На помощь приходит алгебра высказываний

Разделы: Математика


При решении уравнений с модулями ученики задаются вопросом: «Почему при решении уравнений с модулями система заменяется совокупностью?». Это можно обосновать, используя алгебру высказываний. Напомним свойства операций над множествами, которые будут использоваться далее.

На языке множеств На языке алгебры высказываний
1 С
2
3 Ø
4
5
6
7
8
9
10 AØ=Ø, АØ=A ,

Все эти свойства доказываются составлением таблиц истинности для обеих частей равенства, опираясь на таблицы истинности основных логических операций:

Например, докажем свойство 1:

С А
1 1 0 1
1 0 0 0
0 1 1 1
0 0 1 1

С А СА
1 1 1
1 0 0
0 1 1
0 0 1

Так как значения в крайних колонках таблиц одинаковы, то .

Обозначим заглавными латинскими буквами некоторое условие (уравнение, неравенство, …). По определению модуля можно записать:

(в дальнейшем под A будем понимать уравнение, в котором  заменен на A, а под  - уравнение, в котором  заменен на).

Запишем получившуюся систему условийна языке алгебры

высказываний и выполним преобразования, используя свойства операций над множествами:  

(на основании свойств 6,2,3 и 10).

Таким образом,

Отсюда следует ответ на вопрос учеников, почему при решении уравнений с модулем мы приходим к объединению решений двух уравнений, в одном из которых  заменяется на A при условии C, а в другом – на  при условии .

Алгебру высказываний удобно также применять при решении систем и совокупностей уравнений и неравенств, используя следующие логические структуры (под «А», «В», «С», «D» здесь понимается некоторое уравнение или неравенство):

Рассмотрим два примера решения системы уравнений второй степени на применение алгебры высказываний.

Пример 1.

Эта система равносильна следующей системе

Ответ: (11;1), (16;11), (-9;-9), (-4;1).

Пример 2.

Сделав замену , второе уравнение примет вид , решая которое находим корни .

Тогда

Ответ: (2;1), (-2;-1).

Алгебру высказываний можно также применять на уроках физики. Параллельное соединение переключателей аналогично понятию суммы высказываний, а последовательное – произведению высказываний:

Рассмотрим применение алгебры высказываний при решении следующей задачи: «Электрическая цепь имеет только двухпозиционные переключатели (при одном состоянии переключателя х ток проходит через него, при другом  - не проходит). Упростите электрическую цепь. При каком состоянии переключателей проходит ток?».

Запишем данную схему на языке алгебры высказываний и упростим по ее законам:

 

Данная задача свелась к анализу упрощенной схемы, составляя к ней таблицу истинности, делаем вывод: ток не проходит только в одном случае, когда переключатель «х» разомкнут, а «у» замкнут.

Рассмотрим еще одно применение алгебры высказываний в юриспруденции. Решим задачу.

 

Таким образом, применение алгебры высказываний позволяет выработать навыки перехода из одной логической структуры к другой, продемонстрировать применение математики в

в разных областях знаний. Алгебру высказываний можно вводить в восьмом математическом классе при изучении темы «Алгебра множеств». Изучение алгебры высказываний и ее применений лучше на факультативных занятиях.

Использованная литература

  1. А.Д. Кутасов «Элементы математической логики»

Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3