问题

请问这个一阶逻辑等值式如何理解,请举一个现实的例子?

回答
咱们来聊聊一阶逻辑里的一个常用“把戏”,叫做量词否定律。听着挺玄乎,其实说白了,就是怎么把“对所有”变成“不存在”,或者把“存在”变成“对所有”。这玩意儿就像一把万能钥匙,能帮你把很多看起来很复杂的逻辑句子,转换成另一种我们更容易理解的形式。

咱们先看看它的具体长啥样:

全称量词的否定: `¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x)`
这说的是:如果“对所有x,P(x)都成立”这句话是假的,那么就一定存在至少一个x,使得P(x)不成立。

存在量词的否定: `¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)`
这说的是:如果“存在至少一个x,使得P(x)成立”这句话是假的,那么就意味着“对所有x,P(x)都不成立”。

是不是有点绕?别急,咱们来打个比方,而且是那种你我都能体会到的生活例子。

场景设定:考试

想象一下,你们班有这么一位同学,叫小明。班里组织了一次重要的期末考试。

例子一:理解 `¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x)`

原始命题: “班里所有同学的期末考试成绩都及格了。”

在逻辑符号里,我们可以这么表示:`∀x (Student(x) → PassExam(x))`
`∀x`:表示“对所有”
`Student(x)`:表示“x是班里的同学”
`PassExam(x)`:表示“x期末考试及格了”
`→`:表示“蕴含”,合起来就是“如果x是班里的同学,那么x期末考试及格了”。

现在,我们来考虑它的否定: “班里所有同学的期末考试成绩都及格了”这句话是假的。

用逻辑符号表示就是:`¬∀x (Student(x) → PassExam(x))`

根据量词否定律,这句话就等价于: “存在至少一个同学,他的期末考试成绩不及格。”

用逻辑符号表示就是:`∃x (Student(x) ∧ ¬PassExam(x))`
`∃x`:表示“存在”
`Student(x)`:表示“x是班里的同学”
`∧`:表示“与”,就是“并且”
`¬PassExam(x)`:表示“x期末考试不及格”

细嚼慢咽一下这个转换:

如果老师说“放心,这门课对咱们班所有同学来说都挺容易的,大家都应该能及格”,但实际考试结果出来,你发现这句话不对劲,“大家都能及格”是错的。

那么,这句话为什么错了呢?是因为不是所有人都及格。这隐含着什么呢?就是至少有一个人没及格。这个人,就是我们逻辑中说的“存在”。

所以,“‘班里所有同学都及格’是假的” 就直接等价于 “‘班里存在一个同学没及格’是真的”。

现实中的理解:

当你说“没有一个学生不交作业”时,这句话的意思就是“所有学生都交作业了”。
反过来,当你说“并非所有学生都交作业”时,它的意思就是“至少有一个学生没有交作业”。

这里“并非所有…都…”就是 `¬∀x` 的形式,转换过来就是 `∃x ¬` 的形式。

例子二:理解 `¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)`

原始命题: “班里至少有一个同学,他的期末考试成绩是满分。”

在逻辑符号里,我们可以这么表示:`∃x (Student(x) ∧ Score(x) = 100)`
`∃x`:表示“存在”
`Student(x)`:表示“x是班里的同学”
`∧`:表示“与”
`Score(x) = 100`:表示“x期末考试成绩是满分”

现在,我们来考虑它的否定: “班里至少有一个同学,他的期末考试成绩是满分”这句话是假的。

用逻辑符号表示就是:`¬∃x (Student(x) ∧ Score(x) = 100)`

根据量词否定律,这句话就等价于: “班里所有同学的期末考试成绩都不是满分。”

用逻辑符号表示就是:`∀x (Student(x) → Score(x) ≠ 100)`
`∀x`:表示“对所有”
`Student(x)`:表示“x是班里的同学”
`→`:表示“蕴含”
`Score(x) ≠ 100`:表示“x期末考试成绩不是满分”

