Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Página 1 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Estudio de Diseño Imagen de Tapa: Prof. Mónica Lisi Diseño de Interiores: Esp. Angélica E. Astorga de Bárcena y Prof. Mónica Lisi Diagramación: Esp. Angélica E. Astorga de Bárcena y Prof. Mónica Lisi Talleres Gráficos de la Facultad de Ciencias Económicas Jurídicas y Sociales. Universidad Nacional de Salta (febrero de 2018) impeco@unsa.edu.ar Tirada de esta edición: 500 ejemplares. Astorga, Angélica Elvira Matemática I / Angélica Elvira Astorga y Mónica Lisi. Coordinación General de Angélica Elvira Astorga y Mónica Lisi. Ilustrado por Angélica Elvira Astorga y Mónica Lisi. – 3ª edición para el alumno - Salta: Angélica Elvira Astorga, 2018. 244 p.: il.; 29 x 21 cm. ISBN 978-987-42-7048-1 1. Matemática. I. Astorga, Angélica Elvira, coord. II. Lisi, Mónica, coord. III. Astorga, Angélica Elvira, Ilus. IV. Lisi, Mónica, ilus. V. Título. CDD 510.712 Fecha de catalogación: 21/02/2018 Agradecemos la colaboración de las Autoridades de la Facultad de Ciencias Económicas, Jurídicas y Sociales de la U.N.Sa. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723 Impreso en Argentina – Printed in Argentina Queda prohibida la reproducción total o parcial del texto de la presente obra en cualquiera de sus formas, electrónica o mecánica, sin el consentimiento previo y escrito del autor. mailto:impeco@unsa.edu.ar Página 2 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena MATEMÁTICA I Esp. Angélica E. Astorga de Bárcena y Prof. Mónica Lisi Las matemáticas tienen invenciones muy sutiles y que pueden servir de mucho, tanto para contentar a los curiosos como para facilitar todas las artes y disminuir el trabajo de los hombres. Descartes Página 3 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Angélica Elvira Astorga de Bárcena: Profesora en Matemática y Física (otorgado por la Facultad de Ciencias Exactas de la U.N.Sa.) y Especialista en Investigación Educativa (otorgado por la Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la U.N.T.). Actualmente es Profesora Titular Regular de la Cátedra Matemática I de primer año de las carreras de Contador Público Nacional, Licenciatura en Economía y Licenciatura en Administración y Coordinadora del Area de Matemática del Servicio de Apoyo Educativo (SAE) de la Facultad de Ciencias Económicas, Jurídicas y Sociales de la Universidad Nacional de Salta. Mónica Lisi: Profesora en Matemática y Física (otorgado por la Facultad de Ciencias Exactas de la U.N.Sa.) Actualmente es Profesora Asociada Regular de la Cátedra Matemática I de primer año de las carreras de Contador Público Nacional, Licenciatura en Economía y Licenciatura en Administración de la Facultad de Ciencias Económicas, Jurídicas y Sociales de la Universidad Nacional de Salta. Página 4 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Agradecemos a Dios: Por permitirnos existir A nuestras familias: por la paciencia e incondicional ayuda. A todos nuestros alumnos: por compartir las experiencias de aprendizajes Página 5 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Índice General ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 26 LEYES LÓGICAS .................................................................................................................. 26 IMPLICACIONES ASOCIADAS .......................................................................................... 33 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 34 MÉTODOS AXIOMÁTICOS................................................................................................. 36 Método Directo ................................................................................................................... 37 Método Indirecto o Contra recíproco .................................................................................. 37 El Método de Reducción por el Absurdo ............................................................................ 38 Refutación por Contraejemplo ............................................................................................ 39 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 41 Principio de Inducción Completa o Matemática ................................................................. 42 SÍNTESIS ................................................................................................................................ 44 CAPÍTULO II ............................................................................................................................. 45 CONJUNTOS NUMÉRICOS ..................................................................................................... 45 REFERENCIA HISTÓRICA .................................................................................................. 45 CONJUNTO DE NÚMEROS REALES ................................................................................. 46 La Estructura de los Números Reales.................................................................................. 47 Resta y División de Números Reales .................................................................................. 49 Potencia y Raíz de Números Reales .................................................................................... 52 Definición de potencia de un número real : ............................................................. 52 Definición de raíz enésima de un número real: ....................................................... 52 Sea ,Ra entonces: ........................................................................................................... 52 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 53 Teoremas sobre potencias y raíces ...................................................................................... 54 LA RECTA REAL .................................................................................................................. 54 Relación de Orden en los Reales ......................................................................................... 55 Teoremas o leyes para la relación de orden en los números reales ..................................... 57 Leyes de Monotonía ............................................................................................................ 60 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 62 INTERVALOS ........................................................................................................................ 64 Aplicaciones de desigualdades a inecuaciones ................................................................... 66 PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ................................................................................. 67 VALOR ABSOLUTO DE UN NÚMERO REAL .................................................................. 68 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 68 Propiedades o teoremas con valor absoluto ........................................................................ 70 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 76 Aplicaciones en Inecuaciones y Desigualdades .................................................................. 77 LOS NÚMEROS COMPLEJOS .............................................................................................78 Operaciones con Números Complejos ............................................................................... 81 SÍNTESIS ................................................................................................................................ 84 file:///J:/Matemática%20I/2018/Teoría/Libro%20de%20Teoría%202018%20para%20Imprenta.docx%23_Toc502046365 Página 6 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena CAPÍTULO III ............................................................................................................................ 85 POLINOMIOS ............................................................................................................................ 85 REFERENCIA HISTÓRICA ................................................................................................. 85 POLINOMIO DE GRADO n .................................................................................................. 86 TIPOS DE POLINOMIOS ...................................................................................................... 86 IGUALDAD DE POLINOMIOS ........................................................................................ 86 OPERACIONES CON POLINOMIOS .............................................................................. 87 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 89 Multiplicación de un Polinomio por un Escalar (un número real cualquiera)..................... 89 Multiplicación de Polinomios ............................................................................................. 