ ψ) ou até mesmo ((ϕ) (ψ)). Mas, observe que em nossa disciplina nunca escrevemos implicações usando a seta dupla. O conectivo Regra de formação do se e somente se: se, e somente se é aplicado a dois enunciados ϕ e ψ, não necessariamente distintos e tomados na ordem dada, e forma o enunciado chamado a bi-implicação de ϕ e ψ. ϕ ψ Para eliminar ambiguidades, podemos usar parênteses (chaves, colchetes,... ) escrevendo (ϕ) (ψ), (ϕ ψ) ou até mesmo ((ϕ) (ψ)). Mas, observe que em nossa disciplina nunca escrevemos bi-implicações usando a seta dupla. Exemplo 1 Os enunciados (eu faço os exercícios) [ (eu faço os exercícios)] (eu quero passar) (eu faço os exercícios) [ (eu passo na matéria)] (eu faço os exercícios) (eu passo na matéria) [ (eu passo na matéria)] [ (eu faço os exercícios)] são uma negação, uma conjunção, uma disjunção, uma implicação e uma bi-implicação, respectivamente. 4

5 2 Enunciados componentes Para analisar e simbolizar um enunciado é essencial que saibamos explicitar corretamente a maneira como ele é formado a partir de enunciados atômicos, em conformidade com as regras de formação dos conectivos. Vamos, agora, estudar este processo de maneira detalhada. Sejam ϕ um enunciado e ϕ 1, ϕ 2,..., ϕ n enunciados atômicos. Dizemos que ϕ 1, ϕ 2,..., ϕ n são os componentes de ϕ, quando ϕ é formado a partir de ϕ 1, ϕ 2,..., ϕ n pela aplicação (zero, uma, ou mais vezes) dos conectivos lógicos. O primeiro passo para a simbolização é determinar os enunciados componentes. Exemplo 2 (a) O componente de ela não gosta de bebidas amargas é ela gosta de bebidas amargas (b) Os componentes de está chovendo ou está fazendo sol são está chovendo, está fazendo sol 2.1 Observações Observação 1 Como os componentes são enunciados atômicos, eles não possuem ocorrências de conectivos. Por exemplo, o componente de não é o caso que x não é primo é Os componentes de x é primo se x não é primo, então x é igual a 1 ou x não tem um fator próprio são x é primo, x é igual a 1, x tem um fator próprio 5

6 Observação 2 Ocorrências distintas de um mesmo enunciado atômico, em um dado enunciado, são consideradas como distintas. Por exemplo, ϕ : se 2 é par e 3 é par, então 2 é par é formado a partir de dois enunciados atômicos: 2 é par, 3 é par Neste caso, o componente ocorre duas vezes em ϕ. 2 é par 2.2 Exercício resolvido Exercício 1 Determine o(s) componente(s) de cada enunciado abaixo. (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) 2 é ímpar 3 não é par eu trabalho e os outros ficam ricos f(x) não é derivável ou f(x) é contínua se estudo para a prova, então não vou à praia e não vou ao cinema sou realizado se, e somente se, planto uma árvore, escrevo um livro e tenho um filho Antes de ler a resolução, tente resolver o exercício usando os conceitos estudados. Resolução do Exercício 1: (i) Componente: 2 é ímpar. (ii) Componente: 3 é par. (iii) Componentes: eu trabalho, os outros ficam ricos. (iv) Componentes: f(x) é derivável, f(x) é contínua. (v) Componentes: eu estudo para a prova, eu vou à praia, eu vou ao cinema. (vi) Componentes: eu sou realizado, eu planto uma árvore, eu escrevo um livro, eu tenho um filho. Observe que acrescentamos o pronome pessoal eu aos enunciados atômicos para explicitar os sujeitos das frases. 3 Legendas O segundo passo para a simbolização é simbolizar os componentes. Isto é feito através da noção de legenda de simbolização: 6

