Ximath
دروس هذا المستوى

الأولى باك علوم تجريبية

الدرس 01

مبادئ المنطق

القضايا والدوال القضوية، المكمّمات، النفي والفصل والعطف، الاستلزام والتكافؤ، والقوانين المنطقية وأنواع الاستدلال.

سلسلة التمارين 01 — سلسلة تطبيقات: مبادئ المنطق

Ⅰ. القضايا والدوال القضوية

تصنيف العبارات الرياضية

عبارات رياضيةصحيحخاطئلا يمكن تحديد صدقهليس له معنى
15×215\times 2
12×3+4=2012\times 3+4=20
−6∉N-6\notin\mathbb{N}
22 جذر لكثيرة الحدود P(x)=x2−x−2P(x)=x^{2}-x-2
كل عدد فردي عدد أوّلي
(x∈Z): x+5≥0(x\in\mathbb{Z}):\ x+5\geq 0
ليكن xx و yy من Z\mathbb{Z}، لدينا 2x−y=12x-y=1

تعريف

  • القضية (أو العبارة) جملة أو تعبير له معنى ويكون إما صحيحاً وإما خاطئاً، دون أن يكون الاثنين معاً. نرمز غالباً لقضية بالأحرف PP أو QQ أو RR …
  • نسمّي دالة قضوية كل عبارة تحتوي على متغيّر (أو عدة متغيّرات) من مجموعة؛ وتصير قضية كلما عوّضنا المتغيّر بعنصر من هذه المجموعة.

أمثلة

  • «العدد 20222022 زوجي» قضية صحيحة.
  • «كل مربّع متوازي أضلاع» قضية صحيحة.
  • «كل عدد زوجي يقبل القسمة على 44» قضية خاطئة.
  • «x+y=zx+y=z» ليست قضية.
  • «P(x): x∈R, x2−x<0P(x):\ x\in\mathbb{R},\ x^{2}-x<0» دالة قضوية. P(0)P(0) قضية خاطئة لكن P ⁣(12)P\!\left(\frac{1}{2}\right) قضية صحيحة.
  • «P(n,m): n+m=10P(n,m):\ n+m=10 مع n,m∈Nn,m\in\mathbb{N}» دالة قضوية. P(4;6)P(4{;}6) قضية صحيحة لكن P(2;7)P(2{;}7) قضية خاطئة.

تطبيق ①

حدّد صدق كل من القضايا التالية:

P: "(73)2=73"P:\ "\left(\frac{\sqrt{7}}{\sqrt{3}}\right)^{2}=\frac{7}{3}"
Q: "3+5×3−5∈N"Q:\ "\sqrt{3}+\sqrt{5}\times\sqrt{3}-\sqrt{5}\in\mathbb{N}"
  • RR: «المعادلة x2−3x+5=0x^{2}-3x+5=0 تقبل حلّين في R\mathbb{R}».

Ⅱ. المكمّمات

قضيةصحيحخاطئ
مربّع كل عدد حقيقي موجب أو معدوم
يوجد عدد حقيقي أصغر قطعاً من 11
كل عدد حقيقي عشري
المعادلة x2=0x^{2}=0 تقبل حلاً حقيقياً وحيداً

تظهر القضايا السابقة على شكل جمل، ويمكن كتابتها باستعمال الرموز. إذا رمزنا لـ «لكل» أو «مهما يكن» بالرمز ∀\forall ولـ «يوجد على الأقل» بالرمز ∃\exists، فإن القضية الأولى من الجدول تصير (∀x∈R): x2≥0(\forall x\in\mathbb{R}):\ x^{2}\geq 0 والثانية (∃x∈R): x<1.(\exists x\in\mathbb{R}):\ x<1. يُسمّى الرمزان ∀\forall و ∃\exists المكمّمات.

قضيةقضية باستعمال المكمّمات
كل الأعداد الصحيحة الطبيعية موجبة
(∃x∈R): x2=−1(\exists x\in\mathbb{R}):\ x^{2}=-1
المعادلة 3x−2=03x-2=0 تقبل حلاً حقيقياً
كل عدد حقيقي عشري
(∀x∈R): x2−x+1>0(\forall x\in\mathbb{R}):\ x^{2}-x+1>0
لكل حقيقي xx، يوجد على الأقل عدد صحيح طبيعي nn بحيث x<n+1x<n+1
(∀m∈N)(∃n∈N): m=2n(\forall m\in\mathbb{N})(\exists n\in\mathbb{N}):\ m=2n

تعريف

لتكن P(x)P(x) دالة قضوية حيث xx عنصر من مجموعة E.E.

