Да. Здесь действительно 4 задания, и в №4 можно и лучше решить формулами, без таблицы истинности. Ниже дам оформление так, чтобы его можно было практически переписать в работу: с определениями, переходами и пояснениями.
Практика 1
Доказать эквивалентность:
A⊆B⟺A∪B=B.
Нужно доказать утверждение в обе стороны.
1) Докажем, что если A⊆B, то A∪B=B
Пусть
A⊆B.
Это означает, что каждый элемент множества A принадлежит также множеству B:
∀x(x∈A⇒x∈B).
Рассмотрим объединение A∪B.
По определению объединения:
x∈A∪B⟺(x∈A)∨(x∈B).
Но поскольку A⊆B, все элементы A уже содержатся в B. Поэтому добавление элементов множества A к множеству B ничего нового не даёт.
Следовательно,
A∪B=B.
То есть
A⊆B⇒A∪B=B.
2) Докажем обратное: если A∪B=B, то A⊆B
Пусть
A∪B=B.
Возьмём произвольный элемент x∈A.
По определению объединения, если x∈A, то обязательно
x∈A∪B.
Но по условию
A∪B=B.
Значит,
x∈B.
Таким образом, для любого элемента x:
x∈A⇒x∈B.
А это и есть определение включения множеств:
A⊆B.
Следовательно,
A∪B=B⇒A⊆B.
Мы доказали обе стороны, поэтому:
A⊆B⟺A∪B=B.
Практика 2
Дано:
T={x∈Z:−10≤x≤12,2x+1>7}.
Нужно задать T перечислением элементов.
Здесь Z — множество целых чисел.
Сначала решим неравенство:
2x+1>7.
Вычитаем 1 из обеих частей:
2x>6.
Делим обе части на 2:
x>3.
Также по условию:
−10≤x≤12.
Объединяем два условия:
{−10≤x≤12,x>3.
Так как x должно быть целым числом, подходят числа:
4,5,6,7,8,9,10,11,12.
Следовательно,
T={4,5,6,7,8,9,10,11,12}.
Практика 3
Задание: проверить фиктивность переменных у функции трёх переменных, представленной десятичной формой вектора значений:
153.
При наличии фиктивных переменных упростить функцию.
Имеем функцию трёх переменных:
f(x1,x2,x3).
Так как переменных три, вектор функции содержит
23=8
значений.
Число 153 переводим из десятичной системы счисления в двоичную.
Разложим число по степеням двойки:
153=128+16+8+1.
То есть:
153=1⋅128+0⋅64+0⋅32+1⋅16+1⋅8+0⋅4+0⋅2+1⋅1.
Следовательно,
15310=100110012.
Поэтому вектор значений функции:
(1,0,0,1,1,0,0,1).
Распишем его для стандартного порядка наборов аргументов:
000,001,010,011,100,101,110,111.
Получаем:
| x1 | x2 | x3 | f |
|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Теперь проверим переменные на фиктивность.
Переменная называется фиктивной, если изменение только этой переменной не изменяет значение функции.
Проверяем x1
Сравним значения функции при одинаковых x2,x3, но разных x1:
f(0,0,0)=1,f(1,0,0)=1;
f(0,0,1)=0,f(1,0,1)=0;
f(0,1,0)=0,f(1,1,0)=0;
f(0,1,1)=1,f(1,1,1)=1.
Во всех случаях изменение x1 не меняет значение функции.
Следовательно,
x1 — фиктивная переменная.
Проверяем x2
Например,
f(0,0,0)=1,
а
f(0,1,0)=0.
Значение функции изменилось при изменении x2.
Следовательно,
x2 — существенная переменная.
Проверяем x3
Например,
f(0,0,0)=1,
а
f(0,0,1)=0.
Значение функции изменилось.
Следовательно,
x3 — существенная переменная.
Таким образом, функция фактически зависит только от x2 и x3.
Посмотрим на её значения:
x20011x30101f1001
Функция равна 1, когда x2=x3.
Поэтому:
f=(¬x2∧¬x3)∨(x2∧x3).
Это функция эквивалентности:
f(x1,x2,x3)=x2↔x3.
Итак, ответ:
x1 — фиктивная переменная
и упрощённая функция:
f(x2,x3)=(¬x2∧¬x3)∨(x2∧x3).
Практика 4
Дана функция:
f(x,y)=¬(x∧y)∧(x∨y).
Нужно составить ДНФ и КНФ.
Здесь как раз совершенно нормально решить через равносильные преобразования формулы, без таблицы истинности.
1. Найдём КНФ
Исходная функция:
f(x,y)=¬(x∧y)∧(x∨y).
Используем закон де Моргана:
¬(A∧B)=¬A∨¬B.
Поэтому:
¬(x∧y)=¬x∨¬y.
Подставляем:
f(x,y)=(¬x∨¬y)∧(x∨y).
Каждая скобка является дизъюнкцией литералов, а между скобками стоит конъюнкция. Значит, это КНФ.
Получаем:
f(x,y)=(x∨y)∧(¬x∨¬y).
Это КНФ функции.
2. Найдём ДНФ
Начинаем с:
f=(¬x∨¬y)∧(x∨y).
Раскроем скобки по распределительному закону:
(A∨B)∧(C∨D)=(A∧C)∨(A∧D)∨(B∧C)∨(B∧D).
Получаем:
f=(¬x∧x)∨(¬x∧y)∨(¬y∧x)∨(¬y∧y).
Теперь используем закон противоречия:
x∧¬x=0.
Следовательно,
¬x∧x=0,
и
¬y∧y=0.
Тогда:
f=0∨(¬x∧y)∨(x∧¬y)∨0.
Используем:
0∨A=A.
Получаем:
f=(¬x∧y)∨(x∧¬y).
Это ДНФ функции.
Итоговые ответы
- Доказано:
A⊆B⟺A∪B=B.
T={4,5,6,7,8,9,10,11,12}.
15310=100110012.
Фиктивная переменная:
x1.
Упрощённая функция:
f=(¬x2∧¬x3)∨(x2∧x3)
или короче:
f=x2↔x3.
- ДНФ:
(¬x∧y)∨(x∧¬y).
КНФ:
(x∨y)∧(¬x∨¬y).
Для №4 особенно запомни два закона, потому что преподаватель может спросить, откуда взялись преобразования:
¬(x∧y)=¬x∨¬y
— закон де Моргана, и
(A∨B)∧(C∨D)=(A∧C)∨(A∧D)∨(B∧C)∨(B∧D)
— распределительный закон.