7 (1) Sejam ϕ 1, ϕ 2,..., ϕ n enunciados atômicos, distintos dois a dois. Uma legenda para ϕ 1, ϕ 2,..., ϕ n é um esquema da forma: l 1 : ϕ 1 l 2 : ϕ 2. l n : ϕ n onde l 1, l 2,..., l n são n letras distintas, usualmente escolhidas dentre as letras p, q, r, s, p 1, q 1, r 1, s 1,... chamadas de variáveis para enunciados. (2) Seja ϕ um enunciado. Uma legenda para ϕ é uma legenda para os componentes de ϕ. Exemplo 3 (a) Uma legenda para o enunciado atômico ela gosta de bebidas amargas pode ser: p : ela gosta de bebidas amargas (b) Uma legenda para o enunciado molecular ela não gosta de bebidas amargas pode ser a mesma que a já definida para o enunciado do item (a). (c) Uma legenda para o enunciado molecular não é o caso que x não é primo pode ser: q : x é primo (d) Uma legenda para o enunciado molecular está chovendo ou está fazendo sol pode ser: r : está chovendo s : está fazendo sol (e) Uma legenda para o enunciado molecular se x não é primo, então x é igual a 1 ou x não tem um fator próprio 7

8 pode ser: p 1 : x é primo p 2 : x é igual a 1 p 3 : x tem um fator próprio (f) Uma legenda para o enunciado molecular se 2 é par e 3 é par, então 2 é par pode ser: q 1 : 2 é par q 2 : 3 é par 3.1 Observações Observação 3 Todos os enunciados que ocorrem nas legendas: 1. devem ser atômicos e, por isto, não podem possuir ocorrências de conectivos; 2. devem ter suas expressões, propriedades e relações escritas de maneira explícita e, por isto, enunciados abreviados ou escritos de maneira parcial não podem ocorrer nas legendas. Observação 4 Em uma legenda para um enunciado ϕ, cada um dos componentes de ϕ deve ser denotado por uma letra diferente, escolhida dentre as variáveis p, q, r, s, p 1, q 1, r 1, s 1,... Oficialmente, estas são as únicas letras que podem ser usadas nas legendas mas, muitas vezes, para facilitar a análise de um enunciado, usamos letras mais sugestivas. Observação 5 Dada um enunciado ϕ, ocorrências distintas de um mesmo enunciado atômico em ϕ são consideradas como distintas, mas são denotadas pela mesma letra. Por exemplo, o enunciado possui três ocorrências do enunciado Uma legenda para ele é, simplesmente, eu vou, eu vou e eu vou eu vou v : eu vou 8

9 3.2 Exercícios resolvidos Exercício 2 Determine o(s) componente(s) de cada enunciado abaixo. Observe que algumas frases (expressões ou propriedades) estão implícitas nos enunciados, mas devem ser escritas explicitamente nos componentes. (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) João é esperto Ricardo não é bobo perdoar é fácil e faz bem João ou Ricardo voltou atrás se João pediu desculpas, então provou que é humilde se aceitou as desculpas, então ele provou que é generoso Exercício 3 Para cada enunciado abaixo, faça o que se pede: (1) Determine seu(s) componente(s). Observe que alguns conectivos foram escritos de uma forma estilizada. Por isto, quando for necessário, reescreva o enunciado, de modo a tornar a sua estrutura mais aparente. (2) Baseado na solução do item (1), defina uma legenda para o enunciado. (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) (viii) (ix) (x) (xi) (xii) P é um ponto de acumulação 4 não é um quadrado perfeito 4 nunca foi um número primo eu trabalho e eu ganho dinheiro eu trabalho, mas não ganho dinheiro eu não estudo ou eu não me divirto se eu não vou ao jogo, então eu lavo o carro caso eu lave o carro, eu vou ao jogo eu vou ao jogo se eu não lavar o carro eu lavo o carro quando vou ao jogo o dia está nublado se, e somente se, o sol está encoberto o dia não está nublado quando, e somente quando, o sol brilha no céu Antes de ler a resolução, tente resolver o exercício usando os conceitos estudados. Resolução do Exercício 2: (i) Componente: João é esperto. (iii) Componente: Ricardo é bobo. (iii) Componentes: perdoar é fácil, perdoar faz bem. (iv) Componentes: João voltou atrás, Ricardo voltou atrás. (v) Componentes: João pediu desculpas, João provou que é humilde. (vi) Componentes: ele aceitou as desculpas, ele provou que é generoso. Resolução do Exercício 3: (i) Componente: P é um ponto de acumulação. Legenda: p : P é um ponto de acumulação (ii) Componente: 4 é um quadrado perfeito. Legenda: q : 4 é um quadrado perfeito (iii) O enunciado pode ser reescrito como 4 não é um número primo. Componente: 4 é um número primo. Legenda: 9

