Math-DM-03-谓词逻辑

谓词逻辑

若要明白什么是谓词逻辑,需要了解谓词和量词的概念。

谓词

谓词可以理解为变量。当命题函数中的谓词确定时,命题函数就称为命题,因而有真值。例如:$P(x)$表示语句“$x$大于$3$”,一旦给变量$x$赋一个值,语句$P(x)$就称为命题,因而有真值。
形为$P(x_1,x_2,…,x_n)$的语句是命题函数$P$在$m$元组$(x_1, x_2,…,x_n)$的值,$P$也称为$n$元谓词。

量词

当谓词表示一定范围的事物时,由命题函数产生的命题称为量化。 这里讨论两种量化:全称量化和存在量化。 处理谓词和量词的逻辑领域称为谓词演算。

全称量词

对于论域内的每一个$x$,$P(x)$都为真值,记作$\forall xP(x)$,其中$\forall$称为全称量词。

存在量词

对于论域内至少有一个$x$,使$P(x)$为真,记作$\exists xP(x)$,其中$\exists$称为存在量词。

唯一量词

存在惟一一个$x$使$P(x)$为真。记作$\exists!xP(x)$或$\exists_1xP(x)$。

通常讲到量词的论域时,隐含假设它为非空集。

约束论域量词

一个缩略符号通常用来约束量词的论域。 例如:
$\forall x\lt 0(x^2 \gt 0)$表示对于每个实数$x\lt 0$都有$x^2 \gt 0$。
另外,全称量化的约束和一个条件语句的全称量化等价。例如:$\forall x\lt 0(x^2 \gt 0)$等价于$\forall x(x\lt 0\rightarrow x^2 \gt 0)$
存在量词的约束和一个合取的存在量化等价。例如:$\exists z\gt 0(z^2 =2)$等价于$\exists z(z\gt 0\land z^2 =2)$

量词的优先级

量词$\forall$和$\exists$比所有命题逻辑的逻辑运算有更高的优先级。

逻辑等价

命题逻辑中的逻辑等价概念可以扩展到谓词逻辑中。当且仅当无论什么谓词带入命题函数,或者无论哪个个体论域于这些命题函数中的变量上,它们都有相同的真值。

量词的摩根定律

$$
\lnot \forall xP(x) \equiv \exists x\lnot P(x) \
\lnot \exists xQ(x) \equiv \forall x\lnot Q(x)
$$