  • إذا كانت P(x)P(x) صحيحة لكل عنصر من EE نكتب: (∀x∈E): P(x).(\forall x\in E):\ P(x). الرمز «∀\forall» يُسمّى مكمّم كلّي ويُقرأ: «لكل» أو «مهما يكن».
  • إذا وُجد على الأقل عنصر من EE تكون من أجله P(x)P(x) صحيحة نكتب: (∃x∈E): P(x).(\exists x\in E):\ P(x). الرمز «∃\exists» يُسمّى مكمّم وجودي ويُقرأ: «يوجد».
  • إذا وُجد عنصر وحيد من EE تكون من أجله P(x)P(x) صحيحة نكتب: (∃! x∈E): P(x).(\exists!\,x\in E):\ P(x). الرمز «∃!\exists!» يُسمّى مكمّم الوجود والوحدانية ويُقرأ: «يوجد عنصر وحيد».

أمثلة

  • P: "(∀x∈R): 2x+1=0"P:\ "(\forall x\in\mathbb{R}):\ 2x+1=0" قضية خاطئة لأنّه إذا كان x=0x=0 فإن 2×0+1=02\times 0+1=0 خاطئ.
  • Q: "(∃n∈N): 2n−4=0"Q:\ "(\exists n\in\mathbb{N}):\ 2n-4=0" قضية صحيحة لأن العدد الصحيح n=2n=2 يحقّق 2n−4=0.2n-4=0.
  • R: "(∃! x∈R): x2−2x+1=0"R:\ "(\exists!\,x\in\mathbb{R}):\ x^{2}-2x+1=0" قضية صحيحة لأن 11 هو الحل الوحيد للمعادلة x2−2x+1=0.x^{2}-2x+1=0.

تطبيق ②

أعد كتابة القضايا التالية باستعمال المكمّمات المنطقية.

➢ P1P_{1} : «القيمة المطلقة لكل عدد حقيقي غير منعدم موجبة قطعاً».

➢ P2P_{2} : «يوجد على الأقل عدد حقيقي xx بحيث 2x2−3x=02x^{2}-3x=0».

➢ P3P_{3} : «المعادلة x−2x+1=0x-2\sqrt{x}+1=0 تقبل حلاً حقيقياً وحيداً».

➢ P4P_{4} : «كثيرة الحدود P(x)=x3+2x2−3x+1P(x)=x^{3}+2x^{2}-3x+1 تقبل على الأقل جذراً».

➢ P5P_{5} : «لكل عدد حقيقي xx، يوجد عدد صحيح وحيد NN بحيث N≤x<N+1N\leq x<N+1».

➢ P6P_{6} : «يوجد عدد صحيح مضاعف لجميع الأعداد الأخرى».

ملاحظة

✓ يمكن عكس مكمّمين كلّيين أو مكمّمين وجوديين. ✓ لا يمكن عموماً عكس مكمّم وجودي مع مكمّم كلّي.

أمثلة

  • القضيتان
(∀x∈R)(∀y∈R): x+y=2(\forall x\in\mathbb{R})(\forall y\in\mathbb{R}):\ x+y=2

و

(∀y∈R)(∀x∈R): x+y=2(\forall y\in\mathbb{R})(\forall x\in\mathbb{R}):\ x+y=2

لهما نفس قيمة الصدق.

  • القضيتان
(∃x∈R)(∀y∈R): x+y=2(\exists x\in\mathbb{R})(\forall y\in\mathbb{R}):\ x+y=2

و

(∀y∈R)(∃x∈R): x+y=2(\forall y\in\mathbb{R})(\exists x\in\mathbb{R}):\ x+y=2

ليس لهما نفس قيمة الصدق. الأولى خاطئة والثانية صحيحة.

تطبيق ③

حدّد قيمة صدق كل من القضايا التالية:

P1: "(∃x∈R): x2+x−1=0"P_{1}:\ "(\exists x\in\mathbb{R}):\ x^{2}+x-1=0"
P2: "(∀x∈R): x2+3x+7<0"P_{2}:\ "(\forall x\in\mathbb{R}):\ x^{2}+3x+7<0"
P3: "(∀x∈R)(∃y∈R): x≤y"P_{3}:\ "(\forall x\in\mathbb{R})(\exists y\in\mathbb{R}):\ x\leq y"
P4: "(∃y∈R)(∀x∈R): x≤y"P_{4}:\ "(\exists y\in\mathbb{R})(\forall x\in\mathbb{R}):\ x\leq y"
P5: "(∀y∈R)(∀x∈R): x≤y"P_{5}:\ "(\forall y\in\mathbb{R})(\forall x\in\mathbb{R}):\ x\leq y"
P6: "(∀x∈R)(∀y∈R): x≤y"P_{6}:\ "(\forall x\in\mathbb{R})(\forall y\in\mathbb{R}):\ x\leq y"

Ⅲ. نفي قضية

تعريف

نفي قضية PP، ونرمز له بـ P‾\overline{P} أو ¬P\neg P، هو القضية الصحيحة إذا كانت PP خاطئة والخاطئة إذا كانت PP صحيحة.

