Решение уравнения 1.Перейти к префиксной форме записи уравнения, заменив обозначения отрицаний на ¬ 2.Построить заголовок таблицы истинности специального вида 3.Заполнить строки таблицы истинности для всех сочетаний А и В, подставляя вместо X - 0 или 1. 4.Сформировать таблицу истинности для X = F (А,B) 5.По таблице истинности определить вид функции X, при необходимости воспользовавшись методами построения СКНФ и СДНФ, которые будут рассмотрены ниже.
Построение таблицы истинности специального вида ¬((А+B)·(X A·B))=¬(B+¬(X A))
Таблица истинности X=F(A, B) ABX Соответствует отрицанию импликации В в А ОТВЕТ:
Комбинационные схемы логических устройств Базисные элементы (ГОСТ): 1 А В Дизъюнкция А В Эквивалентность & А В Конъюнкция M2 А В XOR
Комбинационные схемы логических устройств Базисные элементы (ГОСТ): 1 А В Импликация & А В Элемент Шеффера & А В Коимпликация 1 А В Элемент Вебба
Пример схемы F 1 & 1 & & 1M2 B A
Решение схем 1 Вариант – преобразование схемы в сложное логическое выражение и затем – упрощение его по законам логики. 2 Вариант – построение таблицы истинности а затем, при необходимости, построение через СКНФ или СДНФ (см. ниже). Рассмотрим второй вариант, как более простой и понятный.
Построение таблицы истинности AB A + B + · B B · A + A B A + · ·
Таблица истинности F(A, B) ABX Соответствует отрицанию импликации В в А ОТВЕТ:
СДНФ и СКНФ (определения) Элементарной конъюнкцией называется конъюнкция нескольких переменных, взятых с отрицанием или без отрицания, причем среди переменных могут быть одинаковые Элементарной дизъюнкцией называется дизъюнкция нескольких переменных, взятых с отрицанием или без отрицания, причем среди переменных могут быть одинаковые Всякую дизъюнкцию элементарных конъюнкций назовем дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ) Всякую конъюнкцию элементарных дизъюнкций назовем конъюнктивной нормальной формой (ДНФ)
СДНФ и СКНФ (определения) Совершенной дизъюнктивной нормальной формой (СДНФ), называется ДНФ, в которой нет одинаковых элементарных конъюнкций и все конъюнкции состоят из одного и того же набора переменных, в который каждая переменная входит только один раз (возможно с отрицанием). Совершенной конъюнктивной нормальной формой (СКНФ), называется КНФ, в которой нет одинаковых элементарных дизъюнкций и все дизъюнкции состоят из одного и того же набора переменных, в который каждая переменная входит только один раз (возможно с отрицанием).
Алгоритм получения СДНФ по таблице истинности 1.Отметить строки таблицы истинности в последнем столбце которых стоят 1. 2.Выписать для каждой отмеченной строки конъюнкцию всех переменных следующим образом: если значение переменной в данной строке равно 1, то в конъюнкцию включать саму эту переменную, если равно 0, то ее отрицание. 3.Все полученные конъюнкции связать в дизъюнкцию.
Алгоритм получения СКНФ по таблице истинности 1.Отметить строки таблицы истинности в последнем столбце которых стоят 0. 2.Выписать для каждой отмеченной строки дизъюнкцию всех переменных следующим образом: если значение переменной в данной строке равно 0, то в конъюнкцию включать саму эту переменную, если равно 1, то ее отрицание. 3.Все полученные дизъюнкции связать в конъюнкцию.
Пример построения СKНФ XY F(X,Y) Отметить нули 2. Дизъюнкции: X + Y 3. Конъюнкция: (X + Y) · (X + Y)
Решение систем логических уравнений методом замены переменных
Метод замены переменных применяется, если некоторые переменные входят в состав уравнений только в виде конкретного выражения, и никак иначе. Тогда это выражение можно обозначить новой переменной.
Пример 1.
Сколько существует различных наборов значений логических переменных x1, х2, х3, х4, х5, х6, х7, х8, которые удовлетворяют всем перечисленным ниже условиям?
(x1 → х2) → (х3→ х4) = 1
(х3 → х4) → (х5 → х6) = 1
(х5 → х6) → (х7 → х8) = 1
В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений переменных x1, х2, х3, х4, х5, х6, х7, х8, при которых выполнена данная система равенств. В качестве ответа Вам нужно указать количество таких наборов.
