Stéphane Devismes Pascal Lafourcade Michel Lévy. 27 Janvier Université Joseph Fourier, Grenoble I. Introduction à la logique
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1 Introduction à la logique Stéphane Devismes Pascal Lafourcade Michel Lévy Université Joseph Fourier, Grenoble I 27 Janvier 2010 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
2 Préambule Organisation 12 semaines : Cours magistral, 1h30 par semaine TD 2 * 1h30 = 3h par semaine Matériel : Poly (à trous) Sujet du projet S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
3 Préambule Planning Dates importantes Vacances hiver : du 28 février au 6 mars Partiels : 22 mars Vacances printemps : du 25 avril au 1 mai Soutenance Projet : Mardi 10 mai Examen : Semaine du 23 mai Deuxième session : Semaine du 20 juin S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
4 Préambule Note Evaluations Contrôle continu 40% : 4 interros 10%, partiel 40% et projet 50% Examen : 60% Projet par groupe de 3 ou 4. Phase 1 : Modélisation 3-Sat Phase 2 : DP ou SC, et Walk-Sat ou G-Sat Plus exemples : Squaro, Sudoku, Master Mind... S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
5 Préambule Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
6 Introduction à la Logique Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
7 Introduction à la Logique Logique Définitions La logique précise ce qu est un raisonnement correct, indépendemment du domaine d application. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
8 Introduction à la Logique Logique Définitions La logique précise ce qu est un raisonnement correct, indépendemment du domaine d application. Un raisonnement est un moyen d obtenir une conclusion à partir d hypothèses données. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
9 Introduction à la Logique Logique Définitions La logique précise ce qu est un raisonnement correct, indépendemment du domaine d application. Un raisonnement est un moyen d obtenir une conclusion à partir d hypothèses données. Un raisonnement correct ne dit rien sur la vérité de hypothèses, il dit seulement que de la vérité des hypothèses, on peut déduire la vérité de la conclusion. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
10 Introduction à la Logique Exemples Exemple I Hypothèse I : Tous les hommes sont mortels Hypothèse II : Socrate est un homme Conclusion : Socrate est mortel S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
11 Introduction à la Logique Exemples Exemple I Hypothèse I : Tous les hommes sont mortels Hypothèse II : Socrate est un homme Conclusion : Socrate est mortel Exemple II Hypothèse I : Tout ce qui est rare est cher Hypothèse II : Un cheval bon marché est rare Conclusion : Un cheval bon marché est cher! S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
12 Introduction à la Logique Ajout d une hypothèse S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
13 Introduction à la Logique Ajout d une hypothèse Exemple III Hypothèse I : Tout ce qui est rare est cher Hypothèse II : Un cheval bon marché est rare Hypothèse III : Toute chose bon marché est «pas chère» S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
14 Introduction à la Logique Ajout d une hypothèse Exemple III Hypothèse I : Tout ce qui est rare est cher Hypothèse II : Un cheval bon marché est rare Hypothèse III : Toute chose bon marché est «pas chère» Conclusion : Hypothèses contradictoires! Car : Hypothèse I + hypothèse II : Un cheval bon marché est cher hypothèse III : Un cheval bon marché est pas cher S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
15 Introduction à la Logique Petit historique... George Boole ( ), créateur de la logique moderne (notamment l algèbre de Boole) Friedrich Ludwig Gottlob Frege ( ), travaux sur le calcul propositionnel moderne, le calcul des prédicats, théorie de la démontration Bertrand Arthur William Russell ( ), application de la logique à la question du fondement des mathématiques (logicisme) Alonzo Church ( ), lambda-calcul Kurt Gödel ( ), le théorème d incomplétude de Gödel, complétude du calcul des prédicats du premier ordre Alan Mathison Turing ( ) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
16 Introduction à la Logique Applications Hardware : L unité arithmétique et logique (UAL) est construite à partir de «portes logiques» Vérification et correction des programmes : Meteor (ligne 14) Outils : prouveurs COQ, PVS, Prover9, MACE,... Intelligence artificielle : Test de Turing Outil d aide à la décision : système expert (MyCin), ontologie Web Semantique Problème SAT : Codage de problème de décision sous la forme d une expression booléenne Applications en planification, model checking, diagnostic,... Solveurs : zchaff, satz,... Programmation : Prolog est utilisé dans de nombreux programmes d intelligence artificielle et dans le traitement de la linguistique par ordinateur Preuves mathématiques, Sécurité,... S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