细嚼慢咽一下这个转换:

如果老师说“我们班肯定有个学霸,考试肯定有人考满分!”,但考试结果出来,并没有人考满分。那么老师这句话就是错的。

为什么这句话错了呢?是因为不存在一个考满分的同学。
这又意味着什么呢?就是所有人都没考满分。

所以,“‘班里存在一个同学考满分’是假的” 就直接等价于 “‘班里对所有同学来说,他们的成绩都不是满分’是真的”。

现实中的理解:

当你说“没有一个学生迟到”时,这句话的意思就是“所有学生都没迟到”。
反过来,当你说“并非有学生迟到”时,它的意思就是“所有学生都没迟到”。

这里“并非有…”或者“不存在…”就是 `¬∃x` 的形式,转换过来就是 `∀x ¬` 的形式。

总结一下:

量词否定律的核心思想就是:

1. 否定“对所有”等于“存在一个反例”: 如果你声称对所有个体都适用某种性质,而这个声称被证明是假的,那么就意味着至少有一个个体不具备这个性质。
2. 否定“存在一个”等于“对所有个体都不适用”: 如果你声称存在某个个体具有某种性质,而这个声称被证明是假的,那么就意味着没有任何个体具备这个性质,也就是说,所有个体都不具备这个性质。

这就像是你和朋友打赌,你说:“我敢说咱们班所有人都爱吃辣!”如果你的朋友反驳你,说:“不,不是所有人都爱吃辣!”。那么,这句话的真正含义就是:“至少有一个人不爱吃辣。”

反过来,如果你的朋友说:“我敢说咱们班至少有一个人不爱吃辣!”如果这句话是假的,那是什么意思呢?那就是:没有一个人不爱吃辣,换句话说,所有人都爱吃辣。

这两种否定转换,在咱们日常思考问题、辩论、甚至写一些严谨的说明文档时,都非常有用。它能帮助我们把模糊的表述变得清晰,把复杂的条件梳理得更明白。就像是给我们的逻辑思维加上了“变身”能力。

网友意见

user avatar

我接下来的解释题主一定能看明白。

探讨的前提是,题主完全能够理解并认可:在命题p→q中,p若为假,则不论q的真假,该命题为真。这是我们的约定前提

注:我相信题主是听说过所谓“实质蕴涵怪论”的,这是另一个比较初级的问题,由于现在探讨的是一阶量词逻辑,故该问题这里不展开。题主只要知道,“如果……那么……”这样的自然语言所包含的内涵过于丰富,不能完全对应p→q,而我们的探讨则建立在“如果p,那么q”的意思与“p→q”完全一致的假设下,这是考虑到题主的要求:用日常语言来理解∀xP(x)→Q⇔∃x(P(x)→Q)。

下面正文开始。

首先看题主的例句一:

"如果所有人都是善良的,那么就会世界和平"。

现在将所有人分为2种情况:要么x善良,要么x不善良,其中x代表具体的某个人,例如题主。同时,世界要么和平,要么不和平。这样,单看任何一个x,他和这个世界的关系构成4种可能组合:

  1. x善良,世界和平
  2. x善良,世界不和平
  3. x不善良,世界和平
  4. x不善良,世界不和平

而我是一个外星来客,我带来了一种检测设备,让某个x通过该设备后,就会有1~4号灯中的其中一盏亮起来,分别对应以上四种情况。例如,让题主现在通过设备,由于题主是善良的,现在世界是和平的,故1号灯亮起。

现在考虑世界上的所有人,有三种可能:情况①:都是善良的,情况②:部分善良部分不善良的,情况③:都不是善良的。我现在让所有地球人都通过测试设备。

情况①:都是善良的

如果所有x都是善良的,那么如果例句一为真,世界和平则不能为假。测试时,只有1号灯一直闪烁。

情况②:部分善良部分不善良的

如果是部分x善良、部分x不善良的,即“所有人都是善良的”为假,那么世界有可能和平,也有可能不和平。为什么会得出这个结论呢?这里我要再啰嗦一遍咱们的约定前提了:根据实质蕴涵的定义,命题p→q中,若p为假,则不论q的真假,该命题为真。

