1-5 重言式与蕴含式

有些命题公式,无论对分量作何种指派,其对应的真值都为 T 或都为 F,这两类特殊的命题公式在命题演算中极为有用。


定义 1-5.1:给定一命题公式,若无论对分量作怎样的指派,其对应的真值永为 T,则称该命题公式为重言式或永真公式。


定义 1-5.2:给定一命题公式,若无论对分量作怎样的指派,其对应的真值永为 F,则称该命题为矛盾式或永假公式。


定理 1-5.1:任何两个重言式的合取或析取,仍然是一个重言式。


定理 1-5.2:一个重言式,对同一分量都用任何合式公式置换,其结果仍为一重言式。


定理 1-5.3:设 A、B 为两个命题公式, A⟺B 当且仅当 A↔B 为一个重言式。


定义 1-5.3:当且仅当 P→Q 是一个重言式时,我们称“P 蕴含 Q”,并记作 P⟹Q。

因为 P→Q 不是对称的,即 P→Q 与 Q→P 不等价,对 P→Q 来说, Q→P 称作它的逆换式; ¬P→¬Q 称为它的反换式; ¬Q→¬P 称为它的逆反式,它们之间的关系如表 1-5.1 所示。

表 1-5.1

PQ¬P¬Q P→Q ¬Q→¬P Q→P ¬P→¬Q
TTFFTTTT
TFFTFTTT
FTTFTTFF
FFTTTTTT

从表 1-5.1 中看出:

(P→Q)⟺(¬Q→¬P)(Q→P)⟺(¬P→¬Q)

例题1

推证 ¬Q∧(P→Q)⟹¬P

证法1假定¬Q∧(P→Q)为T,则¬Q为T,且(P→Q)为T。由Q为F,P→Q为T,则必须P为T,故¬P为T。证法2假定¬P为F,则P为T。(a):若Q为F,则P→Q为F,¬Q∧(P→Q)为F。(b):若Q为T,则¬Q为F,¬Q∧(P→Q)为F。所以¬Q∧(P→Q)⟹¬P成立。

表 1-5.2 所列各蕴含式都可如上述推理方法证明:

表 1-5.2

蕴含式序号
P∧Q⟹P1
P∧Q⟹Q2
P⟹P∨Q3
¬P⟹P→Q4
Q⟹P→Q5
¬(P→Q)⟹P6
¬(P→Q)⟹¬Q7
P∧(P→Q)⟹Q8
¬Q∧(P→Q)⟹¬P9
¬P∧(P∨Q)⟹Q10
(P→Q)∧(Q→R)⟹P→R11
(P∨Q)∧(P→R)∧(Q→R)⟹R12
(P→Q)∧(R→S)⟹(P∧R)→(Q∧S)13
(P↔Q)∧(Q↔R)⟹(P↔R)14

定理 1-5.4:设 P、Q 为任意两个命题公式, P⟺Q 的充分必要条件是 P⟹Q 且 Q⟹P。

证明若P⟺Q,则P↔Q为重言式,因为P↔Q⟺(P→Q)∧(Q→P),故P→Q为T且Q→P为T,即P⟹Q,Q⟹P成立。反之,若P⟹Q且Q⟹P,则P→Q为T且Q→P为T,因此P↔Q为T,P↔Q是重言式,即P⟺Q。

蕴含有下面几个常用的性质:

(1) 设 A、B、C 为合式公式,若 A⟹B 且 A 是重言式,则 B 必是重言式。

证明因为A→B永为T,所以,当A为T时,B必永为T。

(2) 若 , A⟹B,B⟹C,则 A⟹C,即蕴含关系是传递的。

证明由A⟹B,B⟹C,即A→B,B→C为重言式。所以(A→B)∧(B→C)为重言式。

(3) 若 A⟹B 且 A⟹C,那么 A⟹(B∧C)。

证明由假设A→B,A→C为重言式。设A为T,则B、C为T,故B∧C为T。因此A→(B∧C)为T。若A为F,则B∧C不论有怎样的真值,A→(B∧C)为T。所以A⟹(B∧C)

(4) 若 A⟹B 且 C⟹B,则 A∨C⟹B。

证明因为A→B为T,C→B为T,故(¬A∨B)∧(¬C∨B)为T。即(¬A∧¬C)∨B为T或A∨C→B为T。所以A∨C⟹B