جدول صدق النفي

PPP‾\overline{P}
V\mathrm{V}F\mathrm{F}
F\mathrm{F}V\mathrm{V}

أمثلة

  • نفي القضية 3>23>2 هو 3≤2.3\leq 2.
  • نفي القضية (−2)2=−4(-2)^{2}=-4 هو (−2)2≠−4.(-2)^{2}\neq -4.
  • نفي القضية −3∈N-3\in\mathbb{N} هو −3∉N.-3\notin\mathbb{N}.

خاصية

  • نفي القضية «(∀x∈E): P(x)(\forall x\in E):\ P(x)» هو «(∃x∈E): P‾(x)(\exists x\in E):\ \overline{P}(x)».
  • نفي القضية «(∃x∈E): P(x)(\exists x\in E):\ P(x)» هو «(∀x∈E): P‾(x)(\forall x\in E):\ \overline{P}(x)».
  • نفي القضية «(∀x∈E)(∃y∈E): P(x,y)(\forall x\in E)(\exists y\in E):\ P(x,y)» هو: «(∃x∈E)(∀y∈E): P‾(x,y)(\exists x\in E)(\forall y\in E):\ \overline{P}(x,y)».
  • نفي القضية «(∃x∈E)(∀y∈E): P(x,y)(\exists x\in E)(\forall y\in E):\ P(x,y)» هو: «(∀x∈E)(∃y∈E): P‾(x,y)(\forall x\in E)(\exists y\in E):\ \overline{P}(x,y)».

ملاحظة

✓ القضيتان PP و P‾‾\overline{\overline{P}} لهما نفس قيمة الصدق. ✓ ولدينا الجدول التالي:

الرمز>><<≥\geq≤\leq==∈\in
نفيه≤\leq≥\geq<<>>≠\neq∉\notin

أمثلة

  • (∀x∈R): x≥1(\forall x\in\mathbb{R}):\ x\geq 1 نفيها (∃x∈R): x<1(\exists x\in\mathbb{R}):\ x<1
  • (∃n∈N): n∈N(\exists n\in\mathbb{N}):\ \sqrt{n}\in\mathbb{N} نفيها (∀n∈N): n∉N(\forall n\in\mathbb{N}):\ \sqrt{n}\notin\mathbb{N}
  • (∀x∈R): x2+x+1≥0(\forall x\in\mathbb{R}):\ x^{2}+x+1\geq 0 نفيها (∃x∈R): x2+x+1<0(\exists x\in\mathbb{R}):\ x^{2}+x+1<0
(∀n∈N)(∃m∈N): m≥n(\forall n\in\mathbb{N})(\exists m\in\mathbb{N}):\ m\geq n

نفيها (∃n∈N)(∀m∈N): m<n(\exists n\in\mathbb{N})(\forall m\in\mathbb{N}):\ m<n

تطبيق ④

أتمم الجدول التالي:

القضية PPالنفي P‾\overline{P}
(∀x∈R): x2+2x+1≥0(\forall x\in\mathbb{R}):\ x^{2}+2x+1\geq 0
(∀x∈N): x2−2x<0(\forall x\in\mathbb{N}):\ x^{2}-2x<0
(∀x∈Q): x∉Q(\forall x\in\mathbb{Q}):\ \sqrt{x}\notin\mathbb{Q}
(∃x∈R): x∈Q(\exists x\in\mathbb{R}):\ x\in\mathbb{Q}
(∃x∈N): x(\exists x\in\mathbb{N}):\ x زوجي
(∃x∈N)(∀y∈N): x<y(\exists x\in\mathbb{N})(\forall y\in\mathbb{N}):\ x<y
(∀x∈Z)(∃y∈Z): x−y=3(\forall x\in\mathbb{Z})(\exists y\in\mathbb{Z}):\ x-y=3
كل مثلث قائم الزاوية
(∀x∈Q)(∀y∈Z): x×y∈Z(\forall x\in\mathbb{Q})(\forall y\in\mathbb{Z}):\ x\times y\in\mathbb{Z}

Ⅳ. الفصل والعطف

تعريف — الفصل

فصل قضيتين PP و QQ هو القضية الصحيحة إذا كانت إحداهما على الأقل صحيحة؛ نرمز له بـ PP أو QQ أو P∨Q.P\vee Q.

جدول صدق PP أو QQ

PPQQPP أو QQ
V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
V\mathrm{V}F\mathrm{F}V\mathrm{V}
F\mathrm{F}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
F\mathrm{F}F\mathrm{F}F\mathrm{F}

أمثلة

  • القضية: (−5≥2)(-5\geq 2) أو (5≥2)(5\geq 2) صحيحة.
  • القضية: (3+2=6)(3+2=6) أو (−3≥1)(-3\geq 1) خاطئة.
  • القضية: (−5∈R)(-5\in\mathbb{R}) أو (33 يقسم 1212) صحيحة.
  • القضية: (∃x∈R): x2=−1(\exists x\in\mathbb{R}):\ x^{2}=-1 أو 2∈Q\sqrt{2}\in\mathbb{Q} خاطئة.