90 VALOR NUMÉRICO DE UN POLINOMIO ........................................................................ 91 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................... 91 Raíz o Cero de un Polinomio .............................................................................................. 91 Factor de un Polinomio ....................................................................................................... 91 Polinomio Irreducible .......................................................................................................... 92 ALGORITMO DE LA DIVISIÓN DE POLINOMIOS .......................................................... 92 Teorema del Resto ............................................................................................................... 93 Teorema del Factor.............................................................................................................. 94 FACTORIZACIÓN DE POLINOMIOS ................................................................................. 96 Teorema Fundamental del Álgebra ..................................................................................... 97 Teorema 1: Teorema de D’Alembert .................................................................................. 97 Multiplicidad de una Raíz ................................................................................................... 98 Teorema 4: Teorema de Gauss .......................................................................................... 101 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 105 SÍNTESIS .............................................................................................................................. 108 CAPÍTULO IV .......................................................................................................................... 109 ECUACIONES E INECUACIONES ........................................................................................ 109 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 109 ECUACIÓN .......................................................................................................................... 109 Clasificación de las ecuaciones ......................................................................................... 110 Solución o raíz o cero de una ecuación ............................................................................. 111 Conjunto solución ............................................................................................................. 111 Ecuaciones Equivalentes ................................................................................................... 111 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 113 Ecuaciones Polinómicas .................................................................................................... 115 Ecuación lineal o de primer grado con una incógnita ....................................................... 115 Ecuación cuadrática o de segundo grado con una incógnita ............................................. 116 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 120 Ecuaciones con valor absoluto .......................................................................................... 123 Ecuaciones racionales ....................................................................................................... 124 Página 7 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Ecuaciones con radicales o irracionales ............................................................................ 125 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 126 SÍNTESIS .............................................................................................................................. 129 INECUACIÓN CON UNA VARIABLE .............................................................................. 130 Inecuaciones Equivalentes ................................................................................................ 131 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 133 TIPOS DE INECUACIONES ............................................................................................... 134 Inecuación lineal ............................................................................................................... 134 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 135 Inecuaciones cuadráticas ................................................................................................... 136 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 140 Inecuaciones Polinómicas ................................................................................................. 141 Inecuaciones Racionales ................................................................................................... 143 Inecuaciones con Radicales ............................................................................................... 147 Inecuaciones con Valor Absoluto...................................................................................... 148 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 150 SÍNTESIS .............................................................................................................................. 151 CAPÍTULO V ........................................................................................................................... 152 OPERADORES ......................................................................................................................... 152 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 152 SUMATORIA .......................................................................................................................153 PRODUCTORIA .................................................................................................................. 157 FACTORIAL ........................................................................................................................ 158 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 158 NÚMEROS COMBINATORIOS ......................................................................................... 161 Números Combinatorios Complementarios ...................................................................... 161 Fórmula de Stiefeel o de Recurrencia ............................................................................... 162 Triángulo de Tartaglia (triángulo aritmético) .................................................................... 163 POTENCIA DE UN BINOMIO ........................................................................................... 164 Teorema del Binomio o Binomio de Newton ................................................................... 165 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 167 SÍNTESIS .............................................................................................................................. 169 CAPÍTULO VI .......................................................................................................................... 170 MATRICES Y DETERMINANTE .......................................................................................... 170 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 170 MATRIZ ............................................................................................................................... 171 TIPOS DE MATRICES ........................................................................................................ 172 Matrices Rectangulares ..................................................................................................... 172 Matrices Cuadradas ........................................................................................................... 173 IGUALDAD DE MATRICES .............................................................................................. 175 OPERACIONES MATRICIALES ....................................................................................... 176 Suma .................................................................................................................................. 176 Producto de una Matriz por un Escalar ............................................................................. 177 OTROS TIPOS DE MATRICES .......................................................................................... 178 Página 8 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Matriz Traspuesta .............................................................................................................. 178 Matriz Simétrica ................................................................................................................ 178 Matriz Antisimétrica ........................................................................................................ 