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Diskussion : Aussagenlogik
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Aussagenlogik
Stichpunkte
Allgemein
Die Aussagenlogik
ist ein Bereich der Logik
der sich mit der logischen Bewertung von Aussagen befasst
auch (veraltet) Urteilslogik
Dabei werden Elementaraussagen durch Junktoren verknüpft
Die Struktur der Elementaraussagen wird nicht untersucht
Dies leistet die Prädikatenlogik. Dieser Artikel befasst sich mit der klassischen Aussagenlogik
in der der Satz vom ausgeschlossenen Dritten (also das "Tertium non datur") gilt: Jede Aussage ist entweder wahr oder falsch
ist das nicht zwingend der Fall
Von einem konstruktivischen Standpunkt gesehen
der den Begriff "wahr" etwa im Sinne von "beweisbar" versteht
Dieser Standpunkt findet seinen Ausdruck in Systemen der intuitionistischen Aussagenlogik
"Verbergen") 1 Umgangssprachliche Einleitung 1.1 Einfache Aussage (Elementaraussage) 1.2 Verneinte Aussage - Negation 1.3 und-verknüpfte Aussagen - Konjunktion 1.4 oder-verknüpfte Aussagen - Disjunktion 1.5 Folgerungen - Implikation bzw
Siehe hierzu auch den Artikel Dialogische Logik. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
Subjunktion 1.6 Gleichwertige Aussagen - Äquivalenz 1.7 Verneinung einer und-verknüpften Aussage 1.8 Verneinung einer oder-verknüpften Aussage 1.9 Die Verneinung der Äquivalenz - die Antivalenz oder Kontravalenz 1.10 Die Begriffe "notwendig" und "hinreichend" 2 Formaler Zugang 2.1 Einleitung 2.2 Syntax 2.2.1 Abkürzungen 2.3 Semantik/Aussagen 3 Erfüllbarkeit 4 Siehe auch [Bearbeiten]
Umgangssprachliche Einleitung
[Bearbeiten]
Einfache Aussage (Elementaraussage)
der entweder wahr (w
true) oder nicht wahr (f
false) ist
wahr
falsch
Eine Aussage A ist ein Satz
Dies gilt sowohl für einfache als auch für verknüpfte Aussagen. "Halbwahrheiten" gibt es nicht
Eine Aussage kann sowohl der gewöhnlichen Sprache entstammen als auch der Sprache der Mathematik
kann man derzeit nicht entscheiden
ob <math>A_1<math> wahr oder falsch ist. Ob <math>A_3<math> wahr ist
bevor man entscheiden kann
<math>A_4<math> dagegen ist falsch. <math>A_1<math> muss man zunächst prüfen
Beispiele für einfache Aussagen: <math>A_1<math>: München ist 781 km von Hamburg entfernt. <math>A_2<math>: 9 ist durch 3 teilbar. <math>A_3<math>: Kaiserslautern wird in dieser Saison deutscher Fußballmeister. <math>A_4<math>: Alle Autos sind grün. <math>A_2<math> ist offensichtlich wahr
Das wird sich erst am Ende der Fußballsaison herausstellen
den Wahrheitsgehalt zu beurteilen
auch wenn man (noch) nicht in der Lage ist
In der klassischen Aussagenlogik ist eine Aussage entweder wahr oder nicht wahr
Dies ist zum Beispiel bei den ungelösten mathematischen Problemen der Fall
Anmerkung: <math>A_4<math> ist eine All-Aussage; die Struktur solcher Aussagen ist Gegenstand der Prädikatenlogik
Im Sinne der Aussagenlogik ist es eine Elementaraussage. [Bearbeiten]
Verneinte Aussage -
Negation
dass man der Aussage A das Wort nicht geeignet einfügt
Das Gegenteil bzw. die Verneinung einer Aussage A erhält man immer dadurch
Formal schreibt man für "nicht A" ¬A
auf Englisch und in der Schaltalgebra auch "NOT A". <math>A<math> <math>neg A<math> falsch wahr wahr falsch Wir verneinen die obigen Beispiele: <math>neg A_1<math>: München ist nicht 781 km von Hamburg entfernt. <math>neg A_2<math>: 9 ist nicht durch 3 teilbar <math>neg A_3<math>: Kaiserslautern wird in dieser Saison nicht deutscher Fußballmeister. <math>neg A_4<math>: Nicht alle Autos sind grün