تعريف — العطف

عطف قضيتين PP و QQ هو القضية الصحيحة فقط إذا كانت القضيتان صحيحتين معاً؛ نرمز له بـ PP و QQ أو P∧Q.P\wedge Q.

جدول صدق (PP و QQ)

PPQQPP و QQ
V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
V\mathrm{V}F\mathrm{F}F\mathrm{F}
F\mathrm{F}V\mathrm{V}F\mathrm{F}
F\mathrm{F}F\mathrm{F}F\mathrm{F}

أمثلة

  • القضية: (−5≥2)(-5\geq 2) و (5≥2)(5\geq 2) خاطئة.
  • القضية: (3+2=6)(3+2=6) و (−3≥1)(-3\geq 1) خاطئة.
  • القضية: (−5∈R)(-5\in\mathbb{R}) و (33 يقسم 1212) صحيحة.
  • القضية: (∃x∈R): x2=−1(\exists x\in\mathbb{R}):\ x^{2}=-1 و 2∈Q\sqrt{2}\in\mathbb{Q} خاطئة.

تطبيق ⑤

حدّد قيمة صدق كل من القضايا التالية:

  • P1: (3P_{1}:\ (3 فردي)) و (3=5).(3=5).
  • P2: (4×8=20)P_{2}:\ (4\times 8=20) أو (1010 زوجي).
  • P3: (9−3=6)P_{3}:\ (9-3=6) و (−1∈Z).(-1\in\mathbb{Z}).
  • P4: (−4∈N)P_{4}:\ (-4\in\mathbb{N}) أو (∀x∈R: x2+1>0).(\forall x\in\mathbb{R}:\ x^{2}+1>0).

خاصية

لتكن PP و QQ قضيتين. ✓ نفي (P(P و Q)Q) هو (P‾(\overline{P} أو Q‾).\overline{Q}). ✓ نفي (P(P أو Q)Q) هو (P‾(\overline{P} و Q‾).\overline{Q}).

أمثلة

  • نفي «(0≥2)(0\geq 2) و (1+5=3)(1+5=3)» هو: «(0<2)(0<2) أو (1+5≠3)(1+5\neq 3)».
  • نفي «(5∈N)(5\in\mathbb{N}) أو (∀x∈R: x2>0)(\forall x\in\mathbb{R}:\ x^{2}>0)» هو: «(5∉N)(5\notin\mathbb{N}) و (∃x∈R: x2≤0)(\exists x\in\mathbb{R}:\ x^{2}\leq 0)».

تطبيق ⑥

انفِ القضيتين التاليتين:

P: "(∀x∈R)(∃y∈R): x≤yP:\ "(\forall x\in\mathbb{R})(\exists y\in\mathbb{R}):\ x\leq y

أو x≥y"x\geq y"

Q: "(∃x∈R)(∀y∈R): y2=xQ:\ "(\exists x\in\mathbb{R})(\forall y\in\mathbb{R}):\ y^{2}=x

و x>0"x>0"

Ⅴ. الاستلزام

تعريف

استلزام قضيتين PP و QQ هو القضية الخاطئة فقط عندما تكون PP صحيحة و QQ خاطئة. نرمز له بـ P⇒QP\Rightarrow Q ويُقرأ: PP تستلزم Q.Q.

جدول صدق P⇒QP\Rightarrow Q

PPQQP⇒QP\Rightarrow Q
V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
V\mathrm{V}F\mathrm{F}F\mathrm{F}
F\mathrm{F}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
F\mathrm{F}F\mathrm{F}V\mathrm{V}

أمثلة

  • القضية 2>1⇒2+3=−12>1\Rightarrow 2+3=-1 خاطئة.
  • القضية 3×2=9⇒5−1=203\times 2=9\Rightarrow 5-1=20 صحيحة.
  • القضية (32=9)⇒4−1=3(3^{2}=9)\Rightarrow 4-1=3 صحيحة.
  • القضية 2<0⇒2+3=52<0\Rightarrow 2+3=5 صحيحة.

خاصيات

✓ P⇒QP\Rightarrow Q تعني: إذا كانت PP صحيحة فإن QQ صحيحة. ✓ الاستلزام Q⇒PQ\Rightarrow P يُسمّى الاستلزام العكسي لـ P⇒Q.P\Rightarrow Q. ✓ لإثبات أن P⇒QP\Rightarrow Q صحيحة، نفترض أن PP صحيحة ونبيّن أن QQ صحيحة. ✓ القضيتان P⇒QP\Rightarrow Q و (P‾(\overline{P} أو Q)Q) لهما نفس قيمة الصدق.