179 PRODUCTO DE MATRICES .............................................................................................. 179 Producto de dos Matrices .................................................................................................. 180 APLICACIONES DE LAS OPERACIONES CON MATRICES ........................................ 183 OPERACIONES ELEMENTALES ENTRE LAS FILAS DE UNA MATRIZ ................... 185 Matrices Equivalentes por Filas en su Rango ................................................................... 185 Triangularización de Matrices ........................................................................................... 185 Diagonalización de Matrices ............................................................................................. 185 RANGO................................................................................................................................. 186 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 188 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 189 DETERMINANTE ............................................................................................................... 189 Menor Complementario del Elemento aij de una Matriz Cuadrada ................................... 189 Cofactor del Elemento aij de una Matriz de Orden n ........................................................ 190 MÉTODO DE LAPLACE .................................................................................................... 190 Determinante de Orden Uno ............................................................................................. 190 Determinante de Orden Dos .............................................................................................. 190 Determinante de Orden Tres ............................................................................................. 191 Regla de Sarrus.................................................................................................................. 192 Determinante de Orden Arbitrario .................................................................................... 192 MATRIZ ADJUNTA ............................................................................................................ 196 MATRIZ INVERSA ............................................................................................................ 197 Cálculo de la Matriz Inversa ............................................................................................. 198 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 200 SÍNTESIS DE MATRICES Y DETERMINANTE .............................................................. 203 CAPÍTULO VII ........................................................................................................................ 204 SISTEMAS DE ECUACIONES E INECUACIONES LINEALES ......................................... 204 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 204 Ecuación lineal con n incógnita......................................................................................... 204 Solución de una ecuación lineal con n incógnita .............................................................. 204 SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES ....................................................................... 204 Conjunto solución ............................................................................................................. 206 Sistemas de ecuaciones equivalentes ................................................................................ 206 Notación matricial de un sistema ...................................................................................... 208 Matriz del sistema ............................................................................................................. 209 Clasificación de los sistemas de ecuaciones ...................................................................... 210 ANÁLISIS Y RESOLUCIÓN DE SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES ............... 210 Teorema de Rouché-Frobenius ......................................................................................... 211 Métodos de resolución ...................................................................................................... 211 Página 9 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Métodográfico para un sistema de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas .............. 212 Método de Gauss (por reducción) ..................................................................................... 213 Método matricial (por inversión de la matriz) ................................................................... 217 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 218 Regla de Cramer ................................................................................................................ 219 Sistema de ecuaciones homogéneo ................................................................................... 221 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 222 SÍNTESIS DE SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES............................................... 225 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 226 INECUACIÓN LINEAL CON n INCÓGNITAS ................................................................ 226 SISTEMA DE m INECUACIONES LINEALES CON n INCÓGNITAS ........................... 228 Región Factible ................................................................................................................. 230 PROGRAMACIÓN LINEAL ............................................................................................... 230 Método analítico ................................................................................................................ 232 Esquema práctico para resolver los problemas ................................................................. 235 ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! ............................................................................. 237 SÍNTESIS DE SISTEMAS DE INECUACIONES .............................................................. 243 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 244 Página 10 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena ¿POR QUÉ LA MATEMÁTICA EN LAS CIENCIAS ECONÓMICAS? Las matemáticas son fundamentales en la formación de alumnos en Ciencias Económicas, ya que las mismas poseen, por un lado, un apreciable valor formativo destinado a “enseñar a pensar, fomentar el espíritu crítico y practicar el razonamiento lógico” (Santaló), y por otro lado un alto valor instrumental, ya que proporcionan los elementos necesarios tales como la simbología, teoremas y métodos, que son imprescindibles en la resolución de situaciones problemáticas concretas y en la comprensión de los contenidos de otras asignaturas específicas de la carrera. Antonio Pulido San Román en su artículo Posibilidades y limitaciones de las Matemàticas en la Economía (junio 2002, ps 5 y 6) hace mención, justamente a la importancia que tiene el conocimiento matemático para un estudiante de Ciencias Económicas, cuando en su artículo cita palabras de Manuel Santos, Gérard Debreu y León Walras: Un respeto por todo el desarrollo matemático de la ciencia económica es ampliamente compartido por muchos investigadores: Dentro del campo específico de la Economía, los progresos mediante el uso de técnicas matemáticas en la formulación y análisis de modelos han adquirido una cierta admiración y respeto intelectual, si bien la divulgación y discusión de estos conocimientos se ha visto limitada por las complejidades matemáticas inherentes en estos desarrollos, que no están al alcance de un gran número de economistas. Manuel Santos (político, periodista y economista, presidente de Colombia), subraya el papel central de la construcción matemática en las Ciencias Económicas: "Las Matemáticas son útiles en la construcción de la situación idealizada, siendo un pilar fundamental de nuestra capacidad de raciocinio. Obviamente, las Matemáticas ofrecen las herramientas básicas para la construcción y análisis de modelos, los cuales en una etapa posterior serán evaluados de acuerdo a su poder predictivo". Gérard Debreu, Premio Nobel de Economía de 1983 y uno de los constructores de la moderna economía matemática, en particular del equilibrio general, hace en un artículo de revisión de su vida una profesión de fe en el rigor metodológico y en el enfoque matemático de la economía: Las recompensas de mi fidelidad al rigor fueron muchas. Ese rigor ayudaba a elegir las herramientas matemáticas más adecuadas para un punto concreto de teoría económica. Al adoptar la postura inflexible del matemático, también permitía comprender el comportamiento de los objetos matemáticos, en el deseo de encontrar supuestos cada