Es kann durchaus grüne Autos geben und es gibt auch Autos
dann ist die Verneinung <math>neg A<math> wahr. Eine Aussage <math>A<math> kann nicht gleichzeitig wahr und falsch sein. Die Aussagen <math>A<math> und <math>neg A<math> können nicht gleichzeitig wahr sein. [Bearbeiten]
dann ist die Verneinung <math>neg A<math> falsch. Wenn eine Aussage <math>A<math> falsch ist
die nicht grün sind. Allgemein gilt für die Verneinung: Wenn eine Aussage <math>A<math> wahr ist
und
-verknüpfte Aussagen -
Konjunktion
wenn entweder A oder B oder beide Aussagen falsch sind. <math>A<math> <math>B<math> <math>A and B<math> falsch falsch falsch falsch wahr falsch wahr falsch falsch wahr wahr wahr Beispiele für eine und-Verknüpfung: A: 9 ist duch 3 teilbar B: 9 ist eine Quadratzahl Diese Teilaussagen und ihre Negationen werden nun durch <math>and<math> miteinander verknüpt: <math>C_1<math>: 9 ist durch 3 teilbar und 9 ist eine Quadratzahl. <math>C_2<math>: 9 ist nicht durch 3 teilbar und 9 ist eine Quadratzahl. <math>C_3<math>: 9 ist durch 3 teilbar und 9 ist keine Quadratzahl. <math>C_4<math>: 9 ist nicht durch 3 teilbar und 9 ist keine Quadratzahl. Nur <math>C_1 = A and B<math> ist wahr
weil <math>A<math> wahr ist und auch <math>B<math> wahr ist. <math>C_2 = neg A and B<math> ist falsch
wenn sowohl A als auch B jeweils wahr sind. Andernfalls ist C falsch
Man kann zwei Aussagen A und B durch das Wort und (Schreibweise: <math>and<math>) miteinander verknüpfen. Dadurch erhält man eine neue Aussage <math>C<math>. Sprechweise: A und B Schreibweise: <math>A and B<math> auf Englisch und in der Schaltalgebra auch A AND B Die Aussage C ist immer dann wahr
weil <math>neg A<math> falsch ist. <math>C_3 = A and neg B<math> ist falsch
nämlich dann
weil <math>neg B<math> falsch ist. <math>C_4 = neg A and neg B<math> ist falsch
weil sowohl <math>neg A<math> als auch <math>neg B<math> falsch ist. [Bearbeiten]
oder
-verknüpfte Aussagen -
Disjunktion
Man kann 2 Aussagen A und B durch das Wort oder miteinander verknüpfen und erhält so eine neue Aussage C
bzw. wenn beide Teilaussagen wahr sind
Achtung! Das logische oder hat eine andere Bedeutung als das umgangssprachliche "oder"
wenn mindestens eine der Teilaussagen A oder B wahr ist
das meist im Sinne von "entweder ... oder" benutzt wird. Sprechweise: "A oder B"; genauer: "A oder auch B" Schreibweise: <math>A vee B<math> auf Englisch und in der Schaltalgebra auch A OR B Die Aussage C ist immer dann wahr
Andernfalls ist C falsch
weil sowohl <math>A<math> als auch <math>B<math> wahr sind. <math>C_6 = neg A vee B<math> ist wahr
weil <math>A<math> wahr ist. [Bearbeiten]
weil <math>B<math> wahr ist. <math>C_7 = A vee neg B<math> ist wahr
weil <math>neg A<math> falsch ist und auch <math>neg B<math> falsch ist. <math>C_5 = A vee B<math> ist wahr
wenn sowohl A als auch B falsch sind. <math>A<math> <math>B<math> <math>A vee B<math> falsch falsch falsch falsch wahr wahr wahr falsch wahr wahr wahr wahr Beispiel für eine oder-Verknüpfung: A: 9 ist duch 3 teilbar B: 9 ist eine Quadratzahl Diese Teilaussagen und ihre Negationen werden nun durch <math>vee<math> miteinander verknüpt: <math>C_5<math>: 9 ist durch 3 teilbar oder 9 ist eine Quadratzahl. <math>C_6<math>: 9 ist nicht durch 3 teilbar oder 9 ist eine Quadratzahl. <math>C_7<math>: 9 ist durch 3 teilbar oder 9 ist keine Quadratzahl. <math>C_8<math>: 9 ist nicht durch 3 teilbar oder 9 ist keine Quadratzahl. Nur <math>C_8 = neg A vee neg B<math> ist falsch
nämlich dann
Folgerungen -
Implikation
bzw.
