Что такое предикаты в математике
MT1102: Линейная алгебра (введение в математику)
При изучении высказываний мы отмечали, что утверждение с переменными не является высказыванием. Можно, например, рассмотреть предложение %%P(x) : x^2 + 1 > 2%% с переменной %%x \in \mathbb R%%. Это предлождение не является высказыванием, так как нельзя сказать истинно оно или ложно. Однако, если заменить переменную %%x%% на какое-либо значение, например, %%x = 1%%, получаем высказывание %%2 > 2%%, которое является ложным. Заменив переменную %%x%% на значение %%x = 2%%, получим истинное высказывание %%5 > 2%%. Итак есть выражение %%P(x)%% не являющиееся высказыванием, но превращающееся в него при замене переменной %%x%% на ее произвольное значение из соответствующего множества.
Определение
Одноместным предикатом, определенным на множестве %%D%%, называется предложение с переменной, которое превращается в высказывание при замене этой переменной на ее значение из множества %%D%%. Одноместный предикат будем называть унарным или предикатом от одной переменной.
Примеры
Следующие предложения являются одноместными предикатами:
Следующие предложения не являются одноместными предикатами:
%%n%%-местный предикат
%%n%%-местым предикатом с областью определения %%D = D_1 \times D_2 \times \ldots \times D_n%% называется предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% от %%n%% переменных, который превращается в высказывание при замене переменных %%x_1, x_2, \ldots, x_n%% на их значения из множеств %%D_1, D_2, \ldots, D_n%% соответственно.
Тогда предложение прямая %%x%% параллельна прямой %%y%% является двуместным предикатом %%P(x, y)%%, где %%X, Y%% — множество всех прямых.
Область определения предиката
Рассмотрим %%n%%-местный предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%%. В этом случае переменные берутся из множеств %%D_1, D_2, \ldots, D_n%% соответственно. Можно рассмотреть множество %%D = D_1 \times D_2 \times \ldots \times D_n%% — декартово произведение множеств %%D_1, D_2, \ldots, D_n%%, элементами которого являются всевозможные упорядоченные %%n%%-ки %%(d_1, d_2, \ldots, d_n)%% элементов исходных множеств.
Множество %%D%% называется областью определения предиката.
Область истинности
Пример
На множестве %%D = \< 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9\>%% рассмотрим одноместный предикат %%P(x): x%% — простое число. Найти область истинности предиката %%P(x)%%.
Обозначим область истинности буквой %%A%%. Тогда %%A%% состоит из таких элементов, при которых выполняется предикат %%P(x)%%. Поэтому %%A = \<2, 3, 5, 7\>%%.
Операции над предикатами
Аналогично операциям для высказываний вводятся операции для предикатов.
Пусть %%P(x)%% и %%Q(x)%% — одноместные предикаты, определенные на множестве %%D%%.
Отрицанием предиката %%P(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%\overline
Конъюнкцией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \land Q(x)%% и являющийся истинным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% истинны.
Дизъюнкцией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \lor Q(x)%% и являющийся ложным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% ложны.
Импликацией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \rightarrow Q(x)%% и являющийся ложным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% истинный, а %%Q(x)%% ложный.
Эквиваленцией предикатов %%P(x)%% и %%Q(x)%% называется новый предикат, обозначаемый %%P(x) \leftrightarrow Q(x)%% и являющийся истинным для тех и только тех %%x%%, для которых предикаты %%P(x)%% и %%Q(x)%% имеют одинаковые значения.
Применяя операции над предикатами, мы получаем составные предикаты, которые будем называть формулами алгебры предикатов.
Законы алгебры предикатов
В случае тождественно истинных и тождественно ложных предикатов имеем следующие определения.
Предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% называется тождественно истинным если при любой замене переменных %%x_1, x_2, \ldots, x_n%% на их значения предикат превращается в истинное высказывание.
Предикат %%P(x_1, x_2, \ldots, x_n)%% называется тождественно ложным если при любой замене переменных %%x_1, x_2, \ldots, x_n%% на их значения предикат превращается в ложное высказывание.
Высказывание является частным случаем предиката, когда в предикате нет переменных. То есть высказывание является предикатом %%0%% порядка (от %%0%% переменных).
Предикаты и кванторы
Вы будете перенаправлены на Автор24
Понятие предиката
Предикатом в программировании является функция, которая принимает один или более аргументов и возвращает значения булева типа.
Предикат называется тождественно-истинным, если на любом наборе аргументов он принимает истинное значение:
Предикат называется тождественно-ложным, если на любом наборе аргументов он принимает ложное значение:
Предикат называется выполнимым, если хотя бы на одном наборе аргументов он принимает истинное значение.
Примеры предикатов
Таким образом, предикатом является все то, что утверждается или отрицается о субъекте суждения.
