Корице уџбеника

9. Квантификатори

Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

1) \( (\forall x)(M(x) \Rightarrow (\exists y)(Ž(y) \land V(x, y))) \) Превод: Сваки мушкарац воли неку жену. 2) \( (\exists x)(Ž(x) \land (\forall y)(M(y) \Rightarrow V(y, x))) \) Превод: Постоји жена коју воли сваки мушкарац. 3) \( (\exists x)(Ž(x) \land (\forall y)(M(y) \Rightarrow \lnot V(x, y))) \) Превод: Постоји жена која не воли ниједног мушкарца. 4) \( (\exists x)(M(x) \land (\forall y)(Ž(y) \Rightarrow V(x, y))) \) Превод: Постоји мушкарац који воли све жене.

Детаљно решење

У овом задатку потребно је да логичке формуле које садрже квантификаторе преведемо на српски језик. Пре него што кренемо са решавањем, подсетимо се значења датих симбола: - \( \forall \) је универзални квантификатор и преводимо га као „сваки”, „било који” или „сви”. - \( \exists \) је егзистенцијални квантификатор и преводимо га као „постоји”, „неки” или „бар један”. - \( M(x) \) значи да је особа \( x \) мушког пола (односно, \( x \) је мушкарац). - \( Ž(x) \) значи да је особа \( x \) женског пола (односно, \( x \) је жена). - \( V(x, y) \) значи да особа \( x \) воли особу \( y \). - \( \Rightarrow \) је логичка импликација („ако... онда...”). - \( \land \) је логичка конјункција („и”). - \( \lnot \) је логичка негација („не”). Важно је приметити да се ограничени квантификатори у логици често записују помоћу импликације и конјункције: - Формула облика \( (\forall x)(M(x) \Rightarrow P(x)) \) значи „За свако \( x \), ако је \( x \) мушкарац, онда важи \( P(x) \)”, што се краће преводи као „Сваки мушкарац задовољава \( P(x) \)”. - Формула облика \( (\exists x)(M(x) \land P(x)) \) значи „Постоји \( x \) које је мушкарац и задовољава \( P(x) \)”, што се краће преводи као „Постоји мушкарац који задовољава \( P(x) \)”.

1) \( (\forall x)(M(x) \Rightarrow (\exists y)(Ž(y) \land V(x, y))) \)

Анализа спољашњег дела формуле

Формула почиње са универзалним квантификатором: \[ (\forall x)(M(x) \Rightarrow \dots) \] Према правилима за ограничене квантификаторе, ово значи „За сваку особу \( x \), ако је она мушког пола...”, односно краће „Сваки мушкарац...”.

Анализа унутрашњег дела формуле

Унутрашњи део гласи: \[ (\exists y)(Ž(y) \land V(x, y)) \] Ово преводимо као „постоји особа \( y \) која је женског пола и коју особа \( x \) воли”. Једноставније речено, то значи „воли неку жену”.

Коначан превод

Када спојимо ова два дела, добијамо реченицу: Сваки мушкарац воли неку жену.

2) \( (\exists x)(Ž(x) \land (\forall y)(M(y) \Rightarrow V(y, x))) \)

Анализа спољашњег дела формуле

Формула почиње егзистенцијалним квантификатором: \[ (\exists x)(Ž(x) \land \dots) \] Ово значи „Постоји особа \( x \) која је женског пола и за коју важи...”, односно краће „Постоји жена...”.

Анализа унутрашњег дела формуле

Унутрашњи део је: \[ (\forall y)(M(y) \Rightarrow V(y, x)) \] Ово значи „за сваку особу \( y \), ако је \( y \) мушког пола, онда \( y \) воли \( x \)”. Ово можемо превести као „коју воли сваки мушкарац”.

Коначан превод

Спајањем добијамо: Постоји жена коју воли сваки мушкарац.

3) \( (\exists x)(Ž(x) \land (\forall y)(M(y) \Rightarrow \lnot V(x, y))) \)

Анализа спољашњег дела формуле

Као и у претходном примеру, спољашњи део преводимо као „Постоји жена...”: \[ (\exists x)(Ž(x) \land \dots) \]

Анализа унутрашњег дела формуле

Унутрашњи део гласи: \[ (\forall y)(M(y) \Rightarrow \lnot V(x, y)) \] Ово значи „за сваку особу \( y \), ако је \( y \) мушког пола, онда је \( x \) не воли” (због знака негације \( \lnot \)). Ово можемо превести као „која не воли ниједног мушкарца”.