vez más débiles y conclusiones cada vez más fuertes y en la búsqueda compulsiva de la sencillez. El economista León Walras, indica que en cuanto a aquellos economistas que no saben nada de Matemáticas, que no saben lo que quieren decir las Matemáticas y que aún así han tomado la posición de que las Matemáticas posiblemente no sirvan para elucidar principios económicos, dejemos que sigan repitiendo que «la libertad humana nunca puede expresarse en ecuaciones» o que «las Matemáticas ignoran las fricciones que son todo en la vida social» y otras frases igualmente terminantes y pomposas. No podrán impedir que la teoría de la determinación de precios bajo libre competencia sea una teoría matemática. Incluso a un económetra de la amplitud de miras de Lawrence Klein, Premio Nobel de Economía de 1980, se le asigna una frase tan contundente (y posiblemente tan exagerada) como que las contribuciones no matemáticas a la economía son vagas, burdas y torpes. Los contenidos que tratamos en Matemática, son fundamentales para analizar problemas de equilibrio de mercado, de optimización y de dinámica económica, entre otros, para describir las estructuras de dichos modelos y extraer las conclusiones pertinentes. De ahí la importancia de preparar a los alumnos en una sólida comprensión de los contenidos de Matemática I. Es fundamental que los alumnos “otorguen significado” a los mismos, con la http://es.wikipedia.org/wiki/Presidente_de_Colombia Página 11 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena intención de que les sirvan de fundamento para la resolución de situaciones concretas dentro de la misma, como así también en las distintas asignaturas de su carrera y en su futuro. Página 12 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena CAPÍTULO I LENGUAJE MATEMÁTICO INTRODUCCIÓN Ricardo Grimaux, Cristina Villanueva y Hernán Peretti son tres ejecutivos de una gran empresa. Durante una comida de verano, comentan sus ganancias anuales y dicen lo siguiente: - Ricardo Grimaux: Yo gano $60.000 netos, o sea $20.000 menos que Cristina y $10.000 más que Hernán. - Cristina Villanueva: Yo no soy la que ganas menos. La diferencia de ganancias entre Peretti y yo es de $30.000. Él gana $90.000 al año. - Hernán Peretti: Yo gano menos que Ricardo. Él gana $70.000 al año y Cristina gana $30.000 más que Ricardo. Cada uno de ellos ha hecho dos apreciaciones ciertas y una falsa. ¿Sabría deducir cuáles son sus respectivas ganancias anuales? Extraído de Ejercita tu mente. Tomo 8 (2012) Ediciones de Mente La solución de la situación planteada es: Ricardo gana $70.000, Cristina $90.000 y Hernán $60.000. Ricardo miente en su primera afirmación, mientras que Cristina y Hernán mienten en la tercera. En esta situación se usa un poco de lógica (de razonamiento) y es por ello que en este capítulo se introducirá en el mundo de la lógica. ¿Por qué es necesario estudiar Lógica y en particular Lógica Simbólica? Diversas son las razones; una de ellas, porque en las distintas materias de las carreras que cursan fundamentalmente las del ciclo matemático, tendremos que demostrar a menudoque ciertos enunciados son verdaderos o falsos y encontraremos respuestas en la Lógica Proposicional. Generalizando un poco más, podemos decir que la Lógica Simbólica constituye una herramienta de gran valor para comprender en la manera que se organizan los conocimientos científicos en teorías, ya que éstas suponen un lenguaje y una forma de razonamiento particular. Tanto en la vida diaria como, sobre todo, en la investigación científica, el hombre debe muchos de sus éxitos o fracasos a la eficacia de sus argumentos (o razonamiento). Cuando construye buenos argumentos, éstos le permiten conocer mejor la realidad, en tanto que, un mal argumento, con frecuencia le hace más largo el camino hacia el conocimiento verdadero. Etimológicamente la palabra lógica proviene del término griego LOGOS que traducimos por palabra, razón, discurso. La lógica, la disciplina que se ocupa de los principios generales del razonamiento, fue sistematizada por Aristóteles en el Siglo IV a.C, quien dominó el pensamiento lógico durante 2000 años, hasta el advenimiento de Leibniz (1646-1716). En los trabajos de Leibniz, se encuentran, en germen, las ideas de lógica simbólica o lógica matemática. El período inicial de formación de la lógica simbólica culmina con la publicación de la monumental obra Principia Matemática (1910-1913) de Alfred Whitehead y Bertrand Russel. Todo desarrollo matemático exige razonar en forma válida acerca de cosas trascendentes y particularmente abstractas. Para ello necesitamos definir conceptos Página 13 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena básicos con los que trabajaremos en el tema Lógica, tales como lo son proposición y forma proposicional y así tenemos: PROPOSICIÓN La lógica está en relación con la gramática. Una oración generalmente tiene sujeto y predicado, y en éste último aparece el verbo. Es decir que para identificar si una oración es una proposición debemos determinar si la misma es verdadera o falsa. Por ello la definición de proposición es la siguiente: Si en la oración hay un solo sujeto (núcleo) y un solo predicado que se refiere a dicho sujeto, recibe el nombre de proposición simple. Ejemplos: Determinar si las siguientes expresiones son proposiciones simples o no. a) ¿Qué comisión de trabajos prácticos me toca? b) ¡Ayúdame a estudiar! c) Los números naturales pares son enteros. d) El pizarrón es verde. e) 3 + 2 < 5 f) x + 5 = 1 Las expresiones a) y b) no son proposiciones, porque la primera es una oración interrogativa cuyo valor de verdad desconocemos, mientras que la segunda es una oración exclamativa de la cual tampoco podemos determinar si es verdadera o falsa. La oración c) que tiene como sujeto Los números naturales pares y como predicado son enteros es una proposición simple cuyo valor de verdad es VERDADERO (V), porque todos los números naturales son números enteros. La oración d) no es una proposición porque tampoco podemos asignar el valor de verdadero o falso, ya que pizarrón (sujeto) es una variable (en este caso no sabemos a qué pizarrón se refiere). Al igual que la expresión f) tampoco es una proposición, porque el sujeto es x + 5 donde aparece una variable. A estas oraciones las denominamos Formas o Funciones Proposicionales, que luego las trabajaremos con mayor detalle. La oración e) es una proposición simple, donde el sujeto es 3 más 2 y el predicado es menor a 5. Podemos decir que su valor de verdad es FALSO (F). El sentido de verdad en una teoría matemática es el siguiente: A un axioma lo definimos como todo enunciado que lo consideramos verdadero, que no requiere ser demostrado. Definición: Una proposición es un juicio declarativo que puede ser verdadero (V) o falso (F), o toda oración respecto de la cual puede decidirse si es verdadera o falsa. Una proposición p es verdadera si es un axioma de la teoría o si es demostrable por reglas válidas de la teoría a partir de axiomas de la misma. Página 14 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena A las proposiciones las representamos con letras minúsculas p, q, r, s, etc; por ello, si p es una proposición, su valor de verdad lo denotamos con v(p). Por ejemplo Fpv ó Vpv . Ahora continuamos con el otro concepto muy necesario en lógica, como lo es: FUNCIONES O FORMAS PROPOSICIONALES La oración x es divisible por tres no es una proposición porque no podemos decir nada acerca de su verdad o falsedad, dado que desconocemos el valor de la variable x. A expresiones de este tipo las denominamos forma o funciones proposicionales y las simbolizamos p(x): x es divisible por tres. Entonces la definición de forma proposicional es la siguiente: Ya dijimos que el enunciado x es divisible por tres no es verdadero ni falso; a esta función proposicional la podemos transformar en proposición. Para ello responderemos a la siguiente pregunta: ¿Cómo transformar una función proposicional en proposición? Una función proposicional tendrá la cualidad de proposición cuando se dé alguno de estos dos caminos: uno, cuando a la variable x la reemplazamos por ciertos valores y el otro, cuando cuantificamos a la variable. Para el primer camino tenemos los siguientes ejemplos. Dada la función proposicional p(x): x es divisible por 3 Si x = 2, entonces p(2): 2 es divisible por 3. Esta oración es Falsa, es decir que la forma proposicional la hemos transformado en una oración de la cual sabemos su valor de verdad; o sea que ahora, es una proposición. Si x = 6, entonces p(6): 6 es divisible por 3. Esta oración ahora es Verdadera. Es decir que con el nuevo valor de x, la transformamos en una oración verdadera, o sea en una proposición. Éste es un ejemplo de un enunciado abierto, el cual, como vimos, es una proposición sólo cuando la variable es reemplazada por los nombres particulares de los objetos. A la colección de objetos