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簡單命題與復合命題

至少包含一個聯結詞的命題是復合命題;否則,它是簡單命題。請考慮如下例子:

例11-7 席琳·迪翁是一名歌手,羅素·克洛是一名演員。

這是一個復合命題,它是如下兩個簡單命題的合取:

例11-8 席琳·迪翁是一名歌手。

例11-9 羅素·克洛是一名演員。

合取是5個聯結詞之一。其他4個分別是否定、析取、實質蘊涵和實質等值。對於每個聯結詞,我們引入一個符號,並且給出一條真值規則。其中,真值規則用於確定由特定聯結詞構造而成的復合命題的真值。因為與每個聯結詞相聯繫的真值規則定義了該聯結詞,所以每個聯結詞都是「真值函項聯結詞」。不過,在多數時候,我們將它們簡稱為「聯結詞」,見表11-1。

在討論每個聯結詞之前,請注意,通常只有一個聯結詞管轄一個復合命題,稱之為「主聯結詞」。我們通過識別主聯結詞來確定一個給定的命題屬於哪類復合命題:合取命題、否定命題、析取命題等。顯然,當一個命題包含多個聯結詞時,確定哪個聯結詞是主聯結詞很重要。

否定

否定是一個真值函項聯結詞,它一般被表達為 「並非」(即英文「not」),用波浪形符號「~」表示。否定能夠影響一個命題自身。即便如此,在習慣上我們也把它當作一個「聯結詞」。在日常語言中,否定可以出現在一個陳述的任意部分。當一個否定加在一個簡單命題上的時候,這個命題就成為一個復合命題。請考慮如下例子:

例11-10 羅素·克洛不是一名演員。

例11-10a ~C

在這裡,通過添加一個否定,簡單命題 「羅素·克洛是一名演員」變成了復合命題。在例11-10a中,我們用波浪形表達一個否定,用C代表被它影響的那個簡單命題。

被否定影響的命題自身也可以是復合命題。例如:

例11-11 並非火星和木星都有水。

例11-12 並非瑪麗不在圖書館。

為了表達否定的命題,否定符號通常位於被否定的東西之前。例11-12是「瑪麗不在圖書館」的否定,而「瑪麗不在圖書館」本身也是一個否定。這樣,我們就有了一個雙重否定:對本身是一個否定命題的否定。雙重否定可以用命題公式表示為:

例11-12a ~~L

因為兩個否定互相抵消,所以例11-12a在邏輯上等價於:

例11-12b L

任意包含否定的命題或者命題公式都是復合命題。如下「真值規則」定義了否定。它們也可以用於確定包含否定的命題(或命題公式)的真值。

一個否定命題為真,如果被否定的命題為假。

一個否定命題為假,如果被否定的命題為真。

當一個命題是另一個命題的邏輯否定的時候,這兩個命題不具有相同的真值:當「P」為真時,「~P」為假;當「~P」為真時,「P」為假。例如,上述命題例11-11(即「火星和木星都有水」的否定)為真,而「火星和木星都有水」為假。在如下的例子中,例11-14不是例11-13的否定,因為這兩個命題都為假。

例11-13 所有牙齒矯正醫生都是高個子。

例11-14 沒有牙齒矯正醫生是高個子。

現在,請考慮如下命題:

例11-15 有些牙齒矯正醫生不是高個子。

例11-16 有些牙齒矯正醫生是高個子。

例11-15是例11-13的否定,而例11-16是例11-14的否定。在這裡每一對命題均不可能有相同的真值。不過,邏輯上等價的命題會有相同的真值。例如,如果例11-17為真,那麼例11-18也為真。

例11-17 林肯被暗殺了。

例11-18 並非林肯沒有被暗殺。

例11-18是一種雙重否定,即它是「林肯沒有被暗殺」的否定。

注意,以「……不是真的」、「……是假的」、「……從來沒有發生過」等形式表達的命題通常是一種否定,正如在英語中包含 「in-」、「un-」和「non-」等前綴的命題一樣。例如:

例11-19 我的選舉權是不可剝奪的(inalienable)。

在這裡,「不可剝奪的」(inalienable)意味著「不是可剝奪的」(not alienable)。例11-19在邏輯上等價於:

例11-19a 我的選舉權不是可剝奪的。

同樣,因為「未婚」(unmarried)意味著「沒有結婚」(not married),所以例11-20與例11-20a在邏輯上也是等價的:

例11-20 康多莉扎·賴斯是未婚的。

例11-20a 並非康多莉扎·賴斯是結了婚的。

但是,例11-21不是一個否定:

例11-21 未婚夫婦也有獲獎資格。

在這裡,「未婚的」(unmarried)並不是用來否定整個命題的。它只影響「結婚的」(married)這個詞。

最後要注意,儘管在英語中像「miss」、「violate」、「fail」等詞語都有否定的意思,但它們不被用來表達否定。

合取

合取是一個真值函項聯結詞,可以用自然語言表達為「並且」,用符號表示為「·」。相應復合命題稱為「合取命題」。合取通常放在兩個命題之間,這兩個命題都被稱為「合取支」。合取支既可以是一個簡單命題,也可以是一個復合命題。接下來,我們來考察一些由簡單命題經過合取而構成的復合命題。

例11-22 珠穆朗瑪峰(Everest)在中國西藏,勃朗峰(Blanc)在法國。

例11-23 火星(Mars)和木星(Jupiter)都有水。

它們可以用符號表達為:

例11-22a E · B

例11-23a M · J

回憶前面的例11-11:

例11-11 並非火星和木星都有水。

表達該命題的公式是例11-11a,它用圓括號表明M和J都在否定的轄域內。

例11-11a ~(M · J)

關於圓括號和其他標點符號的使用,我們將在後面做更多闡述。現在,讓我們考慮為什麼合取是一個真值函項聯結詞。這是因為,對於一個合取命題,只要給定其合取支的真值,依據如下規則,就可以確定該合取命題的真值。

一個合取命題為真,當且僅當它的合取支都為真;否則,一個合取命題為假。

例11-22為真,因為它的兩個合取支事實上都為真。但是,如果一個合取支為真而另一個為假,或者兩個都為假,那麼相應的合取命題就為假。對於例11-23,因為我們知道它的兩個合取支都為假,所以該命題為假。同樣,下列命題也為假:

例11-24 珠穆朗瑪峰在中國西藏,但勃朗峰不在法國。

例11-25 珠穆朗瑪峰不在中國西藏,勃朗峰不在法國。

因為勃朗峰在法國,所以例11-24的第二個合取支為假,這使得該合取命題為假。因此,在一個合取命題中,「假」類似於傳染病,只要存在於一處,整個復合體就會被破壞。在例11-25中,兩個合取支都為假,因為它們都是一個真命題的否定。上述兩個命題可以用符號表示為:

例11-24a E ·~B

例11-25a ~E ·~B

另外,需要注意的是,像例11-23一樣,在日常語言中許多合取命題都是採用縮寫的形式。例如:

例11-26 羅特韋爾犬和多伯曼犬都是兇猛的狗。

上述命題在邏輯上等價於:

例11-27 羅特韋爾犬是兇猛的狗,並且多伯曼犬也是兇猛的狗。

然而,例11-28不是一個由兩個簡單命題組成的合取命題的簡寫,而是另一個簡單命題,用於描述兩種狗之間的一種特定的關係。

例11-28 羅特韋爾犬和多伯曼犬正在互相發出吠聲。

此外,還需注意的是,作為一個真值函項聯結詞,合取滿足交換律,即合取支的次序不影響相應復合命題的真值。假設例11-26為真,那麼依據相關事實,「多伯曼犬是兇猛的狗,並且羅特韋爾犬也是兇猛的狗」為真,例11-27也為真。然而,對於這一點,我們也得小心,因為有時次序需要被考慮。不過,在這種情況下合取就不是一個真值聯結詞了,例如:

例11-29 他脫了鞋,上了床鋪。

當例11-29和例11-30均為真時,所對應的事實並不完全相同:

例11-30 他上了床鋪,脫下鞋。

在這些非真值函項合取命題中,事件的次序(即合取支的次序)的確有影響。我們再觀察如下兩個例子:

例11-31 他看見她並且說「你好」。

例11-32 他說「你好」並且看見她。

最後,除了「並且」(and)之外,自然語言中還有很多表達合取的詞,包括「但是」(but)、「然而」(however、nevertheless、yet)、「也」(also)、「另外」(moreover)、「而」(while)、「即使」(even though)和「儘管」(although)等。

析取

析取也是一個滿足交換律的聯結詞,可以用自然語言表達為「或者」,用符號表示為「ˇ」。相應的復合命題稱為「析取命題」。在表達一個析取命題的時候,聯結詞通常放在兩個命題之間,這兩個命題都稱為「析取支」。析取支既可以是一個簡單命題,也可以是一個復合命題。下面是兩個析取命題(分別用自然語言和符號表示):

例11-33 羅馬在意大利(Italy),或者羅馬在芬蘭(Finland)。

例11-33a I ˇ F

例11-34 羅馬不在意大利,或者巴黎不在法國(France)。

例11-34a ~I ˇ~F

例11-33和例11-34都是析取命題,因此都是復合命題。析取是一個真值聯結詞,因為對於一個析取命題,只要給定其析取支的真值,依據如下規則,就可以確定該析取命題的真值。

一個析取命題為假,當且僅當它的析取支都為假;否則,一個析取命題為真。

依據上述規則,一個析取命題為真,該命題中至少有一個析取支為真。由此可知,例11-33為真,而例11-34為假。例11-35也是假的,因為它的兩個析取支(均為復合命題)都為假。

例11-35 或者雪地(snow)防滑輪胎在熱帶是有用的並且空調(air conditioners)在冰島是流行的,或者企鵝(Penguins)並非在寒冷中茁壯成長。

例11-35a (S · A) ˇ ~P

顯然,合取命題(S · A)為假,因為它的兩個合取支都為假;同時,~P為假,因為它是P的否定,而P為真。因為例11-35的兩個析取支都為假,依據析取的真值規則,可知例11-35為假。

除了「或者」(or)之外,析取還可以由其他自然語言來表示,如「要麼……要麼……」和「除非」等。有時,析取被嵌入到否定中(例如「既不……也不……」)。這時,否定是主聯結詞。對於上述這些情況,請看如下例子:

例11-36 她是該課程的主講教師,除非課程表錯了。

例11-36a 要麼她是該課程的主講教師,要麼課程表錯了。

例11-37是例11-37a的縮略表達:

例11-37 中央情報局和聯邦調查局都不容忍恐怖分子。

例11-37a 既非中央情報局容忍恐怖分子,也非聯邦調查局容忍恐怖分子。

因為「既不……也不……」通常用於表達一個析取的否定,所以例11-37在邏輯上等價於:

例11-38 並非「要麼中央情報局容忍恐怖分子,要麼聯邦調查局容忍恐怖分子」。

因此,例11- 37和例11-38都可以被符號化為一個析取的否定:

例11-38a ~(C ˇ F)

注意,這裡的主聯結詞是否定,不是析取。另外,例11-37和例11-38在邏輯上等值於例11-39。

例11-39 中央情報局不容忍恐怖分子,聯邦調查局也不容忍恐怖分子。

例11-39a ~C···~F

最後,一個真值函項析取是相容的,當兩個析取支可能都為真;或者是不相容的,當只有其中之一可能為真。本書著重討論相容析取,其真值規則已在前面給出。

實質條件

實質條件式是一種復合命題,又稱為「實質蘊涵式」或「條件式」。相應的真值函項聯結詞可以用自然語言表示為「如果……那麼……」,或用符號表示為「∩」。例如:

例11-40 如果瑪麗亞是執業律師,那麼她已經通過了律師資格考試。

一個條件式由兩部分構成:放在「如果」後面的是它的前件,而放在「那麼」後面的是它的後件。

實質條件是一個真值函項聯結詞,因為對於由它所產生的復合命題,只要給定其前件和後件的真值,依據如下規則,就可以確定該復合命題的真值。

一個實質條件式為假,當且僅當它的前件為真並且後件為假;否則,它為真。

因此,任意具有真後件的條件式為真,而任意具有假前件的條件式為真。

實質條件式中的兩個命題既可以是簡單命題,也可以是復合命題。它們代表一個假說關係,其中前件和後件都不是被獨立地斷定的。例11-40斷定瑪麗亞是執業律師嗎?不是。斷定她已經通過了律師資格考試了嗎?也不是。相反,在任意條件式「如果P那麼Q」中,P和Q代表這樣一種假說關係,使得P為真蘊含著Q也為真。為了質疑一個條件式,我們必須表明其前件為真並且後件為假。

注意,有時用於引出一個條件句後件的「那麼」可以被省略。另外,除「如果……那麼……」之外,自然語言的其他表述也可以用於引入條件句的前件或後件。這些表述可以出現在一個語句的後件之前、前件之前,或者它們二者之前。在下面的例子中,由雙下劃線標記的是前件,由單下劃線標記的是後件:

瑪麗亞已經通過了律師資格考試,只要她是執業律師。

假定瑪麗亞是執業律師,則她已經通過了律師資格考試。

在假設瑪麗亞是執業律師的情況下,她已經通過了律師資格考試。

瑪麗亞是執業律師,只有當她已經通過了律師資格考試。

瑪麗亞是執業律師,蘊含著她已經通過了律師資格考試。

現在我們把上述條件式用符號語言來表達。用「M·」代表「瑪麗亞是執業律師」,「E·」代表「她已經通過了律師資格考試」。如下公式表達了任何以「M·」為前件、以「E·」為後件的命題。它把「M·」放在最前面,然後是馬蹄形符號,最後面是「E·」:

例11-40a M ∩ E

在形式化的過程中,我們遵循的規則是:

為了用符號語言來表達一個條件式,我們必須先列出它的前件,後列出它的後件,無論在自然語言句子中這兩部分以何種順序出現。

依據如下術語,我們把下面的自然語言條件句翻譯為用符號語言表示的條件式:

N = 美國是一個超級大國。

I = 中國是一個超級大國。

C = 中國在其他國家有代理機構。

O = 美國在其他國家有代理機構。

例11-41 如果中國是一個超級大國,那麼中國和美國在其他國家都有代理機構。

例11-41a I ∩ (C · O)

例11-42 並非「如果美國在其他國家有代理機構,那麼它是一個超級大國」。

例11-42a ~ (O ∩ N)

例11-43 中國在其他國家有代理機構,只要美國和中國都是超級大國。

例11-43a (N · I) ∩ C

例11-44 如果美國在其他國家沒有代理機構,那麼它就不是一個超級大國。

例11-44a ~O ∩ ~N

例11-45 中國在其他國家有代理機構,蘊含著:或者它是一個超級大國,或者美國不是一個超級大國。

例11-45a C ∩ (I ˇ ~N)

例11-46 如果「或者美國在其他國家有代理機構,或者中國在其他國家有代理機構」,那麼美國和中國都不是超級大國。

例11-46a (O ˇ C) ∩ ~ (N ˇ I)

例11-47 如果美國不是一個超級大國,那麼它「或者在其他國家有代理機構,或者在其他國家沒有代理機構」。

例11-47a ~N ∩ (O ˇ ~O)

注意,「P除非Q」也可以被表達為「如果並非P那麼Q」。因此,「美國是聯合國的一個成員,除非美國拒斥聯合國憲章」,等價於「如果美國不是聯合國的一個成員,那麼美國拒斥聯合國憲章」。