Решение:
(x1 → х2) = y1; (х3 → х4) = y2; (х5 → х6) = y3; (х7 → х8) = y4.
Тогда можно записать систему в виде одного уравнения:
(y1 → y2) ∧ (y2 → y3) ∧ (y3 → y4) = 1. Конъюнкция равна 1 (истинна), когда каждый операнд принимает значение 1. Т.е. каждая из импликаций должна быть истинна, а это выполняется при всех значениях, кроме (1 → 0). Т.е. в таблице значений переменных y1, y2, y3, y4 единица не должна стоять левее нуля:
Т.е. условия выполняются для 5 наборов y1-y4.
Т.к. y1 = x1 → x2, то значение y1 = 0 достигается на единственном наборе x1, x2: (1, 0), а значение y1 = 1 – на трех наборах x1, x2: (0,0) , (0,1), (1,1). Аналогично для y2, y3, y4.
Поскольку каждый набор (x1,x2) для переменной y1 сочетается с каждым набором (x3,x4) для переменной y2 и т.д., то количества наборов переменных x перемножаются:
|
Кол-во наборов на x1…x8 |
||||
Сложим количество наборов: 1 + 3 + 9 + 27 + 81 = 121.
Ответ: 121
Пример 2.
Сколько существует различных наборов значений логических переменных x1, x2, ... x9, y1, y2, ... y9, которые удовлетворяют всем перечисленным ниже условиям?
(¬ (x1 ≡ y1)) ≡ (x2 ≡ y2)
(¬ (x2 ≡ y2)) ≡ (x3 ≡ y3)
(¬ (x8 ≡ y8)) ≡ (x9 ≡ y9)
В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений переменных x1, x2, ... x9, y1, y2, ... y9, при которых выполнена данная система равенств. В качестве ответа Вам нужно указать количество таких наборов.
Решение:
Сделаем замену переменных:
(x1 ≡ y1) = z1, (x2 ≡ y2) = z2,…. ,(x9 ≡ y9) = z9
Систему можно записать в виде одного уравнения:
(¬ z1 ≡ z2) ∧ (¬ z2 ≡ z3) ∧ …..∧ (¬ z8 ≡ z9)
Эквивалентность истинна, только если оба операнда равны. Решениями этого уравнения будут два набора:
| z1 | z2 | z3 | z4 | z5 | z6 | z7 | z8 | z9 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
Т.к. zi = (xi ≡ yi), то значению zi = 0 соответствуют два набора (xi,yi): (0,1) и (1,0), а значению zi = 1 - два набора (xi,yi): (0,0) и (1,1).
Тогда первому набору z1, z2,…, z9 соответствует 2 9 наборов (x1,y1), (x2,y2),…, (x9,y9).
Столько же соответствует второму набору z1, z2,…, z9. Тогда всего 2 9 +2 9 = 1024 наборов.
Ответ: 1024
Решение систем логических уравнений методом визуального определения рекурсии.
Этот метод применяется, если система уравнений достаточно проста и порядок увеличения количества наборов при добавлении переменных очевиден.
Пример 3.
Сколько различных решений имеет система уравнений
¬x9 ∨ x10 = 1,
где x1, x2, … x10 - логические переменные?
В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений x1, x2, … x10, при которых выполнена данная система равенств. В качестве ответа Вам нужно указать количество таких наборов.
Решение:
Решим первое уравнение. Дизъюнкция равна 1, если хотя бы один из ее операндов равен 1. Т.е. решениями являются наборы:
Для x1=0 существуют два значения x2 (0 и 1), а для x1=1 только одно значение x2 (1), такие, что набор (x1,x2) является решением уравнения. Всего 3 набора.
Добавим переменную x3 и рассмотрим второе уравнение. Оно аналогично первому, значит для x2=0 существуют два значения x3 (0 и 1), а для x2=1 только одно значение x3 (1), такие, что набор (x2,x3) является решением уравнения. Всего 4 набора.
Несложно заметить, что при добавлении очередной переменной добавляется один набор. Т.е. рекурсивная формула количества наборов на (i+1) переменных:
N i +1 = N i + 1. Тогда для десяти переменных получим 11 наборов.
Ответ: 11
Решение систем логических уравнений различного типа
Пример 4.