que a un enunciado abierto lo transforma en una proposición verdadera, la denominamos conjunto de verdad del enunciado. Sea 162 x:xq , tomamos el conjunto de los números reales como el universo, el conjunto de verdad de xq es 44; . Si el universo fuera el conjunto de los números naturales, entonces el conjunto de verdad sería sólo 4 . También habíamos mencionado otro camino para transformar funciones proposicionales en proposiciones. A este proceso lo denominamos Cuantificación. Así tenemos el símbolo llamado cuantificador universal y el símbolo , cuantificador existencial. Definición: Función proposicional en una variable o indeterminada x, es toda oración en la cual figura x como sujeto. Página 15 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Al cuantificador Universal lo traducimos como: todos, cada uno, cualquiera. Al cuantificador Existencial lo traducimos como: existe, hay, algunos, alguien, existe al menos. Una función proposicional cuantificada queda expresada de alguna de las siguientes maneras: xpx , ó xpx : Por ello es importante tener en cuenta lo siguiente: Así tenemos los siguientes ejemplos: Ejemplo1: El cuadrado de todos los números reales es positivo. Donde la variable x: los números reales, la función proposicional q(x): x2 es positivo. Simbólicamente: xqRx , ; usando lógica. O bien en símbolos matemáticos también lo expresamos 02 , xRx Esta forma proposicional cuantificada (proposición) es F, porque para el real x = 0 no verifica la desigualdad. Ejemplo 2: El cuadrado de algunos números reales es positivo. Donde la variable x: números reales, la forma proposicional q(x): x2 es positivo. Simbólicamente: xqRx : ; usando lógica. O bien en símbolos matemáticos lo expresamos 02 : xRx Esta forma proposicional cuantificada (proposición) es V, porque existen números reales (para los reales distintos de cero), cuyo cuadrado es positivo. En lógica, no siempre usamos solo enunciados con proposiciones o formas proposicionales simples, por lo tanto necesitaremos símbolos y conectivos que permitan obtener expresiones más complejas. Y así tenemos los conectivos lógicos. CONECTIVOS LÓGICOS – PROPOSICIONES Y FORMAS PROPOSIONALES COMPUESTAS A menudos tenemos enunciados en los que relacionamos dos o más proposiciones o forma proposicionales simples. Por ejemplo: Los números enteros y los fraccionarios son racionales. Página 16 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Los números son pares o impares. Si los números racionales considerados son fracciones de denominador uno, entonces dichos números son enteros. 8 es divisible por dos si y sólo si es par. Estas oraciones donde vinculamos dos o más proposiciones o formas proposicionales simples las denominamos proposición compuesta o forma proposicional compuesta. El vínculo lo establecemos a través de los llamados Conectivos Lógicos. Por ello definimos a continuación el concepto de conectivo. Ahora analizaremos con mayor detalle, los enunciados anteriores, determinando las proposiciones o funciones proposicionales simples que la forman y sus conectivos: Los números enteros y las fracciones son racionales. Es una proposición compuesta. Las proposiciones simples que intervienen son: p: Los números enteros son racionales. q: Los números fraccionarios son racionales. Conectivo: en este enunciado el conectivo es y El número x es múltiplo de dos o de tres. Es una función proposicional compuesta Donde la variable es el número x y las formas proposicionales simples que intervienen son: r(x): x es múltiplo de dos. s(x): x es múltiplo de tres. Conectivo: en este enunciado el conectivo es o ,Rx si x es un número par, entonces su cuadrado también es par. Es una función proposicional compuesta cuantificada La variable es x y las formas proposicionales simples que intervienen son: t(x): x es un número par. u(x): x2 es número par. Conectivo: La vinculación se establece a través del conectivo Si … entonces. 8 es divisible por dos si y sólo si es par. Es una proposición compuesta. Las proposiciones simples que intervienen son: p: 8 es divisible por dos. q: 8 es par. Conectivo: las proposiciones simples están conectadas ahora por el conectivo … si y sólo si … Definición: Los conectivos son partículas lógicas mediante los cuales se concectan dos o más proposiciones o formas proposicionales simples, o se modifica una proposición o función proposicional dada. Página 17 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Los Conectivos Lógicos que usaremos son los siguientes, que lo simbolizamos y lo traducimos: Tabla 1: Conectivos Lógicos Símbolo Traducción ^ y ˅ o Si … entonces ” … si y sólo si … En forma sintética podemos decir que: Todos estos conectivos que vimos en los ejemplos anteriores nos permiten obtener proposiciones o formas proposicionales compuestas. Por ello definiremos: Una oración que representa a una proposición o forma proposicional compuesta puede tener un sujeto y varios predicados o bien varios sujetos y un solo predicado. Ejemplo 1: 9 es un número natural impar y divisible por tres En este caso, la oración está formada por dos proposiciones simples p y q ligadas a través del conectivo lógico y, donde la proposición p: 9 es un número natural impar, y la proposición q: 9 es un número natural divisible por tres. La forma simbólica de esta oración es p q; y este símbolo lo veremos luego, con detalle. Ejemplo 2: Todo número es impar o es divisible por tres. Ahora en cambio, la oración está formado por dos formas proposiciones simples cuantificadas p(x) y q(x) ligadas a través del conectivo lógico o; donde la variable x es número, p(x): x es impar, q(x): x es divisible por tres y :todo La expresión simbólica de esta oración es xqxpx , y este símbolo también lo veremos con mayor detalle más adelante. TABLA DE VERDAD PARA PROPOSICIONES Como ya dijimos, una proposición simple es verdadera o es falsa. Por ese motivo su tabla de verdad consta sólo de dos valores posibles. Definición: Una proposición o forma proposicional compuesta es aquella que obtenemos a partir de dos o más proposiciones o formas proposicionales simples ligadas por los conectivos lógicos. Página 18 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Tabla 2: Valores posibles para una sola proposición p V F El valor de verdad de una proposición compuesta lo determinamos conociendo el valor de verdad de las proposiciones simples que la forman. La tabla de verdad de una proposición es un cuadro que determina si esta es verdadera o falsa, teniendo en cuenta todas las formas posibles que pueden presentarse al vincular las proposiciones simples que intervienen. Si hay dos proposiciones simples p y q, puede ocurrir que ambas sean verdaderas; o bien, la primera verdadera y la segunda falsa; o falsa la primera y la segunda verdadera o ambas falsas. Estos valores de verdad los visualizamos en la siguiente tabla: Tabla 3: Valores posibles para dos proposiciones p q V V V F F V F F De manera sintética podemos decir: si es una sola proposición simple que interviene en una oración hay dos posibilidades, si son dos las proposiciones, hay cuatro posibilidades; si son tres, ocho; si son cuatro, dieciseís y así en general si se vinculan n proposiciones habrá 2n posibilidades en la tabla de verdad. A las tablas de verdad las usamos con las proposiciones simples o compuestas, para estudiar todos los posibles valores de verdad; sin embargo, no ocurre esto con las formas proposicionales. NEGACIÓN DE PROPOSICIONES O FORMAS PROPOSICIONALES Negación de una Proposición La negación de una proposición simple es una operación unitaria, pues a partir de una proposición obtenemos otra, que es su negación. Ejemplo: Sea la proposición p: 2 es un número natural par. La negación es ~p: 2 no es un número natural par. O también podemos expresar como No es cierto que 2 es un número natural par. El valor de verdad de la negación de una proposición p es contrario al valor de verdad de la proposición p; esto lo vemos en la siguiente tabla de valores: Tabla 4: Valores de verdad para negación de proposición p ~ p Definición: Dada una proposición p, su negación se denota con ~ p y significa que no es cierto que ocurra p. Página 19 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Puede suceder que un enunciado esté expresado en términos negativos, como por ejemplo 2 no es un número impar. Y también es posible que definamos la proposición, de la siguiente manera, p: 2 no es un número impar, con lo cual su negación sería ~p: 2 es un número impar. Entonces, lo importante está en que definamos clara y explícitamente cual es la proposición o forma proposicional que vamos a considerar, inclusive, desde allí proponer su negación, si nos lo requieren. V F F V Y ahora a tener en cuenta que: Ejemplo 3: Sea la proposición compuesta “9 es un número natural impar y divisible por tres”. Llamamos p: 9 es un número natural impar y q: 9 es un número natural divisible