Коначан превод

Спајањем добијамо: Постоји жена која не воли ниједног мушкарца.

4) \( (\exists x)(M(x) \land (\forall y)(Ž(y) \Rightarrow V(x, y))) \)

Анализа спољашњег дела формуле

Спољашњи део формуле преводимо као „Постоји мушкарац...”: \[ (\exists x)(M(x) \land \dots) \]

Анализа унутрашњег дела формуле

Унутрашњи део гласи: \[ (\forall y)(Ž(y) \Rightarrow V(x, y)) \] Ово значи „за сваку особу \( y \), ако је она женског пола, онда је \( x \) воли”. Ово преводимо као „који воли све жене”.

Коначан превод

Када ово спојимо, реченица гласи: Постоји мушкарац који воли све жене.

Кратак запис решења:

1) Сваки мушкарац воли неку жену. 2) Постоји жена коју воли сваки мушкарац. 3) Постоји жена која не воли ниједног мушкарца. 4) Постоји мушкарац који воли све жене.

Најважније из лекције

  • Квантификатори се користе за прецизно изражавање тврђења: \( \forall \) (сваки) и \( \exists \) (постоји/неки).
  • Ограничени квантификатори (\( \forall x \in A \) и \( \exists x \in A \)) везују променљиву за одређени скуп вредности.
  • Де Морганови закони омогућавају негирање квантификатора: негација „сваки” даје „постоји неки који не”, док негација „постоји” даје „за сваког није”.
  • Логичко закључивање се може представити језиком скупова и Веновим дијаграмима како би се проверила формална исправност закључка.
Квантификатори, заједно са логичким везницима, служе за прецизно формулисање тврђења, посебно када се ради са бесконачним скуповима. Постоје два основна квантификатора.
Универзални квантификатор (\( \forall \)) – чита се као „сваки”, „било који” или „произвољан”.
Егзистенцијални квантификатор (\( \exists \)) – чита се као „постоји”, „неки” или „бар један”.
Ако релација \( V(x, y) \) значи „\( x \) воли \( y \)”:
  • Свако воли некога: \( (\forall x)(\exists y) V(x, y) \)
  • Неко воли свакога: \( (\exists x)(\forall y) V(x, y) \)
Како бисте математичким симболима записали реченицу: „Неко не воли никога”?
Одговор: \( (\exists x)(\forall y) \neg V(x, y) \)
Објашњење: „Постоји особа \( x \)” (\( \exists x \)), таква да „за сваку особу \( y \)” (\( \forall y \)) важи да „\( x \) не воли \( y \)” (\( \neg V(x, y) \)).
Иза квантификатора обавезно следи променљива која узима вредности из унапред задатог скупа. Када се тај скуп истиче у формули, користимо ограничене квантификаторе.
\( \forall x \in A \) – „за сваки елемент \( x \) скупа \( A \)”
\( \exists x \in A \) – „постоји елемент \( x \) скупа \( A \)”
Ограничени квантификатори се могу елиминисати следећим еквиваленцијама (где је \( F \) произвољна формула): \[ (\forall x \in A)F \Leftrightarrow \forall x(x \in A \Rightarrow F) \] \[ (\exists x \in A)F \Leftrightarrow \exists x(x \in A \land F) \]
Збир било ког природног броја и нуле једнак је том броју: \[ (\forall x \in \mathbb{N})(x + 0 = x) \] Једначина \( x^2 - 6x + 5 = 0 \) има решења у скупу целих бројева: \[ (\exists x \in \mathbb{Z})(x^2 - 6x + 5 = 0) \]
Преведите реченицу на језик формула: „Једначина \( x^2 = 2 \) нема решења у скупу рационалних бројева.”
Одговор: \( \neg(\exists x \in \mathbb{Q})(x^2 = 2) \)
Де Морганови закони показују везу приликом негирања исказа са квантификаторима. Негацијом универзалног квантификатора добија се егзистенцијални (и обрнуто), уз негацију саме формуле.
\[ \neg(\forall x)F \Leftrightarrow (\exists x)\neg F \] \[ \neg(\exists x)F \Leftrightarrow (\forall x)\neg F \]
Негација реченице „Свако воли некога” је „Неко не воли никога”: \[ \neg(\forall x)(\exists y)V(x, y) \Leftrightarrow (\exists x)(\forall y)\neg V(x, y) \]
Примените Де Морганове законе на формулу: \( \neg(\exists x \in \mathbb{Q})(x^2 = 2) \). Како гласи еквивалентна тврдња?
Одговор: \( (\forall x \in \mathbb{Q})(x^2 \neq 2) \)
Чита се: „За сваки рационалан број \( x \), његов квадрат је различит од 2.”
Основне особине скупова и логички закони су тесно повезани. Венови дијаграми се често користе за проверу логичке исправности закључивања на основу датих претпоставки (премиса). Приликом закључивања проверава се формална логичка исправност, а не нужно истинитост самих претпоставки.
Претпоставке:
  1. Неки професори (\( P \)) су математичари (\( M \)). \( \Rightarrow P \cap M \neq \emptyset \)
  2. Сви математичари (\( M \)) су добри људи (\( D \)). \( \Rightarrow M \subseteq D \)
Два Венова дијаграма, постављена један поред другог, приказују односе између скупова P, M и D. Сваки скуп је представљен елипсом.