10 n : 4 é um número primo (iv) Componentes: eu trabalho, eu ganho dinheiro. Legenda: t : eu trabalho d : eu ganho dinheiro (v) O enunciado deve ser reescrito como eu trabalho e eu não ganho dinheiro. Os componentes e a legenda são os mesmos do item (iv). (vi) Componentes: eu estudo, eu me divirto. Legenda: e : eu estudo d : eu me divirto (vii) Componentes: eu vou ao jogo, eu lavo o carro. Legenda: j : eu vou ao jogo l : eu lavo o carro (viii) O enunciado deve ser reescrito como se eu lavo o carro, então eu vou ao jogo. Os componentes e a legenda são os mesmos do item (vii). (ix) O enunciado deve ser reescrito como se eu não lavo o carro, então eu vou ao jogo. Os componentes e a legenda são os mesmos do item (vii). (x) O enunciado deve ser reescrito como se eu vou ao jogo, então eu lavo o carro. Os componentes e a legenda são os mesmos do item (vii). (xi) Componentes: o dia está nublado, o sol está encoberto. Legenda: n : o dia está nublado e : o sol está encoberto (xii) O enunciado deve ser reescrito como o dia não está nublado se, e somente se, o sol brilha no céu. Componentes: o dia está nublado, o sol brilha no céu. Legenda: n : o dia está nublado b : o sol brilha no céu 4 Simbolização de enunciados com conectivos Após determinar os componentes, e definir uma legenda, o último passo é, simplesmente, simbolizar. Vamos ver, agora, alguns exemplos da aplicação deste procedimento. Exemplo 4 (a) O enunciado pode ter ela gosta de bebidas amargas p : ela gosta de bebidas amargas como legenda. Portanto, ele pode ser simbolizado por (b) O enunciado também pode ter p ela não gosta de bebidas amargas p : ela gosta de bebidas amargas como legenda. Portanto, ele pode ser simbolizado por p (c) O enunciado não é o caso que x não é primo 10

11 pode ter q : x é primo como legenda. Portanto, ele pode ser simbolizado por ( q) ou, simplesmente, q (d) O enunciado pode ter está chovendo ou está fazendo sol r : está chovendo s : está fazendo sol como legenda. Portanto, ele pode ser simbolizado por (e) O enunciado pode ter r s se x não é primo, então x é igual a 1 ou x não tem um fator próprio p 1 : x é primo p 2 : x é igual a 1 p 3 : x tem um fator próprio como legenda. Portanto, ele pode ser simbolizado por ( p 1 ) [p 2 ( p 3 )] ou, simplesmente, p 1 (p 2 p 3 ) (f) O enunciado pode ter se 2 é par e 3 é par, então 2 é par q 1 : 2 é par q 2 : 3 é par como legenda. Portanto, ele pode ser simbolizado por (q 1 q 2 ) q 1 Em resumo, simbolização é um processo complexo que consiste, essencialmente, de três partes: 1. exame da estrutura do enunciado; 2. criação de uma legenda para simbolizá-lo; 3. simbolização propriamente dita, baseada na legenda criada. A simbolização de um enunciado explicita a sua forma, transformando-o em um objeto mais adequado para a análise lógica. 11