por tres. La negación es “No es cierto que, 9 es un número natural impar y divisible por tres” que es equivalente a decir: “9 no es un número natural impar o no divisible por tres” Esto lo veremos con detalle en el tema leyes lógicas y en particular paralas negaciones. Negación de una Forma Proposicional Cuantificada La negación de una función o forma proposicional simple es una operación unitaria, pues a partir de una forma proposicional obtenemos otra, que es su negación. Ejemplo1: Sea la función proposicional p(x): x es un número natural impar. Su negación es ~ p(x): x no es un número impar. O también podemos expresar como no es cierto que x es un número impar. Ahora indicaremos las negaciones de los cuantificadores: La negación del cuantificador Universal es el cuantificador Existencial y lo expresamos así: xpxxpx ~~ :, . La negación del cuantificador Existencial es el cuantificador Universal y lo expresamos: xqxxqx ~~ :: Definición: Dada una función proposicional p(x), su negación se denota con ~ p(x) y significa que no es cierto que ocurra p(x). Página 20 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Ejemplo 2: Expresar simbólicamente la siguiente forma proposicional cuantificada, negarla y traducirla al lenguaje coloquial. Cualquiera que sea el número entero, existe otro entero que sumado a él da cero” Simbólicamente: 0:, yxZyZx La negación es: ~ 0,:0:, yxZyZxyxZyZx Coloquialmente: Existe un número entero tal que sumado a cualquier otro entero da distinto de cero. Observación: La expresión ninguno se traduce como todos no …. Ejemplo 3: Expresar simbólicamente “Ningún número natural es un entero negativo”, negarla y traducirla al lenguaje coloquial. Esta expresión es equivalente a expresar “Todos los números naturales no son enteros negativos”; donde x: número natural, Ningún: y p(x): x es un entero negativo. Simbólicamente: xpx ~, y su negación es: xpxxpx :, ~~ Coloquialmente: Algunos números naturales son enteros negativos. OPERACIONES LÓGICAS Al proceso que permite construir nuevas proposiciones o formas proposicionales a partir de otras, usando los conectivos lo denominamos Operación Lógica. Las operaciones lógicas que obtenemos al vincular las proposiciones o funciones proposicionales mediante los distintos conectivos son: conjunción, disyunción, condicional y bicondicional. Tabla 5: Conectivos lógicos y simbolización de operaciones lógicas Símbolo del conectivo Operación Asociada Simbolizamos y leemos Conjunción qp ( p y q) Disyunción qp ( p ó q ) Implicancia o Condicional qp (Si p entonces q ) Doble implicancia o Bicondicional qp (p si y sólo si q ) Conjunción Definición: La conjunción de las proposiciones “p y q” es la proposición qp que sólo es verdadera si las dos proposiciones p y q son verdaderas. En todo otro caso es falsa. Página 21 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Usaremos el conectivo y cuando aparezcan las palabras pero, sin embargo, también, etc. La expresión ni significa y no … Tabla 6: Valores de verdad para la conjunción Ejemplos: Identificar las proposiciones simples que intervienen, escribirlas simbólicamente y determinar el valor de verdad de cada enunciado: 6 es un número natural múltiplo de 3 y 2 es un número natural cuadrado perfecto. Proposiciones Simples: p: 6 es un número natural múltiplo de 3 v (p) = V q: 2 es un número natural cuadrado perfecto v (q) = F Simbólicamente: qp v qp = F 8 es un número entero divisible por cuatro y también es par. Proposiciones Simples: p: 8 es un número entero divisible por 4 v (p) = V q: 8 es un número entero par v (q) = V Simbólicamente: qp v qp = V 25 es un número natural divisible por 2, sin embargo no es de 5 Proposiciones Simples: p: 25 es un número natural divisible por 2 v (p) = F ~ q: 25 no es un número natural divisible por 5 v (~q) = F Simbólicamente: ~qp v ~qp = F p q p q V V V V F F F V F F F F Página 22 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena 7 no es un número entero divisible por 2 ni por 3. Proposiciones Simples: ~ p: 7 no es un número entero divisible por 2 v (~ p) = V ~ q: 7 no es un número entero divisible por 3 v (~ q) = V Simbólicamente: ~q~p v ~q~p = V Disyunción Tabla 7: Valores de verdad para la disyunción p q q p V V V V F V F V V F F F Ejemplo: Identificar las proposiciones simples que intervienen, escribirlas simbólicamente y determinar el valor de verdad de cada enunciado. 22 es un número natural par o un múltiplo de 11 Las proposiciones simples que intervienen son: p: 22 es un número natural par v (p) = V q: 22 es un número natural múltiplo de 11 v (q) = V Simbólicamente: q p v qp = V 5 es mayor o igual a 2 Las proposiciones simples que la forman son: p: 5 es mayor a 2 v (p) = V q: 5 es igual a 2 v (q) = F Simbólicamente: qp v qp = V Implicación o Condicional Definición: La disyunción de las proposiciones “p y q” es la proposición qp que sólo es falsa si las dos proposiciones p y q son falsas. En todo otro caso es verdadera. Definición: La implicación de las proposiciones p y q es la proposición qp , donde p recibe el nombre de antecedente y q de consecuente. Una implicación sólo es falsa cuando el antecedente es verdadero y el consecuente falso. En todo otro caso es verdadera. Página 23 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Tabla 8: Valores de verdad para la implicación Ejemplo: Si el número 2 es mayor que –2, entonces 22 es mayor que (-2)2 Proposiciones Simples que intervienen: p: el número 2 es mayor que -2 v (p) = V q: 22 es mayor que (-2)2 v (q) = F Simbólicamente: qp v qp = F Condición Necesaria y Condición Suficiente Para explicar la terminología de necesario y suficiente, recurriremos a un ejemplo simple. El hecho de que todo salteño es argentino podemos expresarlo mediante el siguiente condicional: Si él es salteño, entonces él es argentino p q antecedente consecuente Ó mediante la siguiente proposición: Si él es salteño, él necesariamente es argentino. Cambiemos un tanto la redacción de esta última proposición en dos formas siguientes: 1- Que él sea argentino es condición necesaria para que él sea salteño q p Una condición necesaria para que él sea salteño es que él sea argentino p q Por otro lado, ¿qué él sea argentino es suficiente para que él sea salteño? Es evidente que no. Pero si cambiamos el orden, estaremos de acuerdo en aceptar las proposiciones: 2- Que él sea salteño es condición suficiente para que él sea argentino p q Una condición suficiente para que él sea argentino es que sea salteño. q p p q qp V V V V F F F V V F F V Página 24 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Algunas palabrasque preceden al consecuente son: entonces, por consiguiente, luego, se sigue que, por lo tanto, por esto, solo si, siempre. Algunas palabras que preceden al antecedente son: si, como, por, pues, puesto que, ya que, en tanto que, cuando. Otras formas equivalentes de expresar la oración “Si Juan Martín es salteño, entonces él es argentino” son las siguientes: Juan Martín es argentino, si es salteño. Si Juan Martín es salteño, es argentino Juan Martín es salteño, sólo si es argentino. Juan Martín es salteño, solamente si es argentino. Para que Juan Martín sea salteño, debe ser argentino. Juan Martín es argentino, cuando sea salteño. Como Juan Martín es salteño, él es argentino. En forma sintética: si expresamos simbólicamente con p al antecedentes y con q al consecuente, el condicional qp expresado en las oraciones anteriores podemos leerlo de las siguientes maneras: Si p, entonces q Una condición necesaria para p es q q si p p es condición suficiente para q Si p, q Una condición suficiente para q es p p, sólo si q Para que p, q p solamente si q Cuando p, q p (hipótesis) entonces q (tesis) Como p, q q es condición necesaria para p Doble Implicación o Bicondicional o Equivalencia Definición: La doble implicación de las proposiciones “p y q” es la proposición qp y sólo es verdadera si ambas proposiciones tiene el mismo valor de verdad. En todo otro caso es falsa. Página 25 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena La expresión q p es equivalente a pq qp Tabla 9: Valores de verdad para la doble implicación p q q p V V V V F F F V F F F V El bicondicional q p también lo leemos de las siguientes maneras: p equivale a q p si y sólo si q p es equivalente a q p vale tanto como q p es lo mismo que q p siempre y cuando q Ejemplos: El cuadrado de dos es par si y sólo si la base dos es par Proposiciones Simples: p: El cuadrado de dos es par q: la base dos es par Simbólicamente: q p La suma entre cuatro y seis es un número par, siempre y cuando cuatro y seis sean números pares. Proposiciones Simples: p: La suma entre cuatro y seis es un número par q: los números cuatro y seis son pares Simbólicamente: q p Ejemplo: La oración “El cuadrado de un número natural es par si y sólo si la base es par” es equivalente a decir “Si el cuadrado de un número natural es par, entonces la base es par y, si la base del cuadrado de un número natural es par, entonces el cuadrado es par”. Página 26 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! 