Съдържание 
 

ЕКВИВАЛЕНТНИ ФОРМУЛИ

      Нека φ и ψ са формули. Ще казваме, че φ е еквивалентна на ψ (или че φ и ψ са еквивалентни), и ще пишем  φ ≡ ψ,  ако за всяка конфигурация (S,v) е изпълнено равенството  φS,v = ψS,v . Не е трудно да се забележи, че така формулираното условие е равносилно със следното изискване: винаги, когато в дадена конфигурация е вярна едната от формулите φ и ψ, в тази конфигурация да бъде вярна и другата от тях. И наистина, въпросното изискване очевидно е изпълнено, когато φ е еквивалентна на ψ в смисъла на дадената дефиниция, а пък ако споменатото изискване е изпълнено, то няма как равенството  φS,v = ψS,v  да бъде нарушено за някоя конфигурация (S,v), защото тогава някоя от двете му страни би била 1 и значи в тази конфигурация би била вярна някоя от формулите φ и ψ, откъдето обаче би следвало, че са верни и двете. Разбира се, ако формулите φ и ψ са затворени, то в условието за тяхната еквивалентност и в разглежданото равносилно на него изискване вместо конфигурации бихме могли да използваме структури.

      Пример 1. Нека φ е произволна формула. Тогава всяка от формулите  φ & φ  и  φ ∨ φ  е еквивалентна на φ.

      Пример 2. За всеки две формули φ и ψ са в сила съотношенията  φ & ψ ≡ ψ & φ  и  φ ∨ ψ ≡ ψ ∨ φ  (комутативност на конюнкцията и дизюнкцията). Проверката на това твърдение е непосредствена.

      Пример 3 За всеки три формули φ, ψ и θ са в сила съотношенията

(φ ∨ ψ) & θ ≡ (φ & θ) ∨ (φ & θ) ,   (φ & ψ) ∨ θ ≡ (φ & θ) ∨ (φ ∨ θ)    
(дистрибутивност на конюнкцията спрямо дизюнкцията и на дизюнкцията спрямо конюнкцията). При проверката фактически се използва, че за всеки три числа r, s и t от множеството {0,1} са в сила равенствата
min{max{r,s},t} = max{min{r,t},min{s,t}} ,   max{min{r,s},t} = min{max{r,t},max{s,t}} .  

      Пример 4. Нека φ е произволна формула, а ξ и η са две различни променливи. Тогава са в сила съотношенията  ∀ξ ∀η φ ≡ ∀η ∀ξ φ  и  ∃ξ ∃η φ ≡ ∃η ∃ξ φ.  Първото от тях може да се докаже, като се използва, че винаги, когато S е някоя структура, D е нейният носител и v е оценка в S на променливите, имаме равенствата

(∀ξ ∀η φ)S,v = min{(∀η φ)S,v[ξ→x] | x∈D} = min{min{φS,v[ξ→x][η→y] | y∈D}| x∈D} = min{φS,v[ξ→x][η→y] | x∈D, y∈D},
(∀η ∀ξ φ)S,v = min{(∀ξ φ)S,v[η→y] | y∈D} = min{min{φS,v[η→y][ξ→x] | x∈D}| y∈D} = min{φS,v[η→y][ξ→x] | x∈D, y∈D},
а v[ξ→x][η→y] съвпада с v[η→y][ξ→x] при всеки избор на x и y в D.  Второто от съотношенията се доказва по аналогичен начин.

      Пример 5. Всеки две тъждествено верни формули са еквивалентни. Еквивалентни са и всеки две неизпълними формули.