أمثلة

  • «x=2⇒x2=4x=2\Rightarrow x^{2}=4» تعني: «إذا كان x=2x=2 فإن x2=4x^{2}=4» وهي قضية صحيحة.
  • «x2=4⇒x=2x^{2}=4\Rightarrow x=2» هو الاستلزام العكسي لـ «x=2⇒x2=4x=2\Rightarrow x^{2}=4» وهي قضية خاطئة.
  • ليكن xx عدداً حقيقياً. نبيّن أن: ∣x∣≤3⇒∣2x−4∣≤10.|x|\leq 3\Rightarrow |2x-4|\leq 10. لدينا:
∣x∣≤3⇒−3≤x≤3⇒−6≤2x≤6⇒−10≤2x−4≤2⇒−10≤2x−4≤10⇒∣2x−4∣≤10.|x|\leq 3\Rightarrow -3\leq x\leq 3\Rightarrow -6\leq 2x\leq 6\Rightarrow -10\leq 2x-4\leq 2\Rightarrow -10\leq 2x-4\leq 10\Rightarrow |2x-4|\leq 10.

إذن: ∣x∣≤3⇒∣2x−4∣≤10.|x|\leq 3\Rightarrow |2x-4|\leq 10.

تطبيق ⑦

  1. ليكن n∈N.n\in\mathbb{N}. بيّن أن nn زوجي ⇒\Rightarrow n2n^{2} زوجي.
  1. بيّن أن
(∀x∈R+): (11+x=1−x⇒x=0).(\forall x\in\mathbb{R}^{+}):\ \left(\frac{1}{1+\sqrt{x}}=1-\sqrt{x}\Rightarrow x=0\right).

تطبيق ⑧

ليكن xx و yy من R.\mathbb{R}. بيّن أن 1+xy=x+y⇒x=11+xy=x+y\Rightarrow x=1 أو y=1.y=1.

تطبيق ⑨

  1. بيّن أن
(∀x∈R): 3≤x≤5⇒14≤1x−1≤12.(\forall x\in\mathbb{R}):\ 3\leq x\leq 5\Rightarrow \frac{1}{4}\leq \frac{1}{x-1}\leq \frac{1}{2}.
  1. أ. بيّن أن
(∀a∈R)(∀b∈R): a2+b2=0⇒a=b=0.(\forall a\in\mathbb{R})(\forall b\in\mathbb{R}):\ a^{2}+b^{2}=0\Rightarrow a=b=0.

ب. استنتج

(∀x∈R+)(∀y∈R+): x+y+2=2x+2y⇒x=y=1.(\forall x\in\mathbb{R}^{+})(\forall y\in\mathbb{R}^{+}):\ x+y+2=2\sqrt{x}+2\sqrt{y}\Rightarrow x=y=1.

Ⅵ. التكافؤ والقوانين المنطقية

تعريف

تكافؤ قضيتين PP و QQ هو القضية (P⇒Q(P\Rightarrow Q و Q⇒P)Q\Rightarrow P) ونرمز له بـ P⇔QP\Leftrightarrow Q ويُقرأ «PP تكافئ QQ» أو «PP إذا وفقط إذا QQ».

  • P⇔QP\Leftrightarrow Q صحيحة فقط إذا كان لـ PP و QQ نفس قيمة الصدق.

جدول صدق P⇔QP\Leftrightarrow Q

PPQQP⇔QP\Leftrightarrow Q
V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
V\mathrm{V}F\mathrm{F}F\mathrm{F}
F\mathrm{F}V\mathrm{V}F\mathrm{F}
F\mathrm{F}F\mathrm{F}V\mathrm{V}

مثال

ليكن aa و bb عددين حقيقيين. إذا كان ab=0ab=0 فإن a=0a=0 أو b=0.b=0. وبالعكس، إذا كان a=0a=0 أو b=0b=0 فإن ab=0.ab=0. إذن لدينا التكافؤ: ab=0⇔a=0ab=0\Leftrightarrow a=0 أو b=0.b=0.

تطبيق ⑩

حدّد قيمة صدق كل من القضايا التالية:

  • P1: 3P_{1}:\ 3 فردي ⇔ 3=5.\Leftrightarrow\ 3=5.
  • P2: 4×8=20⇔10P_{2}:\ 4\times 8=20\Leftrightarrow 10 زوجي.
  • P3: −1∈Z⇔9−3=6.P_{3}:\ -1\in\mathbb{Z}\Leftrightarrow 9-3=6.
P4: −4∈N⇔(∀x∈R): x2+1>0.P_{4}:\ -4\in\mathbb{N}\Leftrightarrow (\forall x\in\mathbb{R}):\ x^{2}+1>0.