Сколько существует различных наборов значений логических переменных x 1 , ..., x 4 , y 1 ,..., y 4 , z 1 ,..., z 4 , которые удовлетворяют всем перечисленным ниже условиям?
(x 1 → x 2) ∧ (x 2 → x 3) ∧ (x 3 → x 4) = 1
(y 1 → y 2) ∧ (y 2 → y 3) ∧ (y 3 → y 4) = 1
(z 1 → z 2) ∧ (z 2 → z 3) ∧ (z 3 → z 4) = 1
x 4 ∧ y 4 ∧ z 4 = 0
В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений переменных x 1 , ..., x 4 , y 1 , ..., y 4 , z 1 , ..., z 4 , при которых выполнена данная система равенств.
В качестве ответа Вам нужно указать количество таких наборов.
Решение:
Заметим, что три уравнения системы одинаковы на различных независимых наборах переменных.
Рассмотрим первое уравнение. Конъюнкция истинна (равна 1) только тогда, когда все ее операнды истинны (равны 1). Импликация равна 1 на всех наборах, кроме (1,0). Значит, решением первого уравнения будут такие наборы x1, x2, x3, x4, в которых 1 не стоит левее 0 (5 наборов):
Аналогично, решениями второго и третьего уравнений будут абсолютно такие же наборы y1,…,y4 и z1,…, z4.
Теперь проанализируем четвертое уравнение системы: x 4 ∧ y 4 ∧ z 4 = 0. Решением будут все наборы x4, y4, z4, в которых хотя бы одна из переменных равна 0.
Т.е. для x4 = 0 подойдут все возможные наборы (y4, z4), а для x4 = 1 подойдут наборы (y4, z4), в которых присутствует хотя бы один ноль: (0, 0), (0,1) , (1,0).
|
Кол-во наборов |
||||
Общее количество наборов 25 + 4*9 = 25 + 36 = 61.
Ответ: 61
Решение систем логических уравнений методом построения рекуррентных формул
Метод построения рекуррентных формул применяется при решении сложных систем, в которых порядок увеличения количества наборов неочевиден, а построение дерева невозможно из-за объемов.
Пример 5.
Сколько существует различных наборов значений логических переменных x1, x2, … x7, y1, y2, … y7, которые удовлетворяют всем перечисленным ниже условиям?
(x1 ∨ y1) ∧ ((x2 ∧ y2) → (x1 ∧ y1)) = 1
(x2 ∨ y2) ∧ ((x3 ∧ y3) → (x2 ∧ y2)) = 1
(x6 ∨ y6) ∧ ((x7 ∧ y7) → (x6 ∧ y6)) = 1
В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений переменных x1, x2, ..., x7, y1, y2, ..., y7, при которых выполнена данная система равенств. В качестве ответа Вам нужно указать количество таких наборов.
Решение:
Заметим, что первые шесть уравнений системы одинаковы и отличаются только набором переменных. Рассмотрим первое уравнение. Его решением будут следующие наборы переменных:
Обозначим:
число наборов (0,0) на переменных (x1,y1) через A 1 ,
число наборов (0,1) на переменных (x1,y1) через B 1 ,
число наборов (1,0) на переменных (x1,y1) через C 1 ,
число наборов (1,1) на переменных (x1,y1) через D 1 .
число наборов (0,0) на переменных (x2,y2) через A 2 ,
число наборов (0,1) на переменных (x2,y2) через B 2 ,
число наборов (1,0) на переменных (x2,y2) через C 2 ,
число наборов (1,1) на переменных (x2,y2) через D 2 .
Из дерева решений видим, что
A 1 =0, B 1 =1, C 1 =1, D 1 =1.
Заметим, что набор (0,0) на переменных (x2,y2) получается из наборов (0,1), (1,0) и (1,1) на переменных (x1,y1). Т.е. A 2 =B 1 +C 1 +D 1 .
Набор (0,1) на переменных (x2,y2) получается из наборов (0,1), (1,0) и (1,1) на переменных (x1,y1). Т.е. B 2 =B 1 +C 1 +D 1 .
Аналогично рассуждая, заметим, что С 2 =B 1 +C 1 +D 1 . D 2 = D 1 .