17 Introduction à la Logique Plan du Semestre AUJOURD HUI Logique propositionnelle Résolution propositionnelle Déduction naturelle propositionnelle PARTIEL Logique du premier ordre Base de la démonstration automatique ( résolution au premier ordre ) Déduction naturelle au premier ordre EXAMEN S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
18 Introduction à la Logique Objectifs du cours Comprendre un raisonnement, en particulier, être capable de déterminer si un raisonnement logique est correct ou non. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
19 Introduction à la Logique Objectifs du cours Comprendre un raisonnement, en particulier, être capable de déterminer si un raisonnement logique est correct ou non. Raisonner, c est-à-dire, construire un raisonnement correct utilisant les outils de la logique propositionnelle et du premier ordre. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
20 Introduction à la Logique Objectifs du cours Comprendre un raisonnement, en particulier, être capable de déterminer si un raisonnement logique est correct ou non. Raisonner, c est-à-dire, construire un raisonnement correct utilisant les outils de la logique propositionnelle et du premier ordre. Modéliser et formaliser un problème. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
21 Introduction à la Logique Objectifs du cours Comprendre un raisonnement, en particulier, être capable de déterminer si un raisonnement logique est correct ou non. Raisonner, c est-à-dire, construire un raisonnement correct utilisant les outils de la logique propositionnelle et du premier ordre. Modéliser et formaliser un problème. Ecrire une preuve rigoureuse. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
22 Logique propositionnelle Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
23 Logique propositionnelle Logique propositionnelle Définition La logique propositionnelle est la logique qui s intéresse aux seules lois gouvernant les opérations logiques suivantes : (négation), (conjonction, autrement dit le et ), (disjonction, autrement dit le ou ), (implication) et (équivalence). Remarque Nous restreindrons notre étude à la logique classique, qui est la logique à deux valeurs de vérité : VRAI et FAUX S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
24 Logique propositionnelle Exemple : Raisonnement formel Hypothèses : (H1) : Si Pierre est grand, alors Jean n est pas le fils de Pierre (H2) : Si Pierre n est pas grand, alors Jean est le fils de Pierre (H3) : Si Jean est le fils de Pierre alors Marie est la soeur de Jean Conclusion (C) : Marie est la soeur de Jean ou Pierre est grand. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
25 Logique propositionnelle Exemple : Raisonnement formel Hypothèses : (H1) : Si Pierre est grand, alors Jean n est pas le fils de Pierre (H2) : Si Pierre n est pas grand, alors Jean est le fils de Pierre (H3) : Si Jean est le fils de Pierre alors Marie est la soeur de Jean Conclusion (C) : Marie est la soeur de Jean ou Pierre est grand. p : Pierre est grand j : Jean est le fils de Pierre m : Marie est la soeur de Jean (H1) : p j (H2) : p j (H3) : j m (C) : m p Nous montrons que H1 H2 H3 C : (p j) ( p j) (j m) m p est vraie quelque soit la vérité des propositions p,j,m. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
26 Syntaxe Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
27 Syntaxe Vocabulaire du langage Constantes : et représentant respectivement le vrai et le faux. Variables : une variable est un identificateur, avec ou sans indice. Parenthèses : ouvrante (, fermante ). Connecteurs :,,,, appelées aussi négation, disjonction (ou), conjonction (et), implication et équivalence. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
28 Syntaxe Formule (stricte) Définition Une formule stricte est définie de manière inductive par : et sont des formules. Une variable est une formule. Si A est une formule alors A est une formule Si A et B sont des formules et si est une des opérations,,, alors (A B) est une formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
29 Syntaxe Formule (stricte) Définition Une formule stricte est définie de manière inductive par : et sont des formules. Une variable est une formule. Si A est une formule alors A est une formule Si A et B sont des formules et si est une des opérations,,, alors (A B) est une formule. Exemple (a ( b c)) est une formule stricte, mais pas a ( b c). S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
30 Introduction à la logique Syntaxe Arbre Exemple La structure de la formule (a ( b c)) est mise en évidence par l arbre suivant : a c b S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
31 Syntaxe Exercice ((p (p q)) r) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