تعريف

القانون المنطقي قضية صحيحة مهما كانت قيم صدق القضايا المكوّنة لها.

مثال

لتكن PP و QQ قضيتين. نبيّن أن

¬(P⇔Q)⇔(¬P⇔Q)\neg(P\Leftrightarrow Q)\Leftrightarrow (\neg P\Leftrightarrow Q)

قانون منطقي.

PPQQP⇔QP\Leftrightarrow Q¬(P⇔Q)\neg(P\Leftrightarrow Q)¬P⇔Q\neg P\Leftrightarrow Q¬(P⇔Q)⇔(¬P⇔Q)\neg(P\Leftrightarrow Q)\Leftrightarrow (\neg P\Leftrightarrow Q)
V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}F\mathrm{F}F\mathrm{F}V\mathrm{V}
V\mathrm{V}F\mathrm{F}F\mathrm{F}V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
F\mathrm{F}V\mathrm{V}F\mathrm{F}V\mathrm{V}V\mathrm{V}V\mathrm{V}
F\mathrm{F}F\mathrm{F}V\mathrm{V}F\mathrm{F}F\mathrm{F}V\mathrm{V}

القضية

¬(P⇔Q)⇔(¬P⇔Q)\neg(P\Leftrightarrow Q)\Leftrightarrow (\neg P\Leftrightarrow Q)

صحيحة دائماً مهما كانت قيم صدق PP و Q.Q. إذن هي قانون منطقي.

تطبيق ⑪

بيّن أن القضايا التالية قوانين منطقية:

  • P⇔¬(¬P)P\Leftrightarrow \neg(\neg P)
(P⇒Q)⇔(¬Q⇒¬P)(P\Rightarrow Q)\Leftrightarrow (\neg Q\Rightarrow \neg P)
  • [P[P أو (Q(Q و R)]⇔[(PR)]\Leftrightarrow [(P أو Q)Q) و (P(P أو R)]R)]
  • ¬(P⇒Q)⇔P\neg(P\Rightarrow Q)\Leftrightarrow P و ¬Q\neg Q
  • [P[P و (Q(Q أو R)]⇔[(PR)]\Leftrightarrow [(P و Q)Q) أو (P(P و R)]R)]
  • [(P⇒Q)[(P\Rightarrow Q) و (Q⇒R)]⇒(P⇒R)(Q\Rightarrow R)]\Rightarrow (P\Rightarrow R)

Ⅶ. أنواع الاستدلال

  1. الاستدلال بمثال مضاد

مبدأ

لإثبات أن القضية «(∀x∈E): P(x)(\forall x\in E):\ P(x)» خاطئة، يكفي إثبات أن القضية (∃x∈E): P‾(x)(\exists x\in E):\ \overline{P}(x) صحيحة.

مثال

نبيّن أن «(∀x∈R): 2x−1=0(\forall x\in\mathbb{R}):\ 2x-1=0» خاطئة. يكفي بيان أن «(∃x∈R): 2x−1≠0(\exists x\in\mathbb{R}):\ 2x-1\neq 0» صحيحة. من أجل x=0x=0: 2×0−1≠0.2\times 0-1\neq 0. إذن «(∃x∈R): 2x−1≠0(\exists x\in\mathbb{R}):\ 2x-1\neq 0» صحيحة، ومنه «(∀x∈R): 2x−1=0(\forall x\in\mathbb{R}):\ 2x-1=0» خاطئة.

تطبيق ⑫

بيّن أن القضايا التالية خاطئة:

  • P1: "(∀x∈R): x+1=2"P_{1}:\ "(\forall x\in\mathbb{R}):\ x+1=2"
P2: "(∀x∈R∗): x+1x≥2"P_{2}:\ "(\forall x\in\mathbb{R}^{*}):\ x+\frac{1}{x}\geq 2"
P3: (∀a∈R+)(∀b∈R+): a+b=a+bP_{3}:\ (\forall a\in\mathbb{R}^{+})(\forall b\in\mathbb{R}^{+}):\ \sqrt{a+b}=\sqrt{a}+\sqrt{b}

  1. الاستدلال بالمقابل

مبدأ

لإثبات الاستلزام P⇒QP\Rightarrow Q، يمكن إثبات المقابل ¬Q⇒¬P\neg Q\Rightarrow \neg P الذي يكون أحياناً أبسط.

مثال

نبيّن أن

(∀x∈R+)(∀y∈R+): x≠y⇒x3+4x≠y3+4y.(\forall x\in\mathbb{R}^{+})(\forall y\in\mathbb{R}^{+}):\ x\neq y\Rightarrow x^{3}+4x\neq y^{3}+4y.

نحاول إثبات

(∀x∈R+)(∀y∈R+): x3+4x=y3+4y⇒x=y.(\forall x\in\mathbb{R}^{+})(\forall y\in\mathbb{R}^{+}):\ x^{3}+4x=y^{3}+4y\Rightarrow x=y.