1) Si p y r son proposiciones verdaderas y q es falsa, determinar el valor de verdad de: a) qrqp ~~ b) r~prqr ~~ a) qrqp ~~ es Falsa FV F V FV F F V F b) r~prqr ~~ es Verdadera FFVF F F V F V F F 2) ¿Qué condiciones debe satisfacer p, q y r para que la siguiente proposición sea : a) rqrqp ~~ Falsa b) qpqpp Verdadera a) rqrqp ~~ Falsa F F FV FV De allí concluimos que: v(r) = F; v (q) = F y v (p) = F b) qpqpp Verdadera V V VV VV De allí concluimos que: v (q) = V y v (p) = V 3) Sean p, q, r, tres proposiciones tales que r es falsa, q p ~ y rq son verdaderas, decidir el valor de verdad de p Como rq es Verdadera y Frv , entonces VFF Fqv Como q p ~ es Verdadera y Fqv , entonces VVV Vpv LEYES LÓGICAS Sea la proposición qpqp cuya tabla de verdad presentamos a continuación: Tabla 10: Tabla de verdad de la proposición compuesta p q qp pqp qpqp Página 27 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Una ley lógica es una equivalencia entre dos proposiciones compuestas dadas. Toda ley lógica siempre es una tautología, mientras que no toda tautología es una ley lógica. V V V V V V F F F V F V V F V F F V F V Esta proposición compuesta es V independientemente de los valores de verdad de las proposiciones componentes. Decimos entonces que tal proposición es una Tautología. Otro ejemplo de tautología es pp ~ . En cambio pp ~ es siempre falso cualquiera sea el valor de verdad de p; en este caso decimos que es una Contradicción. Tabla 11: Tabla de verdad correspondiente a una contradicción lógica Si la tabla de verdad de una operación da como resultado algunos valores verdaderos y otros falsos a la proposición compuesta la denominamos Contingencia. En general, las leyes lógicas son necesarias para probar la equivalencia entre dos expresiones dadas y las demostramos usando tablas de valores y así tenemos: Involución: ~(~p ) p p ~p pp ~ V F F F V F Definición: una proposición compuesta es una tautología cuando el valor de verdad es siempre verdadero cualquiera sean los valores de verdad de las proposiciones que la componen. Página 28 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Tabla 12: Tabla de verdad correspondiente a la Involución p ~p ~p ~ p~p ~ V F V V F V F V De la tabla de verdad concluimos que p~p~ es una tautología. Idempotencia: a) Para la conjunción ppp Tabla 13: Tabla de verdad correspondiente a la Idempotencia para la Conjunción p pp ppp V V V F F V De la tabla de verdad concluimos que ppp es una tautología. b) Para la disyunción ppp Tabla 14: Tabla de verdad correspondiente a la Idempotencia para la Disyunción p pp ppp V V V F F V De la tabla de verdad concluimos que ppp es una tautología Conmutatividad a) de la conjunción pqqp Tabla 15: Tabla de verdad correspondiente a la Conmutatividad de la Conjunción p q qp pq pqqp V V V V V V F F F V F V F F V F F F F V De la tabla de verdad concluimos que [ pqqp ] es una tautología b) de la disyunción pqqp Tabla 16: Tabla de verdad correspondiente a la Conmutatividad de la Disyunción p q qp pq pqqp Página 29 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena V V V V V V F V V V F V V V V F F F F V De la tabla de verdad concluimos que pqqp es una tautología. Asociatividad: a) de la conjunción rqprqp Tabla 17: Tabla de verdad de la Asociatividad con respecto a la Conjunción p q r qp rqp rq rqp rqprqp V V V V V V V V V V F V F F F V V F V F F F F V V F F F F F F V F V V F F V F V F V F F F F F V F F V F F F F V F F F F F F F V De la tabla de verdad concluimos que rqprqp es una tautología. b) de la disyunción rqprqp Tabla 18: Tabla de verdad de la Asociatividad con respecto a la Disyunción p q r qp rqp rq rqp rqprqp V V V V V V V V V V F V V V V V V F V V V V V V V F F V V F V V F V V V V V V V F V F V V V V V Página 30 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena F F V F V V V V F F F F F F F V De la tabla de verdad concluimos que rqprqp esuna tautología. Distributividad: a) de la disyunción respecto de la conjunción rqrprqp Tabla 19: Tabla de verdad de la Distributividad de la disyunción con respecto a la Conjunción De la tabla de verdad concluimos que rqrprqp es una tautología. b) de la conjunción respecto de la disyunción rqrprqp Tabla 20: Tabla de verdad de la Distributividad de la conjunción con respecto a la disyunción p q r qp rqp p r q r rqrp rqrprqp V V V V V V V V V V V F V V V V V V V F V F V V V V V V F F F F V F F V F V V F V V V V V F V F F F F V F V F F V F V V V V V F F F F F F F F V p q r qp rqp p r q r rqrp rqrprqp V V V V V V V V V V V F V F F F F V V F V V V V F V V V F F V F F F F V F V V V V F V V V F V F V F F F F V Página 31 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena De la tabla de verdad concluimos que rqrprqp es una tautología. Leyes de De Morgan a) La negación de una conjunción entre dos proposiciones dadas es la disyunción de las negaciones de las proposiciones. Simbólicamente ~q~pqp ~ Tabla 21: Tabla de verdad de la negación de la conjunción entre dos proposiciones P q pq ~ )qp( ~ p ~ q ~ p ~ q ~q~pqp ~ V V V F F F F V V F F V F V V V F V F V V F V V F F F V V V V V De la tabla de verdad concluimos que ~q~pqp ~ es una tautología b) La negación de una disyunción entre dos proposiciones dadas es la conjunción de las negaciones de las proposiciones, y simbólicamente tenemos ~q~pqp ~ . Tabla 22: Tabla de verdad de la negación de la disyunción entre dos proposiciones p q qp ~ )qp( ~ p ~ q ~q~p ~q~pqp ~ V V V F F F F V V F V F F V F V F V V F V F F V F F F V V V V V De la tabla de verdad concluimos que ~q~pqp ~ es una tautología. Negación de una Implicación o Condicional La negación de una implicación es equivalente a la conjunción entre el antecedente y la negación del consecuente, es decir: ~qpqp )(~ . Tabla 23: Tabla de verdad de la negación de una implicación entre dos proposiciones F F V F F F F F V F F F F F F F F V Página 32 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena p q )( qp )( qp~ ~ q ~qp ~qpqp )(~ V V V F F F V V F F V V V V F V V F F F V F F V F V F V De la tabla de verdad concluimos que ~qpqp )(~ es una tautología. Negación de una Doble Implicación o Doble Equivalencia La equivalencia de la negación de una doble implicación son las expresiones dadas simbólicamente: ~qpq~pqp )(~ Tabla 24: Tabla de verdad de la negación de una equivalencia entre dos proposiciones p q )( qp )( qp ~ ~p ~q q~p ~qp qpqp ~~ V V V F F F F F V V F F V F V V V V F V F V V F V V V F F V F V V F F V Ahora realizaremos ejemplos donde aplicamos estas leyes lógicas demostradas anteriormente, para probar la equivalencia de nuevas proposiciones. Y así tenemos: Equivalencia de una implicación Una implicación es equivalente a la disyunción entre la negación del antecedente y el consecuente, es decir: q~ pqp Demostraremos la equivalencia entre las proposiciones dadas, indicando las leyes lógicas usadas. qp~~qp Por ley de Involución ~ qp~qp Por Negación de una Implicación ~ q~~pqp Por ley de De Morgan q~pqp Por ley de Involución Ahora también demostramos otra equivalencia usando leyes lógicas rqprqrp ~~~ rqrprqrp ~~~~~~ Por ley de Involución Página 33 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Directa pqqp ~~ Contrarrecíproca Recíproca qppq ~~ Contraria rqrprqrp ~~~~~~~ Por ley de De Morgan rqrprqrp ~~~~~~~ Por la negación de una implicación rqrprqrp ~~~ Por ley de Involución rqprqrp ~~~ Por distributividad rqprqrp ~~~~ Por ley de De Morgan rqprqrp ~~~ Por equivalencia de una implicación IMPLICACIONES ASOCIADAS A las implicaciones asociadas las utilizamos tanto para las proposiciones como para las formas proposicionales. Sea qp el condicional que llamaremos forma directa (F. D), en conexión a ésta se presentan otras tres que son: Forma Recíproca (F.R) pq Forma Contraria (F.C) qp ~~ Forma Contrarrecíproca (FCR) pq ~~ Si realizamos una tabla de verdad para la forma directa y la forma contrarrecíproca, veremos que tienen los mismos valores de verdad o sea que son equivalentes. De igual manera para la recíproca con la contraria. Ejemplo 1: Expresar en forma simbólica y en lenguaje coloquial las formas asociadas a la expresión “Si 3 es un número natural impar, entonces su cuadrado es impar”. Indicar el valor de verdad de cada una de ellas. Sean p: 3 es un número natural impar q: El cuadrado de 3 es impar La Forma Directa es qp que traducimos: “Si 3 es un número natural impar, entonces su cuadrado es impar”. Esta proposición es verdadera. La Forma Recíproca es pq que traducimos: “Si el cuadrado del número natural 3 es impar, entonces dicho número es impar”. Esta proposición también es verdadera. Página 34 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena La Forma Contraria es qp ~~ que traducimos: “Si el número natural 3 no es impar, entonces su cuadrado no es impar”. Esta