Subjunktion
so spricht man von einer Subjunktion. <math>A rightarrow B<math> <math>A<math> <math>B<math> <math>A rightarrow B<math> falsch falsch wahr falsch wahr wahr wahr falsch falsch wahr wahr wahr Sprechweisen: Aus A folgt B Unter der Voraussetzung A gilt B A impliziert B Wenn A gilt
also ist n teilbar durch 3. Aus einer wahren Folgerung <math>A Rightarrow B<math> kann man eine weitere wahre Folgerung ableiten
wird die unüberdachte Straße nass. Wenn Person x einen Wagen der Marke BMW hat
Wenn man aus einer wahren Aussage A schließen kann
dass dann auch die Aussage B wahr ist
nämlich <math>neg B Rightarrow neg A<math>
dann hat x ein Auto. n ist teilbar durch 6
spricht man von einer Implikation. Schreibweise: <math>A Rightarrow B<math> Ist man noch während des Dialogs in der Aussagenlogik
dann gilt auch B Aussage B ist notwendig für Aussage A (siehe Abschnitt "notwendig und hinreichend") Aussage A ist hinreichend für Aussage B (siehe Abschnitt "notwendig und hinreichend") Beispiele: Wenn es regnet
kann es nicht geregnet haben. Wenn x kein Auto hat
kann x keinen Wagen der Marke BMW haben. Wenn n nicht durch 3 teilbar ist
kann n nicht durch 6 teilbar sein. Umgangssprachlich lässt man sich gelegentlich zu weiteren - falschen - Aussagen verleiten: Weil es nicht regnete
kann die Straße nicht nass sein
Für die Beispiele bedeutet dies: Wenn die unüberdachte Straße nicht nass ist
also hat x kein Auto. falsch
denn er könnte ja einen Mercedes haben n ist nicht durch 6 teilbar
da die Straße auch aus anderen Gründen nass werden kann (Rohrbruch
also ist n auch nicht durch 3 teilbar.Auch diese Folgerung ist falsch
Diese Folgerung ist falsch
Übung der Feuerwehr ...). x hat keinen Wagen der Marke BMW
dann erhält man aus der Aussage ¬A keine Aussage über B; B kann wahr oder falsch sein. ("Ex falso quolibet" - "Aus Falschem - was du willst") Die Implikation ist ein wichtiges Mittel in der Mathematik
Die Zahl 15 ist nicht durch 6 teilbar und sehr wohl durch 3. Das bedeutet: Wenn die Folgerung <math>A Rightarrow B<math> wahr ist
Die meisten mathematischen Sätze sind eine Implikation. [Bearbeiten]
Gleichwertige Aussagen -
Äquivalenz
wenn n durch 2 und durch 3 teilbar ist.Wenn n durch 6 teilbar ist
dann folgt daraus
wenn gilt: <math>A Rightarrow B<math> und umgekehrt <math>B Rightarrow A<math>. <math>A<math> <math>B<math> <math>A Leftrightarrow B<math> falsch falsch wahr falsch wahr falsch wahr falsch falsch wahr wahr wahr Schreibweise: <math>A Leftrightarrow B<math> Sprechweisen: Aussage A ist äquivalent zu Aussage B. A ist genau dann (dann und nur dann) wahr
wenn auch B wahr ist. A ist notwendig und hinreichend für B. (siehe Abschnitt "notwendig und hinreichend") Beispiel: Die ganze Zahl n ist genau dann durch 6 teilbar
Zwei Aussagen A und B sind äquivalent
dass n durch 2 und durch 3 teilbar ist
Umgekehrt gilt aber auch: Wenn n durch 2 und durch 3 teilbar ist
wenn Morgen Mittwoch ist. [Bearbeiten]
dann ist n durch 6 teilbar. Heute ist genau dann Dienstag
Verneinung einer und-verknüpften Aussage
Die Verneinung zu der Aussage "A und B"
