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定义Definition

永真式

施工中 · 内容逐步修订

Tautology · Valid propositional formula

在每个真值赋值下均为真的命题公式。

形式陈述 ​

在经典二值命题逻辑中,公式 φ 称为永真式或重言式,当且仅当每个真值赋值 v 都使它为真:

⊨φ⟺∀vv(φ)=⊤.

赋值先给命题变量指定 ⊤ 或 ⊥,再按联结词真值规则递归计算公式。等价地,φ 永真当且仅当 ¬φ 不可满足,因为否定式的任一满足赋值恰是原公式的反例。

永真式一定是可满足公式,但反向不成立。至少一个赋值为真且至少一个为假的公式叫偶然式;所有赋值均为假的公式叫矛盾式。这里分类依赖经典二值语义,不能直接移用于任意非经典逻辑。

直觉

永真性问的是“能否改变各个命题变量的真假,使整个公式失败”。如果答案是否定的,成立原因来自联结词结构,无须查变量代表的实际事实。一条经验命题即使在考察过的情形中从未失败,作为独立命题变量仍可被赋值为假,因而不由此成为永真式。

永真式还允许一致代入:同一个变量的所有出现都换成同一公式,结果仍永真。这是因为任意赋值都会给各个代入公式确定的真值,而这些真值本身就是原式的一组赋值。若同一变量的不同出现被随意换成不同内容,这个论证便不成立。

例子与边界

有效推理模式的完整核验 ​

肯定前件对应公式 θ=(p∧(p→q))→q。它的全部四种赋值如下;表中 T、F 分别表示真、假。

p q p→q p∧(p→q) θ
T T T T T
T F F F T
F T T F T
F F T F T

唯一可能使外层蕴含为假的情形,要求其前件真而 q 假;但前件真已经要求 p 与 p→q 同真,从而要求 q 真,故不可能。这个短论证与四行真值表检查的是同一件事。

排中律 p∨¬p 也是永真式。p→q 则不是:取 p=⊤,q=⊥ 即得反例;p∨q 在二者均假时为假,在 p 真时为真,所以它可满足而非永真。

恒等式、句法与逻辑种类 ​

分配律可表示为

p∧(q∨r)↔((p∧q)∨(p∧r)).

当 p 假时两侧都假;当 p 真时两侧都化为 q∨r,因此八种赋值全部通过。这允许在更大公式中用右侧替换左侧而保持真值。

“⊢φ”断言存在所选演算中的证明,“⊨φ”断言没有语义反例。一个刻意删去规则的系统可能可靠却证明不了全部永真式;只有证明它可靠且完备后,才可把两种条件对应起来。此外,排中律在经典逻辑中有效,并不因此成为直觉主义逻辑的一般定理。

推论与应用

对有限前提 φ1,…,φn,推理有效等价于

⊨(φ1∧⋯∧φn)→ψ.

它把“所有前提真时结论必真”转成单个公式的永真性。检查 φ↔ψ 是否永真,则是在检查两式是否逻辑等价。

真值表枚举公式所含 n 个不同变量的 2n 种赋值,给出直接的判定方法。实践中也可把目标取否定交给可满足性求解器:若求解器找到赋值,它就是可复查的反例;若证实不可满足,原式才永真。组合电路等价与布尔化简正使用这项转换。

命题可靠性与完备性使形式证明成为另一种证书:不用总是展开整张指数大小的真值表,也能证明某公式在每种赋值下成立。

参考资料
  • P. D. Magnus, Tim Button, Robert Trueman, Richard Zach, forall x: Calgary, Fall 2025 在线版,Chapter 12,§§12.1–12.6:永真、可满足、等价与语义后承。
  • Jeremy Avigad, Robert Y. Lewis, Floris van Doorn, Logic and Proof, 在线版 3.18.4(访问于 2026),Chapter 6,§§6.1–6.3:二值赋值、真值表与可证性的关系。
关系图谱9 个相邻概念 · 3 类关系

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