لدينا

x3+4x=y3+4y⇒x3−y3+4x−4y=0⇒(x−y)(x2+xy+y2)+4(x−y)=0⇒(x−y)(x2+xy+y2+4)=0⇒x−y=0x^{3}+4x=y^{3}+4y\Rightarrow x^{3}-y^{3}+4x-4y=0\Rightarrow (x-y)(x^{2}+xy+y^{2})+4(x-y)=0\Rightarrow (x-y)(x^{2}+xy+y^{2}+4)=0\Rightarrow x-y=0

لأن x2+xy+y2+4≠0x^{2}+xy+y^{2}+4\neq 0 لكون x∈R+x\in\mathbb{R}^{+} و y∈R+.y\in\mathbb{R}^{+}. ومنه x=y.x=y.

تطبيق ⑬

  1. بيّن أن:
(∀a∈R)(∀b∈R): a+b>1⇒a>12(\forall a\in\mathbb{R})(\forall b\in\mathbb{R}):\ a+b>1\Rightarrow a>\frac{1}{2}

أو b>12.b>\frac{1}{2}.

  1. بيّن أن:
(∀x>1)(∀y>1): x≠y⇒x1+x2≠y1+y2.(\forall x>1)(\forall y>1):\ x\neq y\Rightarrow \frac{x}{1+x^{2}}\neq \frac{y}{1+y^{2}}.

  1. الاستدلال بالتكافؤات المتتالية

مبدأ

لتكن PP و RR و QQ ثلاث قضايا. الاستدلال بالتكافؤات المتتالية مبني على القانون المنطقي: [(P⇔R)[(P\Leftrightarrow R) و

(R⇔Q)]⇒(P⇔Q).(R\Leftrightarrow Q)]\Rightarrow (P\Leftrightarrow Q).

مثال

نبيّن أن

(∀a∈R)(∀b∈R): a2+b2=2ab⇔a=b.(\forall a\in\mathbb{R})(\forall b\in\mathbb{R}):\ a^{2}+b^{2}=2ab\Leftrightarrow a=b.

لدينا:

a2+b2=2ab⇔a2−2ab+b2=0⇔(a−b)2=0⇔a−b=0⇔a=b.a^{2}+b^{2}=2ab\Leftrightarrow a^{2}-2ab+b^{2}=0\Leftrightarrow (a-b)^{2}=0\Leftrightarrow a-b=0\Leftrightarrow a=b.

تطبيق ⑭

  1. بيّن أن:
(∀x≠−1)(∀y≠−1): x1+x=y1+y⇔x=y.(\forall x\neq -1)(\forall y\neq -1):\ \frac{x}{1+x}=\frac{y}{1+y}\Leftrightarrow x=y.
  1. بيّن، لكل xx من R+\mathbb{R}^{+}، أن (2x+2=1+x)⇔(x=1).(\sqrt{2x+2}=1+\sqrt{x})\Leftrightarrow (x=1).
  1. بيّن، لكل xx من [1;+∞[[1{;}+\infty[، أن x−1x≤12.\frac{\sqrt{x}-1}{x}\leq \frac{1}{2}.

تطبيق ⑮

  1. ليكن xx عدداً حقيقياً. بيّن أن: 1+x2=2⇔x=3\sqrt{1+x^{2}}=2\Leftrightarrow x=\sqrt{3} أو x=−3.x=-\sqrt{3}.
  1. بيّن أنه لكل xx من R\mathbb{R}:
∣x−1∣<12⇔25<1x+1<23.|x-1|<\frac{1}{2}\Leftrightarrow \frac{2}{5}<\frac{1}{x+1}<\frac{2}{3}.
  1. ليكن a∈[1;+∞[a\in[1{;}+\infty[ و b∈[4;+∞[.b\in[4{;}+\infty[. بيّن أن
a−1+2b−4=a+b2⇔a=2\sqrt{a-1}+2\sqrt{b-4}=\frac{a+b}{2}\Leftrightarrow a=2

و b=8.b=8.

  1. الاستدلال بفصل الحالات

مبدأ

لتكن PP و RR و QQ ثلاث قضايا. لإثبات أن [(P[(P أو Q)⇒R]Q)\Rightarrow R] نبيّن أحياناً [P⇒R[P\Rightarrow R و Q⇒R].Q\Rightarrow R].

