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論理と真理値表の基本md 9c08456
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論理ろんり真理値表しんりちひょう基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_2bb9ffe502ca066c76b46a32ec010508description命題論理の結合子、真理値表、論理同値、含意と必要十分条件を日英両言語で体系的に説明する。prerequisites離散数学への導入 / 条件文の読み方 / 表の読み取りtype講義statusactiverelateddata/lecture/information/discrete-math/introduction-to-discrete-mathematics.lecture.n.md / data/lecture/information/discrete-math/sets-and-maps-basics.lecture.n.md / data/lecture/information/programming/introduction-to-programming.lecture.n.md
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1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、命題めいだいから複合命題ふくごうめいだい構成こうせいする論理結合子ろんりけつごうし定義ていぎし、真理値表しんりちひょうによって論理式ろんりしき性質せいしつ判定はんていする方法ほうほう説明せつめいする。とくに、含意がんい方向ほうこう必要条件ひつようじょうけん十分条件じゅうぶんじょうけん対応たいおう明確めいかくにする。

2命題めいだい真理値しんりち

命題めいだいProposition とは、しんまたはのいずれかに確定かくていする平叙文へいじょぶんである。命題めいだいしんであることを Tであることを F表記ひょうきし、この T または F真理値しんりちtruth valueという。疑問文ぎもんぶんや、変数へんすうあたい指定していしなければ真偽しんぎ確定かくていしないぶんは、そのままでは命題めいだいではない。

3論理結合子ろんりけつごうし

P,Q命題めいだいとする。

  • 否定ひていnegation [PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P は、P反対はんたい真理値しんりちをもつ。
  • 論理積ろんりせきconjunction PQ は、P,Q がともにしんであるとき、かつそのときにかぎしんである。
  • 論理和ろんりわdisjunction PQ は、P,Qすくなくとも一方いっぽうしんであるとき、かつそのときにかぎしんである。したがって、ここでの「または」は両方りょうほうしんである場合ばあいふくむ。
  • 含意がんいimplication PQ は、PしんQである場合ばあいかぎである。P前件ぜんけんQ後件こうけんという。
  • 同値どうちbiconditional PQ は、P,Q真理値しんりち一致いっちするとき、かつそのときにかぎしんである。

4真理値表しんりちひょう

真理値表しんりちひょうTruth table とは、構成要素こうせいようそとなる命題めいだい真理値しんりちのすべての組合くみあわせについて、論理式ろんりしき真理値しんりち列挙れっきょしたひょうである。ふたつの命題めいだいからなる基本的きほんてき論理式ろんりしきは、つぎひょう定義ていぎされる。

\begin{array}{c|c|c|c|c|c} P&Q&P\land Q&P\lor Q&P\to Q&P\leftrightarrow Q\\ \hline \mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}\\ \mathrm{T}&\mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{F}&\mathrm{F}\\ \mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{F}\\ \mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{T} \end{array}

PQ について、前件ぜんけん Pであるふたつのぎょうでは含意がんいしんである。これは、PQ因果関係いんがかんけい主張しゅちょうする表現ひょうげんではなく、「Pしんなのに Qとなる反例はんれい存在そんざいしない」という条件じょうけんだからである。

5恒真式こうしんしき矛盾式むじゅんしき論理同値ろんりどうち

恒真式こうしんしきTautology とは、構成要素こうせいようそ真理値しんりちにかかわらずつねしんとなる論理式ろんりしきである。矛盾式むじゅんしきContradiction とは、つねとなる論理式ろんりしきである。たとえば、P[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P恒真式こうしんしきであり、P[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P矛盾式むじゅんしきである。

ふたつの論理式ろんりしき A,B が、すべての真理値しんりち割当わりあてにおいて同一どういつ真理値しんりちをもつとき、AB論理同値ろんりどうちlogically equivalentであるといい、AB表記ひょうきする。これは、AB恒真式こうしんしきであることと同値どうちである。れいとして、含意がんい

PQ[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]PQ

変形へんけいできる。

6含意がんい方向ほうこう必要十分条件ひつようじゅうぶんじょうけん

PQ において、PQ十分条件じゅうぶんじょうけんsufficient conditionであり、QP必要条件ひつようじょうけんnecessary conditionである。すなわち、P成立せいりつQ成立せいりつ保証ほしょうし、P成立せいりつするためには Q必要ひつようである。

QPPQぎゃくconverseであり、一般いっぱんにはもと含意がんいから導出どうしゅつできない。これにたいし、[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]Q[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P対偶たいぐうcontrapositiveであり、

PQ[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]Q[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P

成立せいりつする。変数へんすうふく条件じょうけん P(x),Q(x) について、考察対象こうさつたいしょうのすべての xP(x)Q(x)Q(x)P(x)成立せいりつするとき、P(x)Q(x)恒真こうしんとなり、P(x)Q(x)必要十分条件ひつようじゅうぶんじょうけんnecessary and sufficient conditionである。単一たんいつ真理値割当しんりちわりあてふたつの含意がんいがともにしんであることだけでは、この関係かんけい導出どうしゅつできない。

