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永真式

Tautology · Valid propositional formula

在每个真值赋值下均为真的命题公式。

条目类型
定义

形式陈述

命题逻辑公式 φ 若在每个真值赋值 v 下都满足 v(φ)=,则称永真式或重言式,记作 φ。等价地,¬φ 不可满足。若公式在某些赋值真、另一些赋值假,则称偶然式。永真性是语义性质;在指定证明系统中“φ”是句法可证性,二者只有借可靠性与完备性定理才可等同。

直觉

永真式在每个命题赋值下都为真,因此其有效性完全来自逻辑形式,而非变量代表的具体事实;把任意具体命题代入也不会变假。它与可满足公式不同:可满足只需要一个成功赋值,永真则要求没有反例。公式 φ 永真等价于 ¬φ 不可满足。

例子与边界

p¬p(p(pq))q 都是永真式;pq 是偶然式。pq 在某个赋值为真,因此可满足,但不是永真,说明可满足只需一个模型而永真要求全部模型。自然语言中“显然为真”的经验命题不是逻辑永真式,除非其真由形式结构保证。

分配律可写成永真式

P(QR)(PQ)(PR).

它在全部八种赋值下都为真,因此可作为任意具体命题的合法替换规则。相比之下,PQ 只需在某些赋值下为真,属于可满足公式而非永真式。经验上总是真的陈述也不自动成为逻辑永真式;永真性只由公式结构和联结词语义决定。

推论与应用

永真式表达有效推理模式、布尔恒等式和组合电路规范。真值表可决定有限命题公式是否永真,命题可靠性与完备性保证永真式恰为可证明公式;检查 φψ 是否永真即可判定逻辑等价。电路等价检查、程序条件验证与逻辑化简,也都把目标归结为永真性或其否定的不可满足性。

参考资料
  • Daniel J. Velleman, How to Prove It: A Structured Approach, 3rd ed., Cambridge University Press, 2019,§1.2, truth tables and tautologies。
  • Herbert B. Enderton, A Mathematical Introduction to Logic, 2nd ed., Academic Press, 2001,§1.2, tautologies and tautological implication。
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