      Отношението еквивалентност има следните свойства, където  φ, ψ, θ и χ са произволни формули, а ξ е произволна променлива:
        а)  φ ≡ φ;
        б)  ако  φ ≡ ψ,  то  ψ ≡ φ;
        в)  ако  φ ≡ ψ  и  ψ ≡ θ,  то  φ ≡ θ;
        г)  ако  φ ≡ θ и ψ ≡ χ,  то  φ & ψ ≡ θ & χ  и  φ ∨ ψ ≡ θ ∨ χ;
        д)  ако  φ ≡ ψ,  то  ¬ φ ≡ ¬ ψ,  ∀ξ φ ≡ ∀ξ ψ  и  ∃ξ φ ≡ ∃ξ ψ;
        е)  ¬ (φ & ψ) ≡ ¬ φ ∨ ¬ ψ,  ¬ (φ ∨ ψ) ≡ ¬ φ & ¬ ψ;
        ж)  ¬ ¬ φ ≡ φ,  ¬ ∀ξ φ ≡ ∃ξ ¬ φ,  ¬ ∃ξ φ ≡ ∀ξ ¬ φ;
        з)  ∀ξ φ & ∀ξ ψ ≡ ∀ξ (φ & ψ),  ∃ξ φ ∨ ∃ξ ψ ≡ ∃ξ (φ ∨ ψ);
        и)  ако ξ не е свободна променлива на θ, то всяка от формулите  ∀ξ θ  и  ∃ξ θ  е еквивалентна на θ.;
        й)  ако ξ не е свободна променлива на φ, то

φ & ∀ξ ψ ≡ ∀ξ (φ & ψ),    φ & ∃ξ ψ ≡ ∃ξ (φ & ψ);
φ ∨ ∀ξ ψ ≡ ∀ξ (φ ∨ ψ),    φ ∨ ∃ξ ψ ≡ ∃ξ (φ ∨ ψ);
        к)  ако ξ не е свободна променлива на ψ, то
∀ξ φ & ψ ≡ ∀ξ (φ & ψ),    ∃ξ φ & ψ ≡ ∃ξ (φ & ψ);
∀ξ φ ∨ ψ ≡ ∀ξ (φ ∨ ψ),    ∃ξ φ ∨ ψ ≡ ∃ξ (φ ∨ ψ).
      Свойствата а) – в) следват непосредствено от дефиницията за еквивалентност на формули. За проверката на останалите от горните свойства се използват още и съответните дефиниционни равенства за семантиката на формулите. Например второто равенство от свойството ж) може да се докаже, като се използва, че винаги, когато S е някоя структура, D е нейният носител и v е оценка в S на променливите, имаме равенствата
(¬ ∀ξ φ)S,v = 1 − (∀ξ φ)S,v = 1 − min{φS,v[ξ→d] | d∈D} = max{1 − φS,v[ξ→d] | d∈D} = max{(¬ φ)S,v[ξ→d] | d∈D} = (∃ξ ¬ φ)S,v.
В твърдението и) се убеждаваме, като забележим, че ако ξ не е свободна променлива на θ, то за всяка структура S, всяка оценка v в S на променливите и всеки елемент d на носителя на S е в сила равенството
θS,v[ξ→d] = θS,v
(понеже оценките v[ξ→d] и v съвпадат за свободните променливи на θ). За да докажем пък второто равенство от свойството й) при направеното там предположение за ξ и φ, използваме, че винаги, когато S е някоя структура, D е нейният носител и v е оценка в S на променливите, имаме равенствата
(φ & ∃ξ ψ)S,v = min{φS,v, (∃ξ ψ)S,v} = min{φS,v, max{ψS,v[ξ→d] | d∈D}} = max{min{φS,v, ψS,v[ξ→d]}}| d∈D} = max{min{φS,v[ξ→d], ψS,v[ξ→d]}}| d∈D} = max{(φ & ψ)S,v[ξ→d] | d∈D} = (∃ξ (φ & ψ))S,v
(във верността на третото от тези равенства можем да се убедим, като разгледаме поотделно случая, когато лявата му страна е равна на числото φS,v, и случая, когато тя е различна от това число).

      Забележка 1. Първите и последните равенства от свойствата й) и к) могат да се получат и от свойствата ж) и и), като се използват заедно със свойствата а) – г).

      Забележка 2. Свойството к) може да се получи и от свойството й), като се използва пример 2 заедно със свойствата а) – д).

Последно изменение: 2.06.2009 г.