Langage de la logique et des ensembles

Premiers éléments de logique mathématique - Exercice 1

30 min
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Question 1
Nous allons mettre en illustrations ces différentes notions au travers d'exercices progressifs.

On considère PP et QQ qui sont deux assertions. A l'aide d'une table de vérité, montrer que :
(PQ)(¬Q¬P)(P \Longrightarrow Q) \Longleftrightarrow (\neg Q \Longrightarrow \neg P)

Correction
On a :
PQPQVVVVFFFVVFFV\begin{array}{|c|c|c|} \hline P & Q & P \Longrightarrow Q \\ \hline V & V & V \\ \hline V & F & F \\ \hline F & V & V \\ \hline F & F & V \\ \hline\end{array}
On a également la table de vérité suivante :
PQ¬P¬QVVFFVFFVFVVFFFVV\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & \neg P & \neg Q \\ \hline V & V & F & F \\ \hline V & F & F & V \\ \hline F & V & V & F \\ \hline F & F & V & V\\ \hline\end{array}
En faisant usage des deux tables de vérités précédentes, on peut donc construire la table de vérité suivante :
PQ¬Q¬P¬Q¬PVVFFVVFVFFFVFVVFFVVV\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline P & Q & \neg Q & \neg P & \neg Q \Longrightarrow \neg P \\ \hline V & V & F & F & V \\ \hline V & F & V & F & F\\ \hline F & V & F & V & V \\ \hline F & F & V & V & V \\ \hline\end{array}
On constate alors que :
PQPQ¬Q¬PVVVVVFFFFVVVFFVV\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & P \Longrightarrow Q & \neg Q \Longrightarrow \neg P \\ \hline V & V & V & V \\ \hline V & F & F & F \\ \hline F & V & V & V \\ \hline F & F & V & V \\ \hline\end{array}
Les deux dernières colonnes étant identiques, on a donc bien démontrer l'équivalence entre ces deux colonnes. Donc :
(PQ)(¬Q¬P){\color{red}{\boxed{(P \Longrightarrow Q) \Longleftrightarrow (\neg Q \Longrightarrow \neg P)}}}
Question 2

On considère PP et QQ qui sont deux assertions. A l'aide d'une table de vérité, montrer que :
¬(PQ)(¬P¬Q)\neg (P \wedge Q) \Longleftrightarrow (\neg P \vee \neg Q)

Correction
On a :
PQPQ¬(PQ)VVVFVFFVFVFVFFFV\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & P \wedge Q & \neg (P \wedge Q) \\ \hline V & V & V & F \\ \hline V & F & F & V \\ \hline F & V & F & V \\ \hline F & F & F & V \\ \hline\end{array}
Puis, on a également :
PQ¬P¬Q¬P¬QVVFFFVFFVVFVVFVFFVVV\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline P & Q & \neg P & \neg Q & \neg P \vee \neg Q \\ \hline V & V & F & F & F \\ \hline V & F & F & V & V \\ \hline F & V & V & F & V \\ \hline F & F & V & V & V \\ \hline\end{array}
On constate alors que :
PQ¬(PQ)¬P¬QVVFFVFVVFVVVFFVV\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & \neg (P \wedge Q) & \neg P \vee \neg Q \\ \hline V & V & F & F \\ \hline V & F & V & V \\ \hline F & V & V & V \\ \hline F & F & V & V \\ \hline\end{array}
Les deux dernières colonnes étant identiques, on a donc bien démontrer l'équivalence entre ces deux colonnes. Donc :
¬(PQ)(¬P¬Q){\color{red}{\boxed{\neg (P \wedge Q) \Longleftrightarrow (\neg P \vee \neg Q)}}}
Question 3

On considère PP et QQ qui sont deux assertions. A l'aide d'une table de vérité, montrer que :
¬(PQ)(P¬Q)\neg (P \Longrightarrow Q) \Longleftrightarrow (P \wedge \neg Q)