世界和平,对应1、3组合。测试时,时而1号灯闪烁,时而3号灯闪烁。

世界不和平,对应2、4组合。测试时,时而2号灯闪烁,时而4号灯闪烁。

情况③:都不是善良的

如果所有x全都不是善良的,那么世界的和平与否都不会影响例句一为真。即第3、4组合都可以单独成立。我想我不必再强调一下咱们的约定前提了吧。

世界和平,测试时,只有3号灯一直闪烁。

世界不和平,测试时,只有4号灯一直闪烁。

总结一下测试结果:

  1. 1号灯一直闪烁
  2. 1号灯、3号灯闪烁
  3. 2号灯、4号灯闪烁
  4. 3号灯一直闪烁
  5. 4号灯一直闪烁

再看题主例句二:

"存在一些人,如果他们是善良的,那么世界就会和平"。

检验一下上述闪灯情况,看看例句二是真是假:

1号灯一直闪烁⇒例句二为真

1号灯、3号灯闪烁⇒例句二为真

头两行没问题,因为只要1号灯哪怕闪一下,就意味着存在某个x是善良的,并且世界和平。

2号灯、4号灯闪烁⇒例句二为真

3号灯一直闪烁⇒例句二为真

4号灯一直闪烁⇒例句二为真

后三行涉及实质蕴涵的定义。根据我们的约定前提,只要3号或4号灯哪怕闪一下,就可以说,"存在一些人,如果他们是善良的,那么世界就会和平"为真。

注:实在想不通的话,可以换个角度:"存在一些人,如果他们是善良的,那么世界就会和平"这句话什么时候为假呢?那就是:"对于所有人,他们是善良的,并且世界不和平"。这意味着,测试过程中,只有2号灯一直闪烁。那么我们就可以反过来说,如果没有出现2号灯一直闪烁的情况,这句话就为真。现在题主应该理解了这句话的意思:只要1、3、4号灯哪怕闪一下,例句二就为真。

好了,既然以上5行闪灯情况都通过了检验,我们就证明了:例句一 ⇒ 例句二。

即:∀xP(x)→Q⇒∃x(P(x)→Q)。

现在再倒过来推一遍。

假设题主例句二为真:"存在一些人,如果他们是善良的,那么世界就会和平"。

想像抓住一个地球人x,他只要让我们的1号灯、3号灯、4号灯亮了,都证明存在这样的人,也就是说例句二是真的。

现在将世界上的所有人一个一个拿来检验。灯的设置同上。此时仍然会发现只有如下5种组合:

  1. 1号灯一直闪烁
  2. 1号灯、3号灯闪烁
  3. 2号灯、4号灯闪烁
  4. 3号灯一直闪烁
  5. 4号灯一直闪烁

第1行就对应了例句一:"如果所有人都是善良的,那么就会世界和平"。

后面4行都说明了一件事:“所有人都是善良的”为假。根据我们的约定前提,例句一为真。

我们又证明了:例句二 ⇒ 例句一。

即:∃x(P(x)→Q)⇒∀xP(x)→Q。

这样,我们就最终证明了:∀xP(x)→Q⇔∃x(P(x)→Q)。


以上的说明,纯粹是为了让题主形象的理解,情况陈列的比较细致。实际上,如果用符号推理,就简明的多了。推理过程如下:

∀xP(x)→Q

⇔┐∀xP(x)∨Q

⇔∃x┐P(x)∨Q

⇔∃x(┐P(x)∨Q)

⇔∃x(P(x)→Q)

注意:如何理解上面推理的第四行?

答:Q并不受x约束,因此上面推理过程中写到第三行∃x┐P(x)∨Q时,可以直接将括号括起来变成第四行∃x(┐P(x)∨Q)。

类似的话题

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有