12 4.1 Observações Observação 6 A simbolização de um enunciado deve mostrar corretamente de que maneira o enunciado é obtido a partir dos enunciados atômicos que o compõem, por aplicações dos conectivos. Por exemplo, o enunciado pode ter eu vou, eu vou e eu vou v : eu vou como legenda. Considerando que a ocorrência da vírgula no enunciado tem um papel de e, ele pode ser simbolizado por v (v v) Observe que, devido a posição da vírgula no enunciado ele não pode ser simbolizado por (v v) v Como veremos adiante, os dois enunciados simbolizados acima têm o mesmo significado, mas isto nem sempre acontece quando mudamos a maneira como um enunciado é formado por aplicação dos conectivos. Por exemplo, o enunciado pode ser simbolizada como de acordo com a legenda Mas, ele não pode ser simbolizado como se 2 é ímpar, então 1 é ímpar e 3 é par p (q r) p : 2 é ímpar q : 1 é ímpar r : 3 é par (p q) r pois, como veremos adiante, enquanto a implicação é verdadeira, a conjunção é falsa. se 2 é ímpar, então 1 é ímpar e 3 é par se 2 é ímpar, então 1 é ímpar; e 3 é par 12

13 4.2 Exercícios resolvidos Exercício 4 Simbolize os enunciados a seguir, de acordo com a seguinte legenda p 1 : Eliane possui um Porsche p 2 : Kátia possui um Porsche p 3 : Marília possui um Porsche f 1 : Eliane possui uma Ferrari f 2 : Kátia possui uma Ferrari f 3 : Marília possui uma Ferrari z 1 : Eliane possui um Zenvo z 2 : Kátia possui um Zenvo z 3 : Marília possui um Zenvo (i) (ii) (iii) (iv) (v) Eliane não possui um Porsche e Kátia sim Eliane possui um Porsche e Kátia não nem Eliane nem Kátia possuem Ferraris Kátia ou Marília possui um Zenvo Kátia ou Marília não possui um Zenvo Exercício 5 Para cada enunciado abaixo, faça o que se pede: (1) Classifique-o como atômico ou molecular. (2) Se ele for atômico, classifique-o como expressão e propriedade ou mais de uma expressão e relação. (3) Se ele for molecular, classifiqueo como negação, conjunção, disjunção, implicação ou bi-implicação, destacando a partícula e os enunciados a partir dos quais ele é formado. (4) Defina uma legenda para o enunciado e simbolize-o de acordo com a legenda definida. (i) eu gosto de Lógica (ii) Lógica não é difícil (iii) não é o caso que 8 não é maior do que 7 (iv) Matemática Discreta não é fácil e Matemática Discreta é interessante (v) 25 não é um quadrado perfeito e 25 não é um múltiplo de 5 (vi) eu estudo bastante ou eu não passo em Matemática Discreta (vii) f está bem definida e o gráfico de f é uma reta, ou f não é contínua (viii) se ela aprende com facilidade, então: eu vou estudar com ela e ela vai me ensinar a matéria (ix) se x 2 é ímpar e x não é diferente de 0, então x não é par (x) eu passo em Matemática Discreta se, e somente se, eu estudo bastante e eu tiro as minhas dúvidas (xi) n é um número primo se, e somente se, n não é igual a 1 e n não possui fatores próprios Exercício 6 Simbolize os seguintes enunciados, de acordo com a legenda definida no Exercício 4. 13