also <math>neg(A and B)<math>ist gleichwertig mit der oder-verknüpften Aussage <math>(neg A) vee (neg B)<math>Auf Englisch und in der Schaltalgebra schreibt man dafür A NAND B (not-and). <math>A<math> <math>B<math> <math>neg(A and B)<math> falsch falsch wahr falsch wahr wahr wahr falsch wahr wahr wahr falsch Beispiel:Aussage A: Die ganze Zahl n ist durch 2 teilbar.Aussage B: Die ganze Zahl n ist durch 3 teilbar
Aussage "A und B": n ist durch 2 und durch 3 teilbar
Verneinung: n ist nicht durch 2 und durch 3 teilbar. Dies besagt dasselbe wie: n ist nicht durch 2 teilbar
oder n ist nicht durch 3 teilbar [Bearbeiten]
Verneinung einer oder-verknüpften Aussage
also <math>neg(A vee B)<math>ist gleichwertig mit der und-verknüpften Aussage <math>(neg A) and (neg B)<math>Auf Englisch und in der Schaltalgebra schreibt man dafür A NOR B (not-or). <math>A<math> <math>B<math> <math>neg(A vee B)<math> falsch falsch wahr falsch wahr falsch wahr falsch falsch wahr wahr falsch Beispiel:Aussage A: Die ganze Zahl n ist durch 2 teilbar.Aussage B: Die ganze Zahl n ist durch 3 teilbar
Die Verneinung zu der Aussage "A oder B"
Aussage "A oder B": n ist teilbar durch 2 oder auch teilbar durch 3
Verneinung: n weder durch 2 noch durch 3 teilbar. Dies besagt dasselbe wie: n ist nicht durch 2 und auch nicht durch 3 teilbar [Bearbeiten]
Die Verneinung der Äquivalenz - die
Antivalenz
oder Kontravalenz
<math>A<math> <math>B<math> <math>neg(A Leftrightarrow B)<math> falsch falsch falsch falsch wahr wahr wahr falsch wahr wahr wahr falsch Durch die Verneinung einer Äquivalenz-Aussage <math>A Leftrightarrow B<math> erhält man eine Antivalenz-Aussage <math>neg(A Leftrightarrow B) <math>.In Englisch und in der Schaltalgebra schreibt man dafür A XOR B (eXclusiv-or)
Sprechweisen: Aussage A ist antivalent zu Aussage B
Aussage A ist kontravalent zu Aussage B
wenn entweder nur A oder nur B wahr ist
Entweder es gilt Aussage A oder es gilt Aussage B. Antivalenz ist dann gegeben
oder n ist nicht durch 6 teilbar. Heute ist entweder Dienstag oder Mittwoch. [Bearbeiten]
Angewandt auf die Beispiele: Die ganze Zahl n ist entweder durch 2 und durch 3 teilbar
Die Begriffe "notwendig" und "hinreichend"
Betrachten wir die Implikation <math>ARightarrow B<math> Man sagt: B ist notwendig für A
Ohne B kann A nicht erfüllt sein
Ferner ist A hinreichend für B
Es reicht aus
dass A wahr ist
Dann ist auch B wahr
Beispiel 1: Ist n durch 6 teilbar
dann ist n auch durch 3 teilbar. Teilbarkeit durch 3 ist notwendig für die Teilbarkeit von 6
Wenn n nicht durch 3 teilbar ist
dann kann n auch nicht durch 6 teilbar sein
Teilbarkeit durch 6 ist hinreichend für die Teilbarkeit durch 3
dass n auch durch 3 teilbar ist
dass n durch 6 teilbar ist
Wenn man weiß
dann reicht dies aus
um zu wissen
dennoch nicht hinreichend für die Teilbarkeit durch 6
Teilbarkeit durch 3 ist zwar notwendig
hat x ein Auto. Man muss Besitzer eines Autos sein
d.h. es ist notwendig
9 ist durch 3 teilbar (notwendige Bedingung erfüllt) und 9 ist nicht teilbar durch 6. Beispiel 2: Wenn x einen BMW hat
um überhaupt einen BMW besitzen zu können
kann man nicht gleichzeitig einen BMW haben
da man ja andernfalls ein Auto hätte
Hat man kein Auto
der Besitzer eines BMW zu sein