Готовые работы на аналогичную тему
Операции над предикатами
Рассмотрим применение операций алгебры логики к предикатам.
Логические операции:
Над предикатами помимо логических операций можно выполнять квантовые операции: применение квантора всеобщности, квантора существования и т.д.
Кванторы
Чаще всего используют кванторы:
В математической логике существует понятие связывание или квантификация, которые обозначают приписывание квантора к формуле.
Примеры применения кванторов
С помощью квантора всеобщности можно записать следующие ложные высказывания:
который будет иметь вид:
Для записи истинных высказываний используем квантор существования:
Запись будет иметь вид:
Таким образом, предикат можно превратить в высказывание, если поставить перед предикатом квантор.
Операции над кванторами
Для построения отрицания высказываний, которые содержат кванторы, применяется правило отрицания кванторов:
Рассмотрим предложения и выделим среди них предикаты, указав область истинности каждого из них:
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата написания статьи: 07 04 2016
Предикат
Что такое предикат
Предикат (с латинского praedicatum означает «заявленное, упомянутое, сказанное») — понятие в логике, которым называют утверждение, высказанное о том или ином субъекте. Субъект высказывания — это та вещь или явление, о котором или которой делается утверждение.
Одна из важнейших особенности логики предикатов в том, что все общие имена (такие, как «цветок», «деревня»), знаки свойств («розовый», «большая») и знаки отношений («красивее», «роднее») рассматриваются как относящиеся к одной категории знаков: категории предикаторов (иначе говоря, предметно-истинных функторов).
Предикаторы, в свою очередь, показывают функции, у которых вероятные аргументы — это универсальные в рассмотрении объекты, а значения — истинные оценки. В классической логике они называются «истина» и «ложь». К примеру, возьмем предикатор «человек», который представляет функцию, определяемую как истина каждым отдельным человеком, а каждым отличным от человека существом — как ложь.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Другой пример : функция, которая соответствует предикатору «больше», сопоставляет истину каждой паре объектов или субъектов, один из которых больше. Например, такая пара, как «слон, мышь». Но всем остальным парам, по типу «мышь, слон» и «мышь, мышь», такая функци будет сопоставлять оценку «ложь».
Предикаторы могут быть:
Логические операции над предикатами
Так как предикаты принимают два значения, «истина» и «ложь» (1 и 0), к ним можно применить все операции алгебры логики.
Представим, что в неком множестве N определены два предиката P(x) и Q(x). Рассмотрим все операции с ними по-отдельности.
Область истины в этом случае — объединение областей истинности обоих утверждений.
Область истины здесь — дополнение множества истинности утверждения P(x) до множества N, иначе говоря \(I_overline
=N\I_P=CI_P.\)
Кванторные операции над предикатами
Прежде чем изучить квантовые операции, нужно разобраться, что из себя представляет сам квантор.
Квантор — общее название для логических операций, ограничивающих область истинности какого-либо предиката и создающих высказывание.
Кванторы впервые были определены немецким математиком Готлобом Фреге. Он упомянул их в своей работе «Begriffsschrift» («Исчисление понятий», 1879 года). Однако сам термин был изобретен английским логиком Чарльзом Пирсом в 1885 году. Вместе со словом «квантор» он ввел также и термин «квантификация», который означает измерение качеств признаков.
Обозначение кванторов
Символическое обозначение кванторов придумал итальянский математик Дж. Пеано в 90-е годы XIX века. Выглядят эти символы так:
\(\forall\) — «для любого», «для каждого», «для всех»;
\(\exists\) — «существует», «найдётся».
! – «единственный»;
: – «такой, что»;
| – «такой, что».
Знак «:» обычно используется в формулировках определений или теорем, которые записываются с помощью кванторов. Знак «|» применяется в определениях множеств.
Виды кванторов
Квантор общности \(\forall\)
Оно истинно только в том случае, когда \(P(x)\) — тождественно истинен. В ином случае данное высказывание ложно.
Оно истинно только в том случае, когда одноместный предикат \(P(x, a_2, …, a_n)\) на множестве \(N_1\) тождественно истинен. В противном случае оно ложно.
Квантор существования \( \exists\)
Примеры применения
Использование предикатов
Использование кванторов
Пусть предикат «x кратно 5». Тогда с помощью квантора общности можно записать ложные высказывания:
В этом случае решение будет выглядеть так:
Чтобы обозначить истинные высказывания, используем квантор существования:
В записи оно будет выглядеть так:
На множестве x простых чисел существует предикат: «Простое число является нечетным». Если мы поставим перед предикатом слово «любое», то получим ложное высказывание «Любое простое число является нечетным». Если мы поставим перед предикатом слово «существует», то получим истинное высказывание «Существует простое число, которое является нечетным».
Так, предикат можно превратить в высказывание, если поставить перед ним квантор.