У оба дијаграма:
1.  Елипса D је већа и у потпуности садржи елипсу M. Ово јасно приказује да је скуп M подскуп скупа D (\(M \subseteq D\)).
2.  Елипса P се преклапа са елипсом M. Област њиховог пресека \(P \cap M\) треба да буде видно осенчена или истакнута, чиме се потврђује да је пресек непразан. Ова осенчена област, пошто је унутар M, аутоматски је и унутар D, визуелно показујући да P има пресек и са D (\(P \cap D \neq \emptyset\)).
3.  Ознаке скупова P, M и D треба да буду јасно постављене поред одговарајућих елипси, без преклапања са осенченим областима.

**Специфичне конфигурације за два дијаграма:**
*   **Први дијаграм:** Елипса P се преклапа са елипсом M, при чему значајан део елипсе P такође лежи ван граница елипсе D.
*   **Други дијаграм:** Елипса P се преклапа са елипсом M, али је цела елипса P потпуно смештена унутар граница елипсе D. Закључак: Неки професори су добри људи (\( P \cap D \neq \emptyset \)).

Задаци за вежбање

Лак: Запишите математичким симболима следећу реченицу користећи ограничене квантификаторе: „Квадрат сваког реалног броја је већи или једнак нули.”
Одговор: \( (\forall x \in \mathbb{R})(x^2 \ge 0) \)
Средњи: Користећи Де Морганове законе за квантификаторе, пронађите еквивалентан исказ за следећу формулу и преведите га на српски језик: \[ \neg(\forall x \in \mathbb{R})(\exists y \in \mathbb{R})(x > y) \]
Одговор: Применом правила мењамо \( \forall \) у \( \exists \), и \( \exists \) у \( \forall \), а исказ негирамо (негација од \( x > y \) је \( x \le y \)): \[ (\exists x \in \mathbb{R})(\forall y \in \mathbb{R})(x \le y) \] Превод: „Постоји реалан број \( x \) који је мањи или једнак од сваког реалног броја \( y \).”
Тежак: Дате су следеће претпоставке:
  1. Неки паралелограми су квадрати.
  2. Сви квадрати имају једнаке дијагонале.
Дефинишите скупове и изведите логички исправан закључак.
Решење: Нека је \( P \) скуп паралелограма, \( K \) скуп квадрата и \( D \) скуп фигура са једнаким дијагоналама.
  • Претпоставка 1: \( P \cap K \neq \emptyset \)
  • Претпоставка 2: \( K \subseteq D \)
Пошто се скуп \( P \) сече са скупом \( K \), а цео скуп \( K \) се налази унутар скупа \( D \), следи да скуп \( P \) мора имати непразан пресек са скупом \( D \) (\( P \cap D \neq \emptyset \)).
Закључак: Неки паралелограми имају једнаке дијагонале.

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: