Proofs (Rules of Inference)

3 분 소요

Prove: the Socrates Example is valid (using the rules of inference)

Arguments in propositional logic

  • a sequence of propositions
    • premises (all proposition except final)
    • conclusion(∴) (last proposition)

The argument is valid if the premises imply the conclusion
Argument form with premises p1, p2, … pn and conclusion q is valid
when (p1 ∧ p2 ∧ … ∧ pn) -> q is a tautology


Rules of Inference for Propositional Logic

Modus Ponens(MP, 긍정논법)

= implication elimination(함의소거)
= affirming the antecedent(전건긍정)

  • 가언 명제(만약if,”→”)와 그 전제로부터 그 결론을 유도해내는 추론 규칙
  • (“만약 P이면, Q이다”와 “P이다”)에서 “Q이다”를 추론
  • (𝑝∧(𝑝→𝑞))→𝑞
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Modus Tollens(MT, 부정논법)

= denying the consequent(후건부정)

  • 가언 명제와 그 결론의 부정으로부터 그 전제의 부정을 유도하는 추론 규칙
  • (“만약 P라면, Q이다”. 그런데 “Q가 아니다”.) 따라서 “P가 아니다”를 추론
  • (¬𝑞∧(𝑝→𝑞))→¬𝑝
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  • Contrapositive(대우)
    (¬q∧(¬q→¬p)) → ¬p

Hypothetical Syllogism(가언적 삼단 논법)

  • 두 개의 가언 명제로부터 추이성을 통해 새로운 가언 명제를 유도하는 삼단 논법
  • “만약 P라면, Q이다. 만약 Q라면, R이다. 따라서, 만약 P라면, R이다.”
  • ((𝑝→𝑞)∧(𝑞→𝑟)) →(𝑝→𝑟 )
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Disjunctive Syllogism(선언적 삼단 논법)

  • 선언 명제(또는or)와 이를 이루는 두 명제 가운데 하나에 대한 부정으로부터 다른 한 명제를 유도하는 삼단 논법
  • “P가 참이거나 Q가 참이다. 그런데 P는 참이 아니다. 따라서 Q가 참이다.”
  • (¬𝑝∧(𝑝∨𝑞)) →𝑞
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Addition(가산 논법)

  • 𝑝→(𝑝∨𝑞)
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  • Or Operator 에서 Add

Simplification(단순화 논법)

  • (𝑝∧𝑞)→𝑝
    스크린샷 2022-09-17 오후 2 16 50

  • And Operator 에서 Simplification

Conjunction(논리곱 논법)

  • ((𝑝)∧(𝑞))→(𝑝∧𝑞)
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Resolution(분해)

  • ((¬𝑝∨𝑟) ∧ (𝑝∨𝑞)) → (𝑞∨𝑟)
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Valid Arguments

“It is not sunny this afternoon and it is colder than yesterday.” (¬p ∧ q)
“If we go swimming then it is sunny.” (r → p)
“If we do not go swimming, then we will take a canoe trip.” (¬r → s)
“If we take a canoe trip, then we will be home by sunset.” (s → t)
Hypotheses: ¬p ∧ q, r → p, ¬r → s, s → t

p: It is sunny this afternoon
q: it is colder than yesterday
r: we will go swimming
s: we will take a canoe trip
t: we will be home by sunset

  • Solution

    Step Reason
    1. ¬p∧q Premise
    2. ¬p Simplification using (1)
    3. r→p Premise
    4. ¬r Modus tollens using (2) and (3)
    5. ¬r→s Premise
    6. s Modus ponens using (4) and (5)
    7. s→t Premise
    8. t(Conclusion) Modus ponens using (6) and (7)

Handling Quantified Statements

  • Universal Instantiation (UI, 전칭 예시화)
    • 스크린샷 2022-09-17 오후 3 58 51
    • 모든 x 에 대하여 P(x) 가 참이면, P(c) 는 참이다.
  • Universal Generalization (UG, 전칭 일반화)
    • 스크린샷 2022-09-17 오후 3 56 11
    • 임의의 c 에 대하여 P(c) 가 참이면, 모든 x 에 대해 P(x) 는 참이다.
  • Existential Instantiation (EI, 존재 예시화)
    • 스크린샷 2022-09-17 오후 3 56 24
    • “There is someone who ~”
  • Existential Generalization (EG, 존재 일반화)
    • 스크린샷 2022-09-17 오후 3 56 37

Exercise

#1.

  • Conclusion
    • John Smith has two legs
  • Premises
    • Every man has two legs -> ∀x(M(x) → L(x))
    • John Smith is a man -> M(John)
  • Solution
    • M(x): x is a man
    • L(x): x has two legs
      1. ∀x(M(x) -> L(x)): Premise
      2. M(John) -> L(John): UI
      3. M(John): Premise
      4. L(John): Modus Ponens

#2.

  • Conclusion
    • Someone who passed the first exam has not read the book
  • Premises
    • A student in this class has not read the book -> ∃x((C(x) ∧ ¬B(x))
    • Everyone in this class passed the first exam -> ∀x(C(x) → P(x))
  • Solution
    • C(x): x is in this class
    • B(x): x has read the book
    • P(x): x passed the first exam
    1. ∃x((C(x) ∧ ¬B(x)): Premise
    2. C(Someone) ∧ ¬B(Someone): EI
    3. C(Someone): Simplification
    4. ∀x(C(x) → P(x)): Premise
    5. C(Someone) -> P(Someone): UI
    6. P(Someone): MP
    7. ¬B(Someone): Simplification (2)
    8. P(Someone) ∧ ¬B(Someone): Conjunction
    9. ∃x((P(x) ∧ ¬B(x)): EG

#3. Socartes Example

  • Conclusion
    • Socrates is mortal
  • Premises
    • All men are mortal -> ∀x(Man(x) → Mortal(x))
    • Socrates is a man -> Man(Socrates)
  • Solution
    • Man(x): x is a man
    • Mortal(x): x is mortal
    1. ∀x(Man(x) → Mortal(x)): Premise
    2. Man(Socrates) -> Mortal(Socrates): UI
    3. Man(Socrates): Premise
    4. Mortal(Socrates): MP
  • Universal Modus Ponens
    • UI + MP
    • be used in the Socrates example.

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