Высказывания и предикаты. Кванторы
п.1. Высказывания
Например:
«Число 13 – нечётное» – высказывание, истинное
«2 + 2 = 5» – высказывание, ложное
«Мы живём в XXI веке» – высказывание, истинное
«Который час?» – не высказывание, т.к. вопросительное предложение
«Вася Пупкин – хороший человек» – не высказывание, т.к. неоднозначно. Но, если определить множество людей, которые оцениваются, и правила их оценки так, что предложение приобретёт однозначность, оно станет высказыванием.
Например:
A: натуральное число a делится на 2;
B: натуральное число a чётное.
Заметим, немного забегая наперёд, что в данном случае из А следует В, и из В следует А. Говорят, что эти высказывания эквивалентны: A ⇔ B.
п.2. Предикаты
Например:
P(x): x – объект с четырьмя ногами
При x = слон – предикат становится истинным высказыванием, P(«слон» )=1
При x = муравей – предикат становится ложным высказыванием, т.к. у муравья 6 ног, P(муравей)=0
При x = стол – предикат становится истинным высказыванием, P(«стол» )=1
При x = человек – предикат становится ложным высказыванием, т.к. у человека 2 ноги, P(человек)=0
Например:
P(x):|x| ≥ 0 – выполняется при любом значении x, это тождественный предикат.
\(\mathrm
Например:
P(x, y): x делится на y – двуместный предикат, который становится истинным высказыванием на парах значений переменных (15;5), (14;7), (16;4) и т.д.
P(a, b):(a + b) 2 = a 2 + 2ab + b 2 – является тождественным двуместным предикатом, т.к. выполняется для любых a и b.
п.3. Кванторы
«для любого…», «для всех…», «любой…»
Единственности и существования
«существует точно одно такое, что…», «существует и единственно…»
Существуют натуральные числа, которые делятся на 13
Существуют треугольники, у которых все углы равны
Например, равносторонний треугольник со стороной 1
Любое натуральное число делится на 5
Например x = 6 на 5 не делится
У любого выпуклого четырехугольника диагонали перпендикулярны
Например, у прямоугольника со сторонами 3 и 4 угол между диагоналями ≈ 74° ≠ 90°
Разность квадратов двух любых выражений равна произведению суммы и разности
Сумма углов любого треугольника равна 180°.
Третий класс задач (теорема) – самый сложный, т.к. требует не просто одного примера, а доказательства в общем случае.
п.4. Примеры
Пример 1. Запишите по два высказывания (A – истинное, B – ложное), относящиеся к
а) физике
A: Плотность равна отношению массы тела к его объему.
B: КПД механизма может быть больше 1.
б) химии
A: Гидроксид натрия – сильное основание.
B: Сульфат натрия – нерастворимая соль.
в) географии
A: На Земле шесть материков.
B: На Земле три океана.
Пример 3. С каким из кванторов предикат x 2 + 4 = 12 станет истинным высказыванием?
Если запишем (∀x) x 2 + 4 = 12 – это ложное высказывание, т.к., например, при x=0 оно не выполняется.
Если запишем (∃x) x 2 + 4 = 12 – это истинное высказывание, т.к., например, при \(\mathrm
Если запишем (∃x!) x 2 + 4 = 12 – это ложное высказывание, т.е. решений у данного уравнения не одно, а два: \(\mathrm
Ответ: квантор существования ∃.
Предикат
Предика́т (n-местный, или n-арный) — это функция с областью значений 
(или «Истина» и «Ложь»), определённая на n-й декартовой степени множества M. Таким образом, каждую n-ку элементов M он характеризует либо как «истинную», либо как «ложную».
Предикат можно связать с математическим отношением: если n-ка принадлежит отношению, то предикат будет возвращать на ней 1.
Предикат называют тождественно-истинным и пишут:
P
если на любом наборе аргументов он принимает значение 1.
Предикат называют тождественно-ложным и пишут:
P
если на любом наборе аргументов он принимает значение 0.
Предикат называют выполнимым, если хотя бы на одном наборе аргументов он принимает значение 1.
Так как предикаты принимают только два значения, то к ним применимы все операции булевой алгебры, например: отрицание, импликация, конъюнкция, дизъюнкция и т. д.
Примеры
Например, обозначим предикатом EQ(x, y) отношение равенства («x = y»), где x и y принадлежат множеству вещественных чисел. В этом случае предикат EQ будет принимать истинное значение для всех равных x и y.
Более житейским примером может служить предикат ПРОЖИВАЕТ(x, y, z) для отношения «x проживает в городе y на улице z» или ЛЮБИТ(x, y) для «x любит y», где множество M — это множество всех людей.
См. также
cs:Predikát eo:Predikato (logiko) et:Predikaat pl:Funkcja zdaniowa