Таким образом, получаем рекуррентные формулы:
A i+1 = B i + C i + D i
B i+1 = B i + C i + D i
C i+1 = B i + C i + D i
D i+1 = A i +B i + C i + D i
Составим таблицу
| Наборы | Обозн . | Формула |
Количество наборов |
||||||
| i=1 | i=2 | i=3 | i=4 | i=5 | i=6 | i=7 | |||
| (0,0) | A i | A i+1 =B i +C i +D i | 0 | 3 | 7 | 15 | 31 | 63 | 127 |
| (0,1) | B i | B i+1 =B i +C i +D i | 1 | 3 | 7 | 15 | 31 | 63 | 127 |
| (1,0) | C i | C i+1 =B i +C i +D i | 1 | 3 | 7 | 15 | 31 | 63 | 127 |
| (1,1) | D i | D i+1 =D i | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Последнему уравнению (x7 ∨ y7) = 1 удовлетворяют все наборы, кроме тех, в которых x7=0 и y7=0. В нашей таблице число таких наборов A 7 .
Тогда общее количество наборов равно B 7 + C 7 + D 7 = 127+127+1 = 255
Ответ: 255
Решение систем логических уравнений табличным способами преобразованием логических выражений.Данная методика основана на использование таблиц истинности, рассчитана на учащихся, которые владеют методами преобразования логических выражений. Если учащиеся плохо владеют этими методами, можно использовать и без преобразований. (Мы будем использовать преобразования). Для овладения этим способом решения, необходимы в обязательном порядке знание свойств основных логических операций: конъюнкции, дизъюнкции, инверсии, импликации и эквивалентности.
Алгоритм решения систем уравнений по этому методу:
Преобразовать логическое уравнение, упростить его.
Определить последовательность решения уравнений в системе, так как в большинстве случаев идет последовательное решение уравнений сверху вниз (как они расположены в системе), но есть варианты, когда удобнее, проще начать решать снизу вверх.
Построить таблицу переменных, где задать начальные значения первой переменной (или последней).
Последовательно прописать возможные варианты следующей переменной при каждом значении первой.
После решения предыдущего уравнения, переходя на следующее, обязательно обращать внимание: какие переменные используются в предыдущем и последующем уравнении, так как полученные при решении в предыдущих уравнениях значения переменных переходят как варианты для следующих уравнений.
Обращать внимание на получаемые количества решения при переходе к следующей переменной, т.к. может быть выявлена закономерность в увеличении решений.
Пример1.
¬ X 1 ˅ X 2=1
¬ X 2 ˅ X 3=1
¬ X 3 ˅ X 4=1
¬ X 9 ˅ X 10=1
Начнем с Х1 и посмотрим какие значения эта переменная может принимать: 0 и 1.
Затем рассмотрим каждое из этих значений и посмотрим, какое может быть при этом Х2.
Ответ: 11 решений
Пример 2.
( X 1˄ X 2)˅(¬ X 1˄¬ X 2) ˅( X 1↔ X 3)=1
( X 2˄ X 3)˅(¬ X 2˄¬ X 3) ˅( X 2↔ X 4)=1
(X8˄ X9)˅(¬X8˄¬X9) ˅(X8↔X10)=0
Преобразуем по формуле (A ˄ B )˅ (¬ A ˄ ¬ B )= A ↔ B
Получаем:
( X 1↔ X 2) ˅ ( X 1↔ X 3) =1
( X 2↔ X 3) ˅ ( X 2↔ X 4) =1
( X 8↔ X 9) ˅ ( X 8↔ X 10) =0
Для Х1 =0 - 8 решений
Возьмем Х1=1 и посмотрим какие значение может принимать Х2. Теперь для каждого Х2 рассмотрим какие значения может принимать Х3 и т.д.
Для Х1=1 – 8 решений
Итого 8+8=16 решений
Ответ. 16 решений
Пример 3 .
¬ ( X 1↔ X 2) ˄ ( X 1 ˅ X 3) ˄ (¬ X 1 ˅ ¬ X 3 )=0
¬ ( X 2↔ X 3) ˄ ( X 2 ˅ X 4) ˄ (¬ X 2 ˅ ¬ X 4)=0
….
¬ ( X 8↔ X 9) ˄ ( X 8 ˅ X 10) ˄ (¬ X 8 ˅ ¬ X 10)=0
После преобразований (A ˅ B ) ˄(¬ A ˅¬ B )= ¬( A ↔ B )
получаем:
¬ ( X 1↔ X 2) ˄ ¬ ( X 1↔ X 3)=0
¬ ( X 2↔ X 3) ˄ ¬ ( X 2↔ X 4)=0
…..