wenn n durch 3 teilbar und gerade ist. Die Aussage "n ist durch 3 teilbar und n ist gerade" ist notwendig und hinreichend für die Teilbarkeit durch 6. Mehr über "notwendig" und "hinreichend" (http://www.ct-webspace.de/notwendigHinreichend/notwendigHinreichend.html) [Bearbeiten]
um mit Wahrheit sagen zu können
Es ist allerdings hinreichend
man habe ein Auto. Beispiel 3: n ist genau dann durch 6 teilbar
Formaler Zugang
[Bearbeiten]
Einleitung
was das soll
Spätestens beim lauten Lesen von Sätzen wie: "Die Aussage A∧B ist genau dann wahr
wird der selbstbewusste Laie verlangen
dass ihm erklärt wird
wenn die Aussagen A und B wahr sind"
Sicherheit in die Regeln des logischen Schließens zu bringen
Die Antwort des Logikers: Es soll versucht werden
dass scheinbar zwingende Schlüsse zu offensichtlich absurden Ergebnisse führen können
Seit den Sophisten ist dem Abendland klar
Immer wieder wurden Paradoxien formuliert und von großen Denkern als Herausforderung empfunden
Logiker versuchen deshalb
die Regeln des Argumentierens so streng wie möglich zu fassen
dass hierzu eine Trennung der Sprachebenen unerlässlich ist: Die formale Aussage A∧B soll dadurch erklärt werden
Das einleitende Beispiel macht klar
dass auf einer metasprachlichen Ebene über die Aussage A wie auch über die Aussage B geredet wird
Ein Versuch dies durchzuführen
die Aussagenlogik als formales System zu definieren
besteht darin
Die Begriffe "wahr" und "falsch" kommen in diesem System zunächst überhaupt nicht vor
Statt dessen werden Axiome gesetzt
aus denen weitere "herleitbare" Zeichenketten aufgrund von bestimmten Schlussregeln hergeleitet werden
die einfach als Zeichenketten angesehen werden
dass in einem formalen System nur Zeichenketten (Sätze) hergeleitet werden können
die bei einer plausiblen Interpretation auch wahr sind
Natürlich ist das Ziel dabei
Andererseits sollen alle Sätze
auch hergeleitet werden können
die als "wahr" interpretierbar sind
das zweite die nach Vollständigkeit des formalen Systems
Das erste ist die Forderung nach Konsistenz
mit der wir es hier zu tun haben
Bei der klassischen Aussagenlogik
ist dieses Problem gelöst
Das hängt damit zusammen
dass sich auf dieser Ebene der Logik auch keine Paradoxien formulieren lassen. [Bearbeiten]
Syntax
wedge
(
neg
) } = empty<math> Nenne V die Menge der atomaren Formeln
Formale Definition aussagenlogischer Formeln Sei V eine abzählbare unendliche Menge mit der Eigenschaft: <math>V cap { vee
(
) }<math>und induktiv definiert: alle atomaren Formeln <math>F in V<math> sind Formeln ist F eine Formel
neg
so sind auch <math>(F wedge G) <math> und <math>(F vee G)<math> Formeln keine anderen Wörter (die sich nicht über diese Definition herleiten lassen) sind aussagenlogische Formeln <math> neg F<math> heißt Negation von F <math>(F wedge G) <math> heißt Konjunktion (und) von F und G <math>(F vee G)<math> heißt Disjunktion (oder) von F und G [Bearbeiten]
so ist auch <math> neg F<math> eine Formel sind F und G zwei Formeln
Eine aussagenlogische Formel wird definiert als Wort über dem Alphabet <math>V cup { vee
wedge
Abkürzungen
<math>(F_1 rightarrow F_2) = ( neg F_1 vee F_2 )<math> (Implikation oder Subjunktion wenn ... dann...