proposición es verdadera. La Forma Contra recíproca es pq ~~ que traducimos: “Si el cuadrado del número natural 3 no es impar, entonces dicho número no es impar”. Esta proposición también es verdadera. Ejemplo 2: Encontrar la recíproca y la negación de la contraria de la oración: “Todos los alumnos de Matemática I aprobarán el primer parcial, cuando asistan a las clases teóricas y prácticas y además estudien”. La variable x es: alumnos de Matemática I Cuantificador Universal todos: ∀ Las formas proposicionales simples que intervienen son: p(x): x asistan a las clases teóricas q(x): x asistan a las clases prácticas r(x): x estudien t(x): x aprobarán el primer parcial Simbólicamente: )()()()(, xtxrxqxpx , que es la Forma Directa Simbólicamente la Forma Recíproca es )()()(, xrxqxpxtx Coloquialmente: “Todos los alumnos de Matemática I asistirán a las clases teóricas y prácticas y además estudiarán cuando aprueben el primer parcial”. La Forma Contraria, simbólicamente es: )()()()(,)()()()(, xtxrxqxpxxtxrxqxpx ~~~ ~~~ Coloquialmente: “Todos los alumnos de Matemática I no aprobarán el primer parcial, cuando no asistan a las clases teóricas o prácticas o no estudien” La negación de la Forma Contraria, simbólicamente es: ~ )(:)()()()(, )()()( xtxxtxrxqxpx xrxqxp ~~~~~~~ Coloquialmente: Algunos alumnos de Matemática I no asisten a las clases teóricas o práctica o no estudian pero aprueban el primer parcial. ¡PARA APLICAR CONOCIMIENTOS! Dadas las siguientes premisas determinar: a) Cuál es la variable y los cuantificadores en cada caso, si existen. b) Las proposiciones o formas proposicionales simples que las componen, c) Simbolizar la proposición o forma proposicional compuesta, negarla yretraducirla al lenguaje coloquial. Las clases de consultas presenciales o a través de los foros no son obligatorias, sin embargo, algunos alumnos las necesitan para aclarar las dudas. La variable x es: alumnos Cuantificador Existencial: ∃ Página 35 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena La variable y es: clases de consultas presenciales La variable z es: clases de consultas a través de los foros Proposiciones Simples que intervienen son: yp : y son obligatorias zq : z son obligatorias xr : x necesitan las clases para aclarar dudas Simbólicamente: xx:rz~qy~p La negación es: ~ x~rxzqypxx:r~z~qy~p~xx:rz~qy~p , Coloquialmente: Las clases de consultas presenciales y a través de los foros son obligatorias ó todos los alumnos no las necesitan para aclarar las dudas. Ningún alumno no puede traer su documento para rendir los exámenes parciales o finales. Esto es equivalente a decir Todos los alumnos pueden traer su documento para rendir los exámenes parciales y finales. La variable x es: alumnos Cuantificador Universal: ∀ Proposiciones Simples que intervienen son: xp : x pueden traer su documento para rendir los exámenes parciales. xq : x pueden traer su documento para rendir los exámenes finales. Simbólicamente: )()(, xqxpx La negación es: ~ )(~)(~)()(~ ::)()(, xqxpxqxp xxxqxpx Coloquialmente: Algunos alumnos no pueden traer su documento para rendir los exámenes parciales o finales. Si cada uno de los contribuyentes se inscriben en ganancias y bienes personales, el estado cobra mucho dinero. Solamente algunos cumplirán con el total de sus obligaciones. La variable x es: contribuyentes la variable z es: el estado Cuantificador Universal (cada uno): ∀ Cuantificador Existencial (algunos): ∃ Proposiciones Simples que intervienen son: xp : x se inscriben en ganancias xq : x se inscriben en bienes personales xr : x cumplirán con el total de sus obligaciones zt : z cobra mucho dinero Simbólicamente: )(:)()()(, xrxztxqxpx La negación es: ~ )(:)()()(,)(:)()()(, xrxztxqxpxxrxztxqxpx ~ Página 36 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena La demostración de que un razonamiento es válido lo reducimos a probar que un condicional qp ó qp es una tautología, donde p es la Hipótesis y q es la conclusión o Tesis. Para demostrar que un enunciado es verdadero usaremos distintos métodos de demostraciones, tales como el método directo, el método indirecto o por reducción al absurdo; mientras que para demostrar que un enunciado es falso utilizaremos el método del contraejemplo. )()()()(, xrxztxqxpx ~, Coloquialmente: Si cada uno de los contribuyentes se inscriben en ganancias y bienes personales, el estado cobra mucho dinero, pero ninguno cumplirá con el total de sus obligaciones. MÉTODOS AXIOMÁTICOS En la vida en sociedad, permanentemente hay situaciones de comunicación en la que intercambiamos ideas, opiniones y, frente a las distintas opiniones, necesitamos argumentar a favor de una idea propia o analizar si parecen valederas las razones de los otros, para avanzar en el propósito de convencer. Cuando tenemos que resolver un problema en forma autónoma, necesitamos usar algunos criterio que permitan dar por válidos los resultados que obtenidos y … ¿cómo podemos asegurar de que la respuesta es matemáticamente válida? Los razonamientos considerados como procesos de pensamiento, son aquellos mediante los cuales sacamos conclusiones a partir de cierta información. En ocasiones, solemos sacar conclusiones a partir de las observaciones. Al observar varias veces que una acción produce el mismo resultado, concluimos, en general, que esta acción tendrá el mismo resultado. A esta clase de razonamiento la llamamos razonamiento inductivo. Y a la conclusión que sacamos del razonamiento inductivo la denominamos “generalización”. En cambio el proceso del razonamiento deductivo requiere aceptar alguna cuestión general para obtener conclusiones para casos particulares y, en el caso particular de la matemática, la aceptación de unas cuantas generalizaciones básicas sin comprobarlas. Estas generalizaciones la llamamos “postulados” Un axioma o postulado es una proposición inicial la cual la asumimos como verdadera. El conjunto de postulados de los cuales se desprenden las demás proposiciones de un sistema lo denominados conjunto de postulados del sistema. En éste, uno de los axiomas no debe ser deducible de los otros. Un teorema es cualquier proposición que se desprende de otra proposición o proposiciones dadas por supuestas o previamente demostradas dentro del sistema. Así, un teorema es una proposición cuya veracidad requiere ser demostrada a partir de otras. Página 37 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena Método Directo Ejemplo: Demostrar que, para cualquier número entero par, su cuadrado también es par. En este enunciado podemos identificar tanto la hipótesis como la tesis, expresando simbólicamente así: H) Zx , x es par Zkkx ,2 (recordemos que un número par se lo expresa como un múltiplo de 2 ; o sea como producto de 2 por otro número entero) T) Zx , x2 es par Zmmx ,2 2 Demostración) Por hipótesis tenemos que kx 2 , si elevamos al cuadrado obtenemos 22224222 kkkx Si denominamos mk 22 y sustituimos, obtenemos que mx 22 lo cual expresa que su cuadrado también es un número par. Muchas veces, en lugar de probar que qp es una tautología, es más conveniente probar que otra forma equivalente a la implicación dada también es una tautología y esta forma es la contrarrecíproca ~p~q . Y así tenemos el método indirecto o contrarrecíproco. Método Indirecto o Contra recíproco Ejemplo: Demostrar que para cualquier número entero si su cuadrado es par, entonces dicho número es par. La nueva hipótesis es la negación de la tesis, donde T): x no es par, esto significa que x es impar y la nueva tesis es la negación de la hipótesis anterior, donde H): x2 no es par, lo cual significa que x2 es impar. Simbólicamente: H) Zx , x es impar Zkkx ,12 (recordemos que un número impar es el consecutivo de un número par, por ello un número impar se lo expresa como la suma entre un número par y 1) T) Zx x2 es impar Zmmx ,12 2 Demostración) Por hipótesis 12 kx , si elevamos al cuadrado tenemos que: 1222.214242122 kkkkkx . Si reemplazamos a mkk 222 nos queda que: x2 = 2 m + 1, expresión que indica que es un número impar. Con esto probamos la veracidad de la contrarrecíproca, lo cual significa que también es verdadera la expresión dada. Concepto: Consiste en partir de la verdad del antecedente (Hipótesis) y tratar de establecer la verdad del consecuente (Tesis). Concepto: Para demostrar la validez de un razonamiento mediante el método indirecto partiremos de la negación del consecuente (tesis) y determinaremos la negación del antecedente (hipótesis). Página 38 Prof. Mónica Lisi Prof. Angélica E. Astorga de Bárcena El Método de Reducción por el Absurdo Es decir se parte de ~ T y se llega a contradecir algún resultado conocido. Una manera de demostrar la veracidad de una forma proposicional q p es analizar la veracidad de una expresión equivalente y esto lo proporciona la Ley de reducción por el absurdo. Es decir, que como q p es equivalente a ~p~qp , de acuerdo a esta ley, probar la veracidad
Compartir