充分條件和必要條件。在任意實質條件式中,前件是後件的充分條件,而後件是前件的必要條件。因此,「如果P那麼Q」的另外一種方式是:P對Q是充分的,而Q對P是必要的。某個命題P為真的一個必要條件是指事情的某種狀態:若沒有它,則P不可能為真;但若僅僅依靠它自身,則並不足以使P為真。在例11-40中,「瑪麗亞已經通過了律師資格考試」是「她是一名執業律師」的必要條件(如果她沒有通過律師資格考試,那麼她不可能是一名執業律師,儘管僅僅通過律師資格考試並不能保證她是一名執業律師)。某個命題Q為真的一個充分條件是指事情的某種狀態:僅僅依靠它自身就足以使Q為真,但它並不是使Q為真的唯一途徑。在例11-40中,「瑪麗亞是一名執業律師」是「她已經通過了律師資格考試」的充分條件(意思是前者保證了後者)。

在一個實質條件式中:

後件是前件為真的必要(但不是充分)條件。

前件是後件為真的充分(但不是必要)條件。

實質雙條件

一個實質雙條件式是一種復合命題,又稱「實質等值式」,或簡稱「雙條件式」。相應的真值函項聯結詞可以用自然語言表示為「當且僅當」,或用符號表示為「≡」。雙條件也可以用自然語言表示為其他形式,如:「恰好在……情況下」(just in case)、「等值於」(is equivalent to)、「當並且只有當……的時候」(when and only when)等,或者縮寫作「iff」。一個雙條件式的兩個部分既可以是簡單命題,也可以是復合命題。下面是一個由簡單命題構成的雙條件式,分別用自然語言和符號來表示:

例11-48 班克斯特博士是這所學院的校長,當且僅當她是該學院的首席執行官。

例11-48a B ≡ O

對於由雙條件式所產生的復合命題,它的真值取決於組成部分的真值,相應的真值規則如下:

一個實質雙條件式為真,當它的組成部分有相同的真值時成立,即它們要麼都為真、要麼都為假;否則,一個雙條件式為假。

給定上述規則,為了使得一個雙條件命題為真,組成它的命題必須具有相同的真值,即要麼兩者都為真、要麼兩者都為假。當一個雙條件式的構成部分具有不同的真值時,該雙條件式為假。例11-49~例11-51均為假,因為它們中的任何一個都描述了兩個具有不同真值的命題。

例11-49 喜馬拉雅山是一座山脈,當且僅當羅馬教皇是英國聖公會的領袖。

例11-50 倫敦在英格蘭,當且僅當波士頓在波斯尼亞。

例11-51 鸚鵡是哺乳動物,當且僅當貓是哺乳動物。

相反,以下雙條件式都為真,因為在各種情況下其組成部分都有相同的真值:

例11-52 林肯是被刺殺的,當且僅當肯尼迪是被刺殺的。

例11-53 北京是法國首都,當且僅當比爾·蓋茨是貧窮的。

例11-54 「櫟樹是樹木」與「老虎是貓科動物」在邏輯上是等值的。

在任意雙條件式中,每個組成部分既是另一部分的必要條件,也是它的充分條件。因此,在例11-48中,「班克斯特是該學院的首席執行官」既是「她是這所學院的校長」的必要條件,也是它的一個充分條件。「她是這所學院的校長」既是「她是該學院的首席執行官」的必要條件,也是它的充分條件。因此,一個雙條件式可以被理解為兩個條件式的合取。這樣,我們可以把例11-52表達為這兩種情況中的任意一種:

例11-52a L ≡ K

例11-52b (L ∩ K) · (K ∩ L)

例11-52b是兩個條件式的合取,其前件與後件互相蘊含。這就是為什麼我們把實質等值關係叫作「雙條件式」的原因。顯然,該聯結詞滿足交換律。

專欄11-1 小結:復合命題

受一個真值函項聯結詞影響的任何命題都是復合命題;否則,它是一個簡單命題。

一個復合命題的真值由如下兩個因素確定:

(1)它的組成部分的真值;

(2)與該命題中各個聯結詞相關的真值規則。

否定是唯一一個能夠影響單一命題的聯結詞。