مثال

نبيّن أن (∀x∈R): 1+x2+x>0.(\forall x\in\mathbb{R}):\ \sqrt{1+x^{2}}+x>0. — إذا كان x≥0x\geq 0 فإن 1+x2+x>0\sqrt{1+x^{2}}+x>0 لأن 1+x2>0.\sqrt{1+x^{2}}>0. — نفرض أن x<0.x<0. لدينا

1+x2>x2⇒1+x2>x2⇒1+x2>∣x∣⇒1+x2>−x⇒1+x2+x>0.1+x^{2}>x^{2}\Rightarrow \sqrt{1+x^{2}}>\sqrt{x^{2}}\Rightarrow \sqrt{1+x^{2}}>|x|\Rightarrow \sqrt{1+x^{2}}>-x\Rightarrow \sqrt{1+x^{2}}+x>0.

إذن في جميع حالات xx، 1+x2+x>0.\sqrt{1+x^{2}}+x>0. ومنه (∀x∈R): 1+x2+x>0.(\forall x\in\mathbb{R}):\ \sqrt{1+x^{2}}+x>0.

تطبيق ⑯

ليكن n∈N.n\in\mathbb{N}. بيّن أن n2+nn^{2}+n زوجي.

بيّن أن (∀x∈R): ∣x−1∣≤x2−x+1.(\forall x\in\mathbb{R}):\ |x-1|\leq x^{2}-x+1.

  1. الاستدلال بالخلف

مبدأ

لتكن PP و QQ قضيتين. الاستدلال بالخلف مبني على القانون المنطقي [P‾⇒(Q[\overline{P}\Rightarrow (Q و Q‾)]⇒P.\overline{Q})]\Rightarrow P.

مثال

ليكن nn عدداً صحيحاً طبيعياً بحيث n2n^{2} زوجي. نبيّن أن nn زوجي: نفرض أن nn فردي، إذن (∃k∈N): n=2k+1.(\exists k\in\mathbb{N}):\ n=2k+1. ومنه n2=4k2+4k+1n^{2}=4k^{2}+4k+1 فردي، وهذا يناقض كون n2n^{2} زوجياً. ومن مبدأ الاستدلال بالخلف، nn زوجي.

تطبيق ⑰

ليكن xx و yy و zz من R∗+\mathbb{R}^{*+} بحيث

x+y+z<1x+1y+1zx+y+z<\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}

و xyz>1.xyz>1. بيّن أن x≠1x\neq 1 و y≠1y\neq 1 و z≠1.z\neq 1.

  1. الاستدلال بالتراجع

مبدأ

مبدأ التراجع يسمح بإثبات أن دالة قضوية P(n)P(n) صحيحة لكل عدد صحيح طبيعي n≥n0n\geq n_{0} مع n0∈N.n_{0}\in\mathbb{N}. يتمّ البرهان بالتراجع في ثلاث مراحل:

  • التهيئة: نثبت أن P(n)P(n) صحيحة من أجل n=n0.n=n_{0}.
  • الوراثة: نأخذ n≥n0n\geq n_{0} معطى ونفترض أن P(n)P(n) صحيحة، ونبرهن أن P(n+1)P(n+1) صحيحة.
  • الخلاصة: نستنتج أنه لكل n≥n0n\geq n_{0}، P(n)P(n) صحيحة.

مثال

نبيّن أن 33 يقسم 4n−14^{n}-1 لكل n∈N.n\in\mathbb{N}. من أجل n=0n=0، 40−1=04^{0}-1=0 و 33 يقسم 0.0. إذن الخاصية صحيحة من أجل n=0.n=0. ليكن n∈Nn\in\mathbb{N}، نفترض أن 33 يقسم 4n−1.4^{n}-1. نبيّن أن 33 يقسم 4n+1−14^{n+1}-1: 4n+1−1=4×4n−1=3×4n+4n−1.4^{n+1}-1=4\times 4^{n}-1=3\times 4^{n}+4^{n}-1. بحسب فرض التراجع، يوجد عدد صحيح طبيعي kk بحيث 4n−1=3k.4^{n}-1=3k. إذن 4n+1−1=3×4n+3k=3(4n+k)=3k′4^{n+1}-1=3\times 4^{n}+3k=3(4^{n}+k)=3k' مع k′∈N.k'\in\mathbb{N}. وهذا يستلزم أن 33 يقسم 4n+1−1.4^{n+1}-1. ومن مبدأ التراجع نستنتج أن 33 يقسم 4n−14^{n}-1 (∀n∈N).(\forall n\in\mathbb{N}).

تطبيق ⑱

  1. بيّن أن (∀n∈N): 2∣5n−3n.(\forall n\in\mathbb{N}):\ 2\mid 5^{n}-3^{n}.
  1. بيّن أن
(∀n∈N): 1+2+3+…+n=n(n+1)2.(\forall n\in\mathbb{N}):\ 1+2+3+\ldots+n=\frac{n(n+1)}{2}.
  1. بيّن أن
(∀n∈N): 1+2+22+…+2n=2n+1−1.(\forall n\in\mathbb{N}):\ 1+2+2^{2}+\ldots+2^{n}=2^{n+1}-1.