Correction
On a :
PQPQ¬(PQ)VVVFVFFVFVVFFFVF\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & P \Longrightarrow Q & \neg (P \Longrightarrow Q) \\ \hline V & V & V & F \\ \hline V & F & F & V \\ \hline F & V & V & F \\ \hline F & F & V & F \\ \hline\end{array}
On a également la table de vérité suivante :
PQ¬QP¬QVVFFVFVVFVFFFFVF\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & \neg Q & P \wedge \neg Q \\ \hline V & V & F & F \\ \hline V & F & V & V \\ \hline F & V & F & F \\ \hline F & F & V & F \\ \hline\end{array}
On constate alors que :
PQ¬(PQ)P¬QVVFFVFVVFVFFFFFF\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & \neg (P \Longrightarrow Q) & P \wedge \neg Q \\ \hline V & V & F & F \\ \hline V & F & V & V \\ \hline F & V & F & F \\ \hline F & F & F & F \\ \hline\end{array}
Les deux dernières colonnes étant identiques, on a donc bien démontrer l'équivalence entre ces deux colonnes. Donc :
¬(PQ)(P¬Q){\color{red}{\boxed{\neg (P \Longrightarrow Q) \Longleftrightarrow (P \wedge \neg Q)}}}
Question 4

On considère PP et QQ qui sont deux assertions. A l'aide d'une table de vérité, montrer la règle du détachement (ou règle d'inférence, ou encore règle du modus ponens) :
(P(PQ))Q (P \wedge \left(P \Longrightarrow Q\right)) \Longrightarrow Q.

Correction
On a :
PQPQP(PQ)VVVVVFFFFVVFFFVF\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & P \Longrightarrow Q & P \wedge \left(P \Longrightarrow Q\right) \\ \hline V & V & V & V \\ \hline V & F & F & F \\ \hline F & V & V & F \\ \hline F & F & V & F \\ \hline\end{array}
On a donc également la table de vérité suivante (la dernière colonne se déduit de celle de l'implication) :
P(PQ)Q(P(PQ))QVVVFFVFVVFFV\begin{array}{|c|c|c|} \hline P \wedge \left(P \Longrightarrow Q\right) & Q & (P \wedge \left(P \Longrightarrow Q\right)) \Longrightarrow Q \\ \hline V & V & V \\ \hline F & F & V \\ \hline F & V & V \\ \hline F & F & V \\ \hline\end{array}
On constate que la dernière colonne présente la valeur de vérité vraie (V)(V) dans tous les cas. C'est donc une tautologie. On a donc bien montré la règle du détachement (ou règle d'inférence, ou encore règle du modus ponens) :
(P(PQ))Q{\color{red}{\boxed{(P \wedge \left(P \Longrightarrow Q\right)) \Longrightarrow Q}}}
Question 5

On considère PP et QQ qui sont deux assertions. A l'aide d'une table de vérité, montrer la relation ({\color{red}{\bullet \bullet \,\, }} des rappels de cours) :
{\color{red}{\bullet \bullet \,\, }} (PQ)(¬PQ)\left(P \Longrightarrow Q\right) \Longleftrightarrow (\neg P \vee Q)

Correction
On a :
PQPQVVVVFFFVVFFV\begin{array}{|c|c|c|} \hline P & Q & P \Longrightarrow Q \\ \hline V & V & V \\ \hline V & F & F \\ \hline F & V & V \\ \hline F & F & V \\ \hline\end{array}
Puis, on a également :
P¬PQ¬PQVFVVVFFFFVVVFVFV\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & \neg P& Q & \neg P \vee Q \\ \hline V & F & V & V \\ \hline V & F & F & F \\ \hline F & V & V & V \\ \hline F & V & F & V \\ \hline\end{array}
On a alors :
PQPQ¬PQVVVVVFFFFVVVFFVV\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline P & Q & P \Longrightarrow Q & \neg P \vee Q \\ \hline V & V & V & V \\ \hline V & F & F & F\\ \hline F & V & V & V \\ \hline F & F & V & V\\ \hline\end{array}
Les deux dernières colonnes étant identiques, on a donc bien démontrer l'équivalence entre ces deux colonnes. Donc :
(PQ)(¬PQ){\color{red}{\boxed{ \left(P \Longrightarrow Q\right) \Longleftrightarrow (\neg P \vee Q) }}}