dass diese Äquivalenz bei der intuitionistischen Interpretation der Subjunktion nicht gilt! Siehe auch Dialogische Logik) <math>(F_1 leftrightarrow F_2) = ( F_1 wedge F_2 ) vee ( neg F_1 wedge neg F_2 ) <math> (Äquivalenz oder Bisubjunktion ... genau dann wenn ...) [Bearbeiten]
wobei zu berücksichtigen ist
Semantik/Aussagen
die als wahr oder falsch bestimmt werden können
Als Aussagen gelten Sätze
Diese werden als logische Aussagen bezeichnet
d.h. dem Schließen von Voraussetzungen (Prämissen) auf eine Schlussfolgerung (Konklusion)
Die Aussagenlogik beschäftigt sich mit dem korrekten Folgern
In der klassischen Aussagenlogik muss der Aussage dabei entweder wahr oder falsch zugeordnet werden
tertium non datur). Es können auch aussagenlogische Sprachen definiert werden
die mit weniger Operatoren arbeiten
d.h. es gibt nur zwei Werte (Zweiwertigkeitsprinzip
um alle booleschen Funktionen nachbilden zu können
d.h. die vorhandenen Operatoren müssen mächtig genug sein
Eine solche Sprache muss funktional vollständig sein
die negierte Konjunktion) und NOR (Nicht-Oder
die negierte Disjunktion)
Es gibt zwei Operatoren
mit denen alleine schon eine Aussagenlogik definiert werden kann: NAND (Nicht-Und
d.h. für alle Belegungen ihrer Variablen
heißen Tautologien
Aussagen
Aussagen
die für alle Belegungen falsch sind (z.B. p und ¬p)
heißen Kontradiktionen
wahr sind (z.B. p oder ¬p)
die immer
Die Aussagenlogik ist eine Ausprägung der Booleschen Algebra
Der nächste komplexere Logikformalismus ist die Prädikatenlogik. [Bearbeiten]
Erfüllbarkeit
ist für allgemeine Formeln nicht effizient lösbar
Die Feststellung
ob eine Aussage/Formel erfüllbar - oder eine Tautologie ist
Bei einer Formel mit n atomaren Formeln sind <math>2^n<math> Belegungen zu überprüfen (mittels Brute Force und Wahrheitstabellen)
Das Erfüllbarkeitsproblem ist NP-vollständig
Es gibt allerdings optimierte Algorithmen
die dieses Problem relativ schnell für Horn-Formeln oder für Formeln in KNF (Konjunktive Normalform) lösen können
Eine ausführliche Beschreibung findet sich im Artikel Erfüllbarkeitsproblem der Aussagenlogik. [Bearbeiten]
Siehe auch
Elementaraussage Prädikatenlogik Wahrheitstabelle Schlussregel Boolesche Funktion Wahrheitswertefunktion Formelsammlung Logik en:Propositional calculus et:Lauseloogika fr:Calcul des propositions hu:�téletlogika zh:形�逻辑
[X] Schliessen
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Aussagenlogik
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