32 Introduction à la logique Syntaxe Exercice ((p (p q)) r) p r p q S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
33 Syntaxe Premier résultat Les formules strictes se décomposent de manière unique en leurs sous-formules (théorème ) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
34 Syntaxe Longueur Définition La longueur d une formule A est le nombre de symboles utilisés pour écrire une formule, dénotée l(a). S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
35 Syntaxe Longueur Définition La longueur d une formule A est le nombre de symboles utilisés pour écrire une formule, dénotée l(a). Exemple Soit la formule A = (a b) et B = (A A), S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
36 Syntaxe Longueur Définition La longueur d une formule A est le nombre de symboles utilisés pour écrire une formule, dénotée l(a). Exemple Soit la formule A = (a b) et B = (A A), nous avons l(a) = 5 et l(b) = 14. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
37 Syntaxe Résultats intermédiaires (1/2) Lemme Toute formule a un nombre égal de parenthèses ouvrantes et de parenthèses fermantes. Démonstration. Toute parenthèse ouvrante est associée à une parenthèse fermante. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
38 Syntaxe Résultats intermédiaires (1/2) Lemme Toute formule a un nombre égal de parenthèses ouvrantes et de parenthèses fermantes. Démonstration. Toute parenthèse ouvrante est associée à une parenthèse fermante. Lemme Tout préfixe d une formule a un nombre de parenthèses ouvrantes au moins égal à celui des parenthèses fermantes. Démonstration. Preuve par récurrence sur la longueur des formules (cf. Poly). S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
39 Syntaxe Taille d une formule Définition La taille d une formule A, notée A, est définie inductivement par : = 0 et = 0. Si A est une variable A = 0. A = 1 + A. (A B) = A + B + 1. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
40 Syntaxe Taille d une formule Définition La taille d une formule A, notée A, est définie inductivement par : = 0 et = 0. Si A est une variable A = 0. A = 1 + A. (A B) = A + B + 1. Exemple (a ( b c)) = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
41 Syntaxe Taille d une formule Définition La taille d une formule A, notée A, est définie inductivement par : = 0 et = 0. Si A est une variable A = 0. A = 1 + A. (A B) = A + B + 1. Exemple (a ( b c)) = 3. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
42 Syntaxe Résultats intermédiaires (2/2) + exemple récurrence Lemme Tout préfixe strict d une formule n est pas une formule. Démonstration. Induction sur la taille de la formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
43 Syntaxe Cas de base Soit A une formule de taille 0, A est donc soit une variable soit une constante. Le seul préfixe strict de A est le mot vide qui n est pas une formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
44 Syntaxe Hypothèse d induction Supposons le lemme vrai pour toute formule de longueur inférieure à n avec n > 0. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
45 Syntaxe Pas d induction Soit A une formule de longueur n. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
46 Syntaxe Pas d induction Soit A une formule de longueur n. Soit A = B, où B est une formule. Soit A = (B C) où B et C sont des formules. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
47 Syntaxe Pas d induction Soit A une formule de longueur n. Soit A = B, où B est une formule. Supposons que A ait un préfixe strict qui soit une formule. Ce préfixe doit s écrire B où B est une formule et un préfixe strict de B. C est impossible d après l hypothèse de récurrence. Soit A = (B C) où B et C sont des formules. Supposons que A ait un préfixe strict qui soit une formule. Ce préfixe doit s écrire (B C ) où B et C sont des formules. La formule B est un préfixe de la formule B ou la formule B est un préfixe de la formule B. Il est impossible, d après l hypothèse de récurrence, que ces préfixes soient stricts. Donc B = B. D où, C ) est un préfixe strict de C. D après le lemme 1.1.6, C a autant de parenthèses ouvrantes que de fermantes. Donc C ) est un préfixe de la formule C, qui a plus de parenthèses fermantes que de parenthèses ouvrantes, ce qui contredit le lemme Donc A n a pas de préfixe strict qui est une formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
48 Syntaxe Pas d induction Soit A une formule de longueur n. Soit A = B, où B est une formule. Supposons que A ait un préfixe strict qui soit une formule. Ce préfixe doit s écrire B où B est une formule et un préfixe strict de B. C est impossible d après l hypothèse de récurrence. Soit A = (B C) où B et C sont des formules. Supposons que A ait un préfixe strict qui soit une formule. Ce préfixe doit s écrire (B C ) où B et C sont des formules. La formule B est un préfixe de la formule B ou la formule B est un préfixe de la formule B. Il est impossible, d après l hypothèse de récurrence, que ces préfixes soient stricts. Donc B = B. D où, C ) est un préfixe strict de C. D après le lemme 1.1.6, C a autant de parenthèses ouvrantes que de fermantes. Donc C ) est un préfixe de la formule C, qui a plus de parenthèses fermantes que de parenthèses ouvrantes, ce qui contredit le lemme Donc A n a pas de préfixe strict qui est une formule. Ainsi par récurrence, tout préfixe strict d une formule n est pas une formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
49 Syntaxe Premier résultat Theoreme Pour toute formule A, un et un seul de ces cas se présente : A est une variable, A est une constante, A est s écrit d une unique façon sous la forme B où B est une formule, A s écrit d une unique façon sous la forme (B C) où B et C sont des formules. Démonstration. Puisque les vocabulaires constantes, variables, négation, parenthèses sont disjoints, toute formule A est d une et d une seule des formes variable, constante, B où B est une formule, (B C) où B et C sont des formules. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
50 Syntaxe Premier résultat Theoreme Pour toute formule A, un et un seul de ces cas se présente : A est une variable, A est une constante, A est s écrit d une unique façon sous la forme B où B est une formule, A s écrit d une unique façon sous la forme (B C) où B et C sont des formules. Démonstration. Puisque les vocabulaires constantes, variables, négation, parenthèses sont disjoints, toute formule A est d une et d une seule des formes variable, constante, B où B est une formule, (B C) où B et C sont des formules. Il suffit de montrer l unicité de la dernière décomposition. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
51 Syntaxe Premier résultat Theoreme Pour toute formule A, un et un seul de ces cas se présente : A est une variable, A est une constante, A est s écrit d une unique façon sous la forme B où B est une formule, A s écrit d une unique façon sous la forme (B C) où B et C sont des formules. Démonstration. Puisque les vocabulaires constantes, variables, négation, parenthèses sont disjoints, toute formule A est d une et d une seule des formes variable, constante, B où B est une formule, (B C) où B et C sont des formules. Il suffit de montrer l unicité de la dernière décomposition. Supposons que A = (B C) = (B C ) où B,B,C,C sont des formules. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
52 Syntaxe Premier résultat Theoreme Pour toute formule A, un et un seul de ces cas se présente : A est une variable, A est une constante, A est s écrit d une unique façon sous la forme B où B est une formule, A s écrit d une unique façon sous la forme (B C) où B et C sont des formules. Démonstration. Puisque les vocabulaires constantes, variables, négation, parenthèses sont disjoints, toute formule A est d une et d une seule des formes variable, constante, B où B est une formule, (B C) où B et C sont des formules. Il suffit de montrer l unicité de la dernière décomposition. Supposons que A = (B C) = (B C ) où B,B,C,C sont des formules. La formule B est préfixe de B ou la formule B est préfixe de B. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
53 Syntaxe Premier résultat Theoreme Pour toute formule A, un et un seul de ces cas se présente : A est une variable, A est une constante, A est s écrit d une unique façon sous la forme B où B est une formule, A s écrit d une unique façon sous la forme (B C) où B et C sont des formules. Démonstration. Puisque les vocabulaires constantes, variables, négation, parenthèses sont disjoints, toute formule A est d une et d une seule des formes variable, constante, B où B est une formule, (B C) où B et C sont des formules. Il suffit de montrer l unicité de la dernière décomposition. Supposons que A = (B C) = (B C ) où B,B,C,C sont des formules. La formule B est préfixe de B ou la formule B est préfixe de B. D après le lemme , il est impossible que ce soit des préfixes stricts, donc B = B et par suite C = C. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
54 Syntaxe Formule à priorité Définition Une formule à priorité est définie inductivement par : et sont des formules à priorité, une variable est une formule à priorité, si A est une formule à priorité alors A est une formule à priorité, si A et B sont des formules à priorité alors A B est une formule à priorité, si A est une formule à priorité alors (A) est une formule à priorité. Exemple a b c est une formule à priorité mais pas une formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
55 Syntaxe Règles de priorité Définition dans l ordre des priorités décroissantes :,,, et. À priorité égale, le connecteur gauche est prioritaire, sauf pour l implication. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
