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中學數學仍應使用蘊含符號

2013-12-29 00:00:00劉萬東
新課程·上旬 2013年11期

中學引入了命題邏輯的部分內容,其中蘊含命題采取了“如果P,那么q”的表達形式,其實用蘊含符號后,可表為P→q,顯得很簡單,中學一度使用過這個符號,因在教學中遇到一些問題,又取消了這個符號。

一、“→”與“ ”用于不同場合,但又可相互轉化

平時推理中,經常使用“推出”符號,形式化后可表示為P q,而數理邏輯中有P→q,這兩者是什么關系?數理邏輯中,研究邏輯時又要用到邏輯,這就有了兩種邏輯。一個是作為研究對象的邏輯,稱為對象邏輯,用對象語言表示,一個是研究對象語言時所用的邏輯,稱為元邏輯,用元語言表示。用元語言和對象語言區(qū)分這兩種邏輯。P→q屬于對象語言,P q屬于元語言,前者是研究的對象,后者是研究的手段,兩者是不同的。在對象語言中,突出考慮在P、q的各種賦值下,P→q的真假值情況,因此P→q的真值可真可假。但在元語言中,我們要求推理有效,故要求P q取真值。即我們寫出P q時,總是默認P q取值為真的,而且不予專門指出。但寫出P→q時,總是認為其真假值依賴于具體賦值待定的,具體取值為何要專門指出。由于這兩者使用上的不同特點,將它們區(qū)分成元語言和對象語言就很有必要,否則會引起混亂。例如,只用P→q,在元語言其值為真,而在對象語言中其值待定,究竟P→q的值為真(按元語言理解)還是待定(按對象語言理解),就不能確定了。歷史上,羅素和懷德海合著的《數學原理》,未能將兩者區(qū)分,一度使讀者引起混亂,后來德國數學家希爾伯特區(qū)分了這兩種語言,避免了混亂。

但“→”與“ ”兩者又有密切關系,并可相互轉化。例如,P q是元語言中的符號,其真值默認為真。但由于研究時疏忽或出錯,P q也可能為假,當我們審視P q的真假時,其實就是將P q對象化了(即研究P q何時真何時假),此時P q的真假與P→q是相同的。當我們要求P→q=T時,即將P→q元語言化,P→q與P q意義相同。因此,在某些元語言中,也用“→”代替“ ”表示推出。另外,“p是q的充分條件”,“q是p的必要條件”,都是元語言中的命題,和“P q”一樣,也與元語言化后的P→q(即要求P→q=T)相同,都表示有效推理。反過來,研究它們的真假,把它們對象化,則它們都與P→q等價,一真皆真,一假皆假。由于“→”與“ ”兩者使用場合可以相互轉化,因此,分清“→”與“ ”是用于元語言(即要求取真值)還是用于對象語言(即考查其真假),對于準確地理解兩者的含義和作用就是十分重要的。

二、P=F時,規(guī)定P→q=T,似乎不合理

這一規(guī)定使得假前提的任意推理都“有效”,從而顯得難以理解。一般認為P=F時,P→q應該沒有意義,但這樣一來,命題的取值除了T、F之外,又要有第3種情況(即“無意義”)了,這確實也可以考慮,并且在此基礎上發(fā)展出了“三值”甚至多值邏輯。但如果在二值邏輯中考慮,P=F時規(guī)定P→q=T是不得不接受的(否則此時就只能規(guī)定P→q=F,這就更不合理了。例如a R(a>5 a>3)是一個真命題,但當a=2時,由于a>5=F,按現在的規(guī)定a>5 a>3就成假命題了,而直觀上很明顯,不管a為何值,a>5 a>3都應是真命題)。數學上要求真的前提必導致真的結論,我們的規(guī)定與此要求并不矛盾,即與數學上有效推理的要求是協(xié)調的。雖然在我們這里的有效推理包含了假前提的情況,但在前提為假的情形,相應的結論在數學上被認為是無意義的,數學上有意義的結論不受影響??梢?,允許假前提的推理“有效”(即P=F時,規(guī)定P→q=T),對數學的有效推理無害,至多只是多了一些在數學上無意義的“無效”部分。這雖然不夠完美,權當作是對二值邏輯的一個讓步,但退此一小步,卻獲得了二值邏輯的大踏步發(fā)展,形成了所謂的古典邏輯。

三、P→q表達“無意義”命題問題

P→q抽象于陳述因果關系的命題,從真值的側面研究條件和結論的關系,但抽象后P→q表達的內容更加廣闊,既可表達因果關系,又可表達任兩個命題(不一定有因果關系)的關系,從而形成不具有因果聯系的“無意義”命題。例如,“若太陽從東方升起,則3+1=4”就是這樣的命題。其條件和結論并無因果聯系,應為無意義命題,但卻是真命題。其實,所謂的無意義命題,只是不具備普通的因果關系,但具有真值之間的聯系,因而仍然有意義。而在中數中一般總是表達因果關系,并用元語言符號P q表示。當我們習慣于中數的命題,就會覺得非因果關系的命題無意義。其實,對象語言中的P→q是抽掉了命題的具體內容,舍棄其具體含義,只研究其真值,因而具有“T→T”,“F→T”等形式。而這種形式能概括因果關系,也能概括非因果關系。從這里又可看出P q和P→q的一個區(qū)別,用于元語言的P q一般表示因果關系,而用于對象語言的P→q一般表示任意兩個命題真值間的聯系。

經過上述分析,中學命題邏輯中,“如果P,那么q”這種命題仍應符號化為P→q,但須分清對象語言和元語言,注意與P q的區(qū)別。P q用于元語言,默認取真值,著重考慮真的前提保證真的結論,一般表達因果關系。而P→q用于對象語言,其真值待定,可表達非因果關系,反映真值間的聯系。但兩者之用于元語言還是對象語言,不是一成不變的,隨著場合的不同兩者又可相互轉化。P q對象化后即為P→q,而P→q元語言化后即為P q。

最后需要說明的是,我們這里所說的元語言和對象語言借用了數理邏輯中證明論的術語,但與證明論中對象語言的高度形式化,及其探求數學基礎的可靠性,是不一樣的。我們這里只是用來說明P q和P→q用于不同的場合有不同的特點和要求,這是需要注意的。

(作者單位 江蘇省建湖縣高級技工學校)

編輯 謝尾合

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