7れい

整数せいすう nたいし、P(n) を「n は 4 の倍数ばいすうである」、Q(n) を「n偶数ぐうすうである」とする。P(n),Q(n)n指定していするまで命題めいだいではなく、整数せいすう真理値しんりち対応たいおうさせる述語じゅつごpredicateである。すべての整数せいすう n について P(n)Q(n)成立せいりつするため、「4 の倍数ばいすうであること」は「偶数ぐうすうであること」の十分条件じゅうぶんじょうけんである。一方いっぽうQ(2)しんP(2)であるため、n=2Q(n)P(n)反例はんれいである。

8要点ようてん

  • 論理結合子ろんりけつごうし意味いみは、自然言語しぜんげんご印象いんしょうではなく真理値表しんりちひょうによって確定かくていする。
  • 恒真式こうしんしき矛盾式むじゅんしきは、それぞれすべてのぎょうしんまたはとなる論理式ろんりしきである。
  • 論理同値ろんりどうちは、すべての真理値しんりち割当わりあてにおける一致いっち意味いみする。
  • PQ では P十分条件じゅうぶんじょうけんQ必要条件ひつようじょうけんであり、ぎゃく対偶たいぐう混同こんどうしてはならない。

9関連かんれんリンク

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Logic and Truth Tables: Fundamentals

1Introduction

This lecture defines the logical connectives used to construct compound propositions and explains how truth tables determine properties of logical formulas. In particular, it clarifies the direction of implication and the roles of necessary and sufficient conditions.

2Propositions and Truth Values

A {proposition} is a declarative sentence that has exactly one of the two truth values: true or false. We write T when a proposition is true and F when it is false. A question, or a sentence whose truth cannot be determined until a variable is specified, is not itself a proposition.

3Logical Connectives

Let P and Q be propositions.

  • The {negation} [PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P has the truth value opposite to that of P.
  • The {conjunction} PQ is true if and only if both P and Q are true.
  • The {disjunction} PQ is true if and only if at least one of P and Q is true. Thus, this inclusive “or” includes the case in which both propositions are true.
  • The {implication} PQ is false if and only if P is true and Q is false. We call P the antecedent and Q the consequent.
  • The {biconditional} PQ is true if and only if P and Q have the same truth value.

4Truth Tables

A {truth table} lists the truth value of a logical formula for every assignment of truth values to its component propositions. The basic formulas involving two propositions are defined by the following table.

\begin{array}{c|c|c|c|c|c} P&Q&P\land Q&P\lor Q&P\to Q&P\leftrightarrow Q\\ \hline \mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{T}\\ \mathrm{T}&\mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{F}&\mathrm{F}\\ \mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{T}&\mathrm{F}\\ \mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{F}&\mathrm{T}&\mathrm{T} \end{array}

For PQ, the implication is true in both rows in which the antecedent P is false. This convention reflects that PQ is not an assertion of causation; instead, it states that there is no counterexample in which P is true while Q is false.

5Tautologies, Contradictions, and Logical Equivalence

A {tautology} is a formula that is true under every assignment of truth values. A {contradiction} is a formula that is false under every assignment. For example, P[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P is a tautology, whereas P[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P is a contradiction.

Two formulas A and B are {logically equivalent}, written AB, if they have the same truth value under every assignment. Equivalently, AB is a tautology. For example, implication satisfies

PQ[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]PQ.

6Direction of Implication and Necessary and Sufficient Conditions

In PQ, P is a {sufficient condition} for Q, and Q is a {necessary condition} for P. That is, the truth of P guarantees the truth of Q, and Q must be true whenever P is true.

The statement QP is the {converse} of PQ and, in general, does not follow from the original implication. In contrast, [PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]Q[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P is its {contrapositive}, and

PQ[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]Q[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"neg\")")]P.

For conditions P(x) and Q(x) containing a variable, if both P(x)Q(x) and Q(x)P(x) hold for every object x under consideration, then P(x)Q(x) is a tautology, and P(x) is a {necessary and sufficient condition} for Q(x). The fact that both implications are true under one particular truth-value assignment does not establish this relationship.

7Example

For an integer n, let P(n) mean “n is divisible by 4,” and let Q(n) mean “n is even.” Until n is specified, P(n) and Q(n) are not propositions; they are {predicates} that assign truth values to integers. The implication P(n)Q(n) holds for every integer n, so divisibility by 4 is sufficient for being even. In contrast, Q(2) is true and P(2) is false, so n=2 is a counterexample to Q(n)P(n).

8Key Points

  • The meanings of logical connectives are determined by truth tables, not by informal impressions of natural-language expressions.
  • A tautology is true in every row of its truth table, whereas a contradiction is false in every row.
  • Logical equivalence means agreement under every assignment of truth values.
  • In PQ, P is sufficient and Q is necessary; the converse must not be confused with the contrapositive.

9Related Links

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