¬ ( X 8↔ X 9) ˄ ¬ ( X 8↔ X 10)=0
Возьмем Х1=0 и посмотрим какие значение может принимать Х2. Теперь для каждого Х2 рассмотрим какие значения может принимать Х3 и т.д
Получилось 10 решений для Х1=0
То же самое проделаем для Х1=1. Получим тоже 10 решений
Итого:10+10=20
Ответ: 20 решений.
Пример 4.
(Х1 ˄ Х2) ˅ (¬Х1 ˄ ¬Х2 ) ˅ (Х2 ˄ Х3) ˅ (¬Х2 ˄¬ Х3) =1
(Х2 ˄ Х3) ˅ (¬Х2 ˄ ¬Х3) ˅ (Х3˄ Х4) ˅ (¬Х3 ˄¬ Х4)=1
….
(Х8 ˄ Х9) ˅ (¬Х8˄ ¬Х9) ˅ (Х9 ˄ Х10) ˅ (¬Х9 ˄¬ Х10)=0
Преобразуем по формулам. (A ˄ B )˅ (¬ A ˄ ¬ B )= A ↔ B . Получим:
(Х1↔ Х2) ˅ (Х2↔ Х3)=1
(Х2↔ Х3) ˅ (Х3↔ Х4)=1
(Х3↔ Х4) ˅ (Х4↔ Х5)=1
(Х4↔ Х5) ˅ (Х5↔ Х6)=1
(Х5↔ Х6) ˅ (Х6↔ Х7)=1
(Х6↔ Х7) ˅ (Х7↔ Х8)=1
(Х7↔ Х8) ˅ (Х8↔ Х9)=1
(Х8↔ Х9) ˅ (Х9↔ Х10)=0
Начнем с конца, потому что в последнем уравнении переменные определятся однозначно.
Пусть Х10=0, тогда Х9=1, Х8=0, Х7=0, Х6=0, а следующие переменные могут принимать разные значения. Будем рассматривать каждое .
Итого 21 решение для Х10=0
Теперь рассмотрим для Х10=1. Получаем тоже 21 решение
Итого:21+21=42
Ответ: 42 решения
Пример 5.
( X 1 ˄ X 2) ˅ (¬ X 1 ˄ ¬ X 2) ˅ (¬ X 3 ˄ X 4) ˅ ( X 3 ˄ ¬ X 4)=1
( X 3 ˄ X 4) ˅ (¬ X 3 ˄ ¬ X 4) ˅ (¬ X 5 ˄ X 6) ˅ ( X 5 ˄ ¬ X 6)=1
( X 5 ˄ X 6) ˅ (¬ X 5 ˄ ¬ X 6) ˅ (¬ X 7 ˄ X 8) ˅ ( X 7 ˄ ¬ X 8)=1
( X 7 ˄ X 8) ˅ (¬ X 7 ˄ ¬ X 8) ˅ (¬ X 9 ˄ X 10) ˅ ( X 9˄ ¬ X 10) =1
Преобразуем по формулам: (¬ A ˄ B ) ˅ ( A ˄ ¬ B )= A ↔ ¬ B
( A ˄ B )˅ (¬ A ˄ ¬ B )= A ↔ B
( X 1↔ X 2) ˅ ( X 3 ↔ ¬ X 4)=1
( X 3↔ X 4) ˅ ( X 5 ↔ ¬ X 6)=1
( X 5↔ X 6) ˅ ( X 7 ↔ ¬ X 8)=1
( X 7↔ X 8) ˅ ( X 9 ↔ ¬ X 10)=1
Рассмотрим какие значения могут принимать Х1 и Х2: (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
Рассмотрим каждый вариант и посмотрим какие значения при этом могут принимать Х3, Х4
Начиная с Х7, Х8 будем сразу записывать количество решений, так как сразу видно, что когда значения одинаковые (1,1) и (0,0), то следующие переменные имеют 4 решения, а когда разные (0,1) и (1,0) – 2 решения.
Итого: 80+80+32=192
Ответ:192 решения
Пример 6.