14 (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) se Eliane possui um Zenvo, Kátia e Marília não possuem Porches se Eliane não possui um Zenvo, Kátia e Marília sim se Eliane possui um Zenvo, Kátia ou Marília também alguma das três possui uma Ferrari alguma das três possui ambos uma Ferrari e um Zenvo nenhuma das três possui um Porche todas as três possuem Porches Antes de ler as resoluções, tente resolver os exercícios usando os conceitos estudados. Respostas do Exercício 4: (i) (( p 1 ) p 2 ). (ii) (p 1 ( p 2 )). (iii) (( f 1 ) ( f 2 )). (iv) (z 2 z 3 ). (v) (( z 2 ) ( z 3 )). Simplificando parênteses, estes enunciados também podem ser escritos como: (i) p 1 p 2. (ii) p 1 p 2. (iii) f 1 f 2. (iv) z 2 z 3. (v) z 2 z 3. Resolução do Exercício 5: (i) Atômico. Expressão e propriedade. Legenda: g : eu gosto de Lógica; simbolização: g. (ii) Negação. Formado por aplicação do não ao atômico Lógica é difícil. Legenda: d : Lógica é difícil; simbolização: d. (iii) Negação. Formado por duas aplicações do não ao atômico 8 é maior do que 7. Legenda: m : 8 é maior do que 7; simbolização: m. (iv) Conjunção. Formado por aplicação do e a Matemática Discreta não é fácil, Matemática Discreta é interessante. O primeiro é negação, formado por aplicação do não ao atômico Matemática Discreta é fácil. O segundo é o atômico Matemática Discreta é interessante. Legenda: simbolização: f i. f : Matemática Discreta é fácil i : Matemática Discreta é interessante; (v) Conjunção. Formado por aplicação do e a 25 não é um quadrado perfeito, 25 não é múltiplo de 5. O primeiro é negação, formado por aplicação do não ao atômico 25 é um quadrado perfeito. O segundo é negação, formado por aplicação do não ao atômico 25 é um múltiplo de 5. Legenda: q : 25 é um quadrado perfeito m : 25 é um múltiplo de 5; simbolização: q m. (vi) Disjunção. Formado por aplicação do ou a eu estudo bastante, eu não passo em Matemática Discreta. O primeiro é atômico. O segundo é negação, formado por aplicação do não ao atômico eu passo em Matemática p : eu estudo bastante Discreta. Legenda: simbolização: p q : eu passo em Matemática Discreta; q. (vii) Disjunção. Formado por aplicação do ou a f está bem definida e o gráfico de f é uma reta, f não é contínua. O primeiro é conjunção, formado por aplicação do e aos atômicos f está bem definida, o gráfico de f é uma reta. O segundo é negação, formado por aplicação do não ao atômico f é contínua. Legenda: d : f está bem definida r : o gráfico de f é uma reta c : f é contínua; simbolização: (d r) c. (viii) Implicação. Formado por aplicação do se... então a ela aprende com facilidade, eu vou estudar com ela e ela vai me ensinar a matéria. O primeiro é atômico. O segundo é conjunção, 14

15 formado por aplicação do e aos atômicos eu vou estudar com ela, ela vai me ensinar a a : ela aprende com facilidade matéria. Legenda: e : eu vou estudar com ela simbolização: a (e m). m : ela vai me ensinar a matéria; (ix) Implicação. Formado por aplicação do se... então a x 2 é ímpar e x não é diferente de 0, x não é par. O primeiro é conjunção, formado por aplicação do e a x 2 é ímpar, x não é diferente de 0. Este primeiro é atômico. Este segundo é negação, formado por aplicação do não ao atômico x é diferente de zero. Já x não é par é negação, formado por aplicação do não ao atômico x é par. Legenda: i : x 2 é ímpar d : x é diferente de zero simbolização: (i d) p. (x) Bi-implicação. Formado p : x é par; por aplicação do se, e somente se a eu passo em Matemática Discreta, eu estudo bastante e eu tiro as minhas dúvidas. O primeiro é atômico. O segundo é conjunção, formado por aplicação do e aos atômicos eu estudo bastante, eu tiro as minhas dúvidas. p : eu passo em Matemática Discreta Legenda: e : eu estudo bastante simbolização: p (e d). (xi) d : eu tiro as minhas dúvidas; Bi-implicação. Formado por aplicação do se, e somente se a n é um número primo, n não é igual a 1 e n não possui fatores próprios. O primeiro é atômico. O segundo é conjunção, formada por aplicação do e a n não é igual a 1, n não possui fatores próprios. Este primeiro enunciado é uma negação, formado por aplicação do não ao atômico n é igual a 1. Este segundo, é negação, obtido por aplicação do não ao atômico p : n é um número primo n possui fatores próprios. Legenda: i : n é igual a 1 simbolização: f : n possui fatores próprios; p ( i f). Respostas do Exercício 6: (i) z 1 ( p 2 p 3 ). (ii) ( z 1 ) (z 2 z 3 ). (iii) z 1 (z 2 z 3 ). (iv) f 1 (f 2 f 3 ). (v) (f 1 z 1 ) ((f 2 z 2 ) (f 3 z 3 )). (vi) p 1 ( p 2 p 3 ). (vii) p 1 (p 2 p 3 ). c 2014 Márcia Cerioli, Renata de Freitas e Petrucio Viana IM-UFRJ, IME-UFF 15