56 Syntaxe Règles de priorité Définition dans l ordre des priorités décroissantes :,,, et. À priorité égale, le connecteur gauche est prioritaire, sauf pour l implication. Une formule à priorité est l abréviation de la formule (stricte) associé. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
57 Syntaxe Exemple de formule à priorité Exemple a b c est l abréviation de a b c est l abréviation de a b c est l abréviation de a b c est l abréviation de S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
58 Syntaxe Exemple de formule à priorité Exemple a b c est l abréviation de ((a b) c) a b c est l abréviation de ((a b) c) a b c est l abréviation de (a (b c)) a b c est l abréviation de (a (b c)) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
59 Sens des formules Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
60 Sens des formules Tables de base 0 désigne le faux et 1 le vrai. La constante vaut 1 et la constante vaut 0 Table 1.1 (table de vérité des connecteurs) x y x x y x y x y x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
61 Sens des formules Valeur d une formule Définition Une assignation est une application de l ensemble de toutes les variables d une formule dans l ensemble {0, 1}. Soit A une formule et v une assignation, [A] v dénote la valeur de la formule A dans l assignation v. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
62 Sens des formules Valeur d une formule Définition Une assignation est une application de l ensemble de toutes les variables d une formule dans l ensemble {0, 1}. Soit A une formule et v une assignation, [A] v dénote la valeur de la formule A dans l assignation v. Exemple : Soit v une assignation telle que v(x) = 0 et v(y) = 1 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
63 Sens des formules Valeur d une formule Définition Une assignation est une application de l ensemble de toutes les variables d une formule dans l ensemble {0, 1}. Soit A une formule et v une assignation, [A] v dénote la valeur de la formule A dans l assignation v. Exemple : Soit v une assignation telle que v(x) = 0 et v(y) = 1 Appliquer l assignation v à x y s écrit [x y] v S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
64 Sens des formules Valeur d une formule Définition Une assignation est une application de l ensemble de toutes les variables d une formule dans l ensemble {0, 1}. Soit A une formule et v une assignation, [A] v dénote la valeur de la formule A dans l assignation v. Exemple : Soit v une assignation telle que v(x) = 0 et v(y) = 1 Appliquer l assignation v à x y s écrit [x y] v Cela vaut 0 1 = 1 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
65 Sens des formules Valeur d une formule Définition Une assignation est une application de l ensemble de toutes les variables d une formule dans l ensemble {0, 1}. Soit A une formule et v une assignation, [A] v dénote la valeur de la formule A dans l assignation v. Exemple : Soit v une assignation telle que v(x) = 0 et v(y) = 1 Appliquer l assignation v à x y s écrit [x y] v Cela vaut 0 1 = 1 Conclusion : x y est vrai pour l assignation v S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
66 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = [ ] v =, [ ] v = [ A] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
67 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v =, [ ] v = [ A] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
68 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = [ A] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
69 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = 0 [ A] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
70 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = 0 [ A] v = 1 [A] v [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
71 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = 0 [ A] v = 1 [A] v [(A B)] v = max{[a] v,[b] v } [(A B)] v = [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
72 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = 0 [ A] v = 1 [A] v [(A B)] v = max{[a] v,[b] v } [(A B)] v = min{[a] v,[b] v } [(A B)] v = [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
73 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = 0 [ A] v = 1 [A] v [(A B)] v = max{[a] v,[b] v } [(A B)] v = min{[a] v,[b] v } [(A B)] v = si [A] v = 0 alors 1 sinon [B] v [(A B)] v = S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
74 Sens des formules Valeur de [A] v Soient A, B des formules, x une variable et v une assignation. [x] v = v(x) [ ] v = 1, [ ] v = 0 [ A] v = 1 [A] v [(A B)] v = max{[a] v,[b] v } [(A B)] v = min{[a] v,[b] v } [(A B)] v = si [A] v = 0 alors 1 sinon [B] v [(A B)] v = si [A] v = [B] v alors 1 sinon 0 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
75 Sens des formules Table de vérité Définition Une table de vérité d une formule A est un tableau qui représente la valeur de A pour toutes les valeurs possibles des variables de A. ligne de la table de vérité = une assignation colonne = valeur d une formule. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
76 Sens des formules Exemple : Exemple Donner la table de vérité des formules suivantes. x y x y x x y (x y) ( x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
77 Sens des formules Exemple : Exemple Donner la table de vérité des formules suivantes. x y x y x x y (x y) ( x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
78 Sens des formules Exemple : Exemple Donner la table de vérité des formules suivantes. x y x y x x y (x y) ( x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
79 Sens des formules Exemple : Exemple Donner la table de vérité des formules suivantes. x y x y x x y (x y) ( x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
80 Sens des formules Exemple : Exemple Donner la table de vérité des formules suivantes. x y x y x x y (x y) ( x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
81 Sens des formules Exemple : Exemple Donner la table de vérité des formules suivantes. x y x y x x y (x y) ( x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
82 Sens des formules Autre exemple : Donnez la table de vérité de a b c b ( b c) (a ( b c)) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
83 Sens des formules Autre exemple : Donnez la table de vérité de a b c b ( b c) (a ( b c)) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
84 Sens des formules Autre exemple : Donnez la table de vérité de a b c b ( b c) (a ( b c)) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
85 Sens des formules Autre exemple : Donnez la table de vérité de a b c b ( b c) (a ( b c)) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
86 Sens des formules Equivalence Définition Deux formules A et B sont équivalentes (noté A B ou simplement A = B) si, pour toute assignation, elles ont la même valeur. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
87 Sens des formules Equivalence Définition Deux formules A et B sont équivalentes (noté A B ou simplement A = B) si, pour toute assignation, elles ont la même valeur. Exemple x y = x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
88 Sens des formules Equivalence Définition Deux formules A et B sont équivalentes (noté A B ou simplement A = B) si, pour toute assignation, elles ont la même valeur. Exemple x y = x y Remarque : Le connecteur logique ne signifie pas A B. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
89 Sens des formules Valide, tautologie (1/2) Définition Une formule est valide si elle a la valeur 1 pour toute assignation. Une formule valide est aussi appelée une tautologie. Nous notons le fait que A soit valide par = A. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
90 Sens des formules Valide, tautologie (1/2) Définition Une formule est valide si elle a la valeur 1 pour toute assignation. Une formule valide est aussi appelée une tautologie. Nous notons le fait que A soit valide par = A. Exemple x y n est pas valide car x = 1 et y = 0. La formule (x y) ( x y) est valide. Nous pouvons écrire = x x, car x x est une tautologie. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
91 Sens des formules Valide, tautologie (2/2) Propriété Les formules A et B sont équivalentes si et seulement si la formule A B est valide. Démonstration. La propriété est une conséquence immédiate de la table 1.1. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
92 Sens des formules Modèle d une formule Définition Un modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 1 v satisfait A ou v rend A vraie. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
93 Sens des formules Modèle d une formule Définition Un modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 1 v satisfait A ou v rend A vraie. Exemple Un modèle de x y est : S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
94 Sens des formules Modèle d une formule Définition Un modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 1 v satisfait A ou v rend A vraie. Exemple Un modèle de x y est : x = 1,y = 1 ou l assignation x = 0 et y quelconque. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
95 Sens des formules Modèle d une formule Définition Un modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 1 v satisfait A ou v rend A vraie. Exemple Un modèle de x y est : x = 1,y = 1 ou l assignation x = 0 et y quelconque. Par contre l assignation x = 1 et y = 0 n est pas un modèle de x y. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
96 Sens des formules Modèle d un ensemble de formules Définition Une assignation est un modèle d un ensemble de formules si et seulement si elle est un modèle de chaque formule de l ensemble. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
97 Sens des formules Modèle d un ensemble de formules Définition Une assignation est un modèle d un ensemble de formules si et seulement si elle est un modèle de chaque formule de l ensemble. Exemple Un modèle de {a b,b c} est : S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
98 Sens des formules Modèle d un ensemble de formules Définition Une assignation est un modèle d un ensemble de formules si et seulement si elle est un modèle de chaque formule de l ensemble. Exemple Un modèle de {a b,b c} est : a = 0,b = 0 (et c quelconque). S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
99 Sens des formules Satisfiable Définition Une formule (respectivement un ensemble de formules) est satisfaisable s il y a une assignation qui en est un modèle. Définition Une formule (respectivement un ensemble de formules) est contradictoire (aussi dite insatisfiable) si elle n est pas satisfiable. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
100 Sens des formules Propriété de la satisfiabilité Propriété Une assignation est un modèle d un ensemble de formules si et seulement si elle est un modèle de la conjonction des formules de l ensemble. La preuve est demandée dans l exercice 12. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
101 Sens des formules Propriété de la satisfiabilité Propriété Une assignation est un modèle d un ensemble de formules si et seulement si elle est un modèle de la conjonction des formules de l ensemble. La preuve est demandée dans l exercice 12. Exemple L ensemble de formules {a b,b c} et la formule (a b) (b c) ont les même modèles. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
102 Sens des formules Contre-modèle Définition Un contre-modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 0. v ne satisfait pas A ou v rend A fausse. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
103 Sens des formules Contre-modèle Définition Un contre-modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 0. v ne satisfait pas A ou v rend A fausse. Exemple Un contre-modèle de x y est : S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
104 Sens des formules Contre-modèle Définition Un contre-modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 0. v ne satisfait pas A ou v rend A fausse. Exemple Un contre-modèle de x y est : l assignation x = 1,y = 0. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
105 Sens des formules Contre-modèle Définition Un contre-modèle de A est une assignation v telle que [A] v = 0. v ne satisfait pas A ou v rend A fausse. Exemple Un contre-modèle de x y est : l assignation x = 1,y = 0. Remarque Les logiciens utilisent le mot consistant comme synonyme de satisfaisable et contradictoire comme synonyme d insatisfaisable. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
106 Sens des formules Conséquence Définition A est conséquence de l ensemble Γ d hypothèses ( Γ = A) si tout modèle de Γ est modèle de A. Remarque Nous notons A est valide par = A, car A est valide si et seulement si A est conséquence de l ensemble vide. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
107 Sens des formules Exemple de Conséquence Exemple a b,b c = a c. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
108 Sens des formules Exemple de Conséquence Exemple a b,b c = a c. a b c a b b c a c S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
109 Sens des formules Propriété INCONTOURNABLE Constamment utilisé dans les exercices, EXAMENS. Propriété Soient n + 1 formules A 1,...,A n,b et soit H n la conjonction des formules A 1,...,A n. Les trois formulations suivantes sont équivalentes : 1. B est conséquence des hypothèses A 1,...,A n (c est-à-dire A 1,...,A n = B). 2. La formule H n B est valide. 3. H n B est insatisfaisable. Démonstration. La propriété est une conséquence de la table 1.1 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
110 Sens des formules Preuve (1/3) 1 2 : supposons que A 1,...,A n = B : tout modèle de A 1,...,A n est aussi modèle de B. Soit une assignation v non modèle de A 1,...,A n : i,[a i ] v = 0, donc [H n ] v = 0. Ainsi [H n B] v = 1. Soit une assignation v modèle de A 1,...,A n : [A i ] v = 1 pour i = 1,...,n, donc [H n ] v = 1. Or v est un modèle de B donc [B] v = 1. Ainsi [H n B] v = 1. Donc H n B est valide. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
111 Sens des formules Preuve (2/3) 2 3 : supposons que H n B est valide : v assignation, [H n B] v = 1. soit [H n ] v = 0, soit [H n ] v = 1 et [B] v = 1. Or [H n B] v = max([h n ] v,[ B] v ) = max([h n ] v,1 [B] v ). Dans les deux cas, nous obtenons [H n B] v = 0. Donc H n B est insatisfaisable. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
112 Sens des formules Preuve (3/3) 3 1 : supposons que H n B est insatisfaisable : assignation la formule H n B est contradictoire. Montrons que les modèles de A 1,...,A n sont aussi des modèles de B. Soit v une assignation modèle de A 1,...,A n : [A i ] v = 1 pour i = 1,...,n donc [H n ] v = [A 1... A n ] v = 1. D après notre hypothèse [ B] v = 0. D où, 1 [B] v = 0. Donc [B] v = 1, cad v est un modèle de B. En utilisant le résultat de l exercice 8 nous concluons. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
113 Sens des formules Illustration de la propriété Exemple a b c a b b c a c (a b) (b c) (a b) (b c) (a c) (a c) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
114 Sens des formules Compacité Théorème Compacité propositionnelle Un ensemble de formules propositionnelles a un modèle si et seulement si tous ses sous-ensembles finis ont un modèle. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
115 Equivalences remarquables Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
116 Equivalences remarquables La disjonction S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
117 Equivalences remarquables La disjonction associative x (y z) (x y) z S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
118 Equivalences remarquables La disjonction associative x (y z) (x y) z commutative x y y x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
119 Equivalences remarquables La disjonction associative x (y z) (x y) z commutative x y y x idempotente x x x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
120 Equivalences remarquables La conjonction S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
121 Equivalences remarquables La conjonction associative x (y z) (x y) z S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
122 Equivalences remarquables La conjonction associative x (y z) (x y) z commutative x y y x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
123 Equivalences remarquables La conjonction associative x (y z) (x y) z commutative x y y x idempotente x x x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
124 Equivalences remarquables Distributivité S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
125 Equivalences remarquables Distributivité Le produit est distributif sur la somme x (y z) (x y) (x z) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
126 Equivalences remarquables Distributivité Le produit est distributif sur la somme x (y z) (x y) (x z) La somme est distributive sur le produit x (y z) (x y) (x z) S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
127 Equivalences remarquables Neutralité et Absortion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
128 Equivalences remarquables Neutralité et Absortion 0 est l élément neutre de la disjonction 0 x x 1 est l élément neutre de la conjonction 1 x x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
129 Equivalences remarquables Neutralité et Absortion 0 est l élément neutre de la disjonction 0 x x 1 est l élément neutre de la conjonction 1 x x 1 est l élément absorbant de la disjonction 1 x 1 0 et l élément absorbant de la conjonction 0 x 0 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
130 Equivalences remarquables Les lois de la négation S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
131 Equivalences remarquables Les lois de la négation x x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
132 Equivalences remarquables Les lois de la négation x x 0 1 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
133 Equivalences remarquables Les lois de la négation x x S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
134 Equivalences remarquables Les lois de la négation x x x x 0 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
135 Equivalences remarquables Les lois de la négation x x x x 0 x x 1 S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
136 Equivalences remarquables Les lois de la négation x x x x 0 x x 1 Les lois de De Morgan : (x y) x y, (x y) x y S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
137 Equivalences remarquables Lois de simplification Propriété Pour tout x,y nous avons : x (x y) x x (x y) x x ( x y) x y Démonstration. La preuve est demandée en exercice 13. S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
138 Conclusion Plan Préambule Introduction à la Logique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalences remarquables Conclusion S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
139 Conclusion Conclusion : Aujourd hui Introduction et Historique Logique propositionnelle Syntaxe Sens des formules Equivalence remarquables S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
140 Conclusion Conclusion : La prochaine fois Substitutions et remplacements Formes normales Algèbre de Boole Fonctions booléennes Circuit S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
141 Conclusion Conclusion Merci de votre attention. Questions? S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
142 Conclusion Devise d Oxford The more I study, the more I know The more I know, the more I forget The more I forget, the less I know S. Devismes et al (Grenoble I) Introduction à la logique 27 Janvier / 68
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