(Х1↔ Х2) ˅ (Х2 ↔Х3)=1
(Х2↔ Х3) ˅ (Х3↔Х4)=1
(Х3↔ Х4) ˅ (Х4 ↔Х5)=1
….
(Х8↔ Х9) ˅ (Х9 ↔Х10)=1
Возьмем Х1=0 и посмотрим какие значение может принимать Х2. Теперь для каждого Х2 рассмотрим какие значения может принимать Х3 и т.д.
Видим некоторую закономерность: Количество следующих решений равно сумме двух предыдущих.
То же самое для Х1=1 получаем 89 решений
Итого: 89+89=178 решений
Ответ: 178 решений
Решим еще одним способом
(Х1↔ Х2) ˅ (Х2 ↔Х3)=1
(Х2↔ Х3) ˅ (Х3↔Х4)=1
(Х3↔ Х4) ˅ (Х4 ↔Х5)=1
….
(Х8↔ Х9) ˅ (Х9 ↔Х10)=1
Введем замену:
T 1 =(Х1↔ Х2)
T 2 =(Х2↔ Х3)
T 3 =(Х3↔ Х4)
T 4 =(Х4↔ Х5)
T 5 =(Х5↔ Х6)
T 6 =(Х6↔ Х7)
T 7 =(Х7↔ Х8)
T 8 =(Х8↔ Х9)
T 9 =(Х9↔ Х10)
Получаем:
T 1 ˅ T 2=1
T 2 ˅ T 3=1
T 3 ˅ T 4=1
T 4 ˅ T 5=1
T 5 ˅ T 6=1
T 6 ˅ T 7=1
T 7 ˅ T 8=1
T 8 ˅ T 9=1
T 9 ˅ T 10=1
Возьмем T 1=1 и используем свойства дизъюнкции:
НО Вспомним, что
T 1 =(Х1↔ Х2)
T 2 =(Х2↔ Х3) и т.д.
Воспользуемся свойством эквивалентности и убедимся, глядя на таблицу, что
Когда Т =1, то получается два решения. А когда =0 –одно решение.
Следовательно, можно подсчитать количество единиц и умножить их на 2+ количество нулей. Подсчет, так же используя закономерность .
Получается, что количество единиц = предыдущему общему количеству решений Т, а количество нулей равно предыдущему количеству единиц
Итак. Получим. Так как единица дает два решения, то 34*2=68 решений из единицы+21 решение из 0.
Итого 89 решений для Т=1. Аналогичным способом получаем 89 решений для Т=0
Итого 89+89=178
Ответ: 178 решений
Пример 7.
(X 1 ↔ X 2) ˅ (X 3↔ X 4) ˄ ¬(X 1 ↔ X 2) ˅ ¬(X 3↔ X 4)=1
(X 3 ↔ X 4) ˅ (X 5↔ X 6) ˄ ¬(X 3 ↔ X 4) ˅ ¬(X 5↔ X 6)=1
(X 5 ↔ X 6) ˅ (X 7↔ X 8) ˄ ¬(X 5 ↔ X 6) ˅ ¬(X 7↔ X 8)=1
(X 7 ↔ X 8) ˅ (X 9↔ X 10) ˄ ¬(X 7 ↔ X 8) ˅ ¬(X 9↔ X 10)=1
Введем замену:
T 1=(X 1 ↔ X 2)
T 2=(X 3↔ X 4)
T 3=(X 5↔ X 6)
T 4=(X 7 ↔ X 8)
T 5=(X 9↔ X 10)
Получим:
(Т1 ˅ Т2) ˄ ¬(Т1 ˅¬ Т2)=1
(Т2 ˅ Т3) ˄ ¬(Т2˅¬ Т3)=1
(Т3 ˅ Т4) ˄ ¬(Т3 ˅¬ Т4)=1
(Т4 ˅ Т5) ˄ ¬(Т4˅¬ Т5)=1
Рассмотрим какие могут быть Т:
Т1
Т2
Т3
Т4
Т5
Итого
0
1
0
1
0
32
1
0
1
0
1
32
Т K ≠Т К+1 И Т K =Т К+2
Получаем: 2 5 =32 для Т
Итого: 32+32=64
Ответ: 64 решения.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 18»
городского округа город Салават Республики Башкортостан
Системы логических уравнений
в задачах ЕГЭ по информатике
Раздел «Основы алгебры логики» в заданиях ЕГЭ