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数学命题

数学命题是在已固定解释和对象范围后,具有确定真值的陈述;“有确定真值”不表示人们已经知道它是真还是假。“5 是素数”是真命题;“6 是素数”是假命题。若约定 x 取整数,“x 是素数”在没有指定 x 时只是一个含自由变量的谓词,还不是一个已确定真值的命题。

先写清对象,再谈真假

设 P(n) 为“n 是偶数”。把 n 指定为 8,得到真命题;指定为 7,得到假命题。也可以加量词:∀n∈ℤP(n) 断言所有整数都为偶数,被 7 推翻;∃n∈ℤP(n) 断言存在偶数,由 8 证实。一个例子足以证明存在陈述,却只能推翻全称陈述;证明全称陈述须给出覆盖任意对象的论证。

量词的先后决定依赖关系。对实数,“每个 a 都有比它大的 b”为真:给定任意 a,取 b=a+1。它写作 ∀a∈ℝ∃b∈ℝ(b>a)。反过来,“存在一个 b 比所有实数 a 大”为假;给出任何候选 b,令 a=b+1 就推翻它。这两句话只交换了两个量词,意义却不同。

把否定写成可以检查的对象

要否定“每个实数 a 都有更大的实数 b”,需找一个特定 a,使所有 b 都不大于它: ¬(∀a∃b(b>a))⟺∃a∀b(b≤a). 右边在实数中是假,但其形式才是原句的准确否定。“不是每个 a 都有更大的 b”不能简化成“每个 a 都没有更大的 b”,后者更强。反证法开始之前尤其要先把这种否定写准。

条件句的证明责任

“若整数 n 能被 4 整除,则 n 为偶数”可以记作 4∣n⇒2∣n。它要求我们从 n=4k 推出 n=2(2k);并不要求每个偶数都能被 4 整除。把结论与前提交换得到逆命题,被 n=6 推翻。要证明“当且仅当”,则正、反两个方向都要有证明。

这里说的“真”针对清楚的定义域与逻辑解释。自然语言句子如“这个图形很大”没有尺度与比较对象,不能直接按上述办法判真假。逻辑提供连接词与真值表,数学概念与定义帮助先固定“图形”“素数”“偶数”等术语的意思。

参考资料