一阶等价式与蕴含式

设A和B是一阶逻辑公式,若A↔B为永真式,则称A和B是等价的,记为A⇔B.

A⇔B表明在任意的解释和赋值下,A与B都具有相同的值。

例如:

∀x¬¬P(x)⇔∀xP(x)

∀x∀yA(x,y)⇔∀y∀xA(x,y) ¬∃xA(x)⇔∀x¬A(x) ∃x(A(x)∨B(x))⇔∃xA(x)∨∃xB(x)

设A和B是谓词公式,若A→B为永真式,则称A永真蕴含B,记为A⇒B.

A⇒B表明在任意的解释下,一切使A为真的赋值均使B为真。

例如:

∀xP(x)⇒∃xP(x) ∀xA(x)∨∀xB(x)⇒∀x(A(x)∨B(x)) ∀x(A(x)→B(x))⇒∀xA(x)→∀xB(x) ¬∃xA(x)⇒∀x¬A(x)

置换规则

设A为含有子公式A1的公式,用公式B1置换公式A中的A1得到公式B. 若A1⇔B1,则A⇔B.

例如:

∀x¬¬P(x)⇔∀xP(x)

∀x(¬P(x)→Q(x))⇔∀x(P(x)∨Q(x)) ∀x∀y(P(x)→Q(y))⇔∀x∀y(¬Q(y)→¬P(x))

换名规则

设x是辖域内的约束变量,y是在辖域内未曾出现的变量,则有: ∀xA(x)⇔∀yA(y), ∃xA(x)⇔∃yA(y).

例如:

∀x(¬P(x)→Q(x))⇔∀y(¬P(y)→Q(y)).

注意:换名规则针对的是约束变量。

代入规则

设A为一阶逻辑公式,将A中某自由变量的所有出现,替换为A中未曾出现的某变量,而A的其余部分不变,得到逻辑公式B,则A⇔B.

例如:

∃x¬P(x,y)⇔∃x¬P(x,z).

注意: 代入规则针对的是自由变量。

量词的转换律

¬∀x¬A(x)⇔∃xA(x) ¬∃x¬A(x)⇔∀xA(x) ¬∀xA(x)⇔∃x¬A(x) ¬∃xA(x)⇔∀x¬A(x)

量词的分配律

∀x(A(x)∧B(x))⇔∀xA(x)∧∀xB(x) ∃x(A(x)∨B(x))⇔∃xA(x)∨∃xB(x)

量词辖域的扩张与收缩律

设B是不含个体变元x的谓词公式,则:

∀x(A(x)∨B)⇔∀xA(x)∨B ∀x(A(x)∧B)⇔∀xA(x)∧B

∀x(A(x)→B)⇔∀xA(x)→B ∀x(A(x)←B)⇔∀xA(x)←B

∃x(A(x)∨B)⇔∃xA(x)∨B ∃x(A(x)∧B)⇔∃xA(x)∧B

∃x(A(x)→B)⇔∃xA(x)→B ∃x(A(x)←B)⇔∃xA(x)←B

量词的消去

在某一解释I下,若个体域为有限集,如D={a1,a2,⋯,an},则由量词的定义可得出: ∀xA(x)⇔A(a1)∧A(a2)∧⋯∧A(an) ∃xA(x)⇔A(a1)∨A(a2)∨⋯∨A(an) 其中A(ai)(i=1,2,⋯,n)为用ai代入公式A(x)中自由出现的x​得到的公式。

含有量词的永真蕴含式

∀xA(x)∨∀xB(x)⇒∀x(A(x)∨B(x)) ∃x(A(x)∧B(x))⇒∃xA(x)∧∃xB(x) ∀x(A(x)→B(x))⇒∀xA(x)→∀xB(x) ∃xA(x)→∀xB(x)⇒∀x(A(x)→B(x))

注意:这些永真蕴含式的逆均不成立。

多个量词的使用

∀x∀yA(x,y)⇔∀y∀xA(x,y) ∃x∃yA(x,y)⇔∃y∃xA(x,y) ∀x∀yA(x,y)⇒∃y∀xA(x,y) ∀y∀xA(x,y)⇒∃x∀yA(x,y) ∃y∀xA(x,y)⇒∀x∃yA(x,y) ∃x∀yA(x,y)⇒∀y∃xA(x,y) ∀x∃yA(x,y)⇒∃y∃xA(x,y) ∀y∃xA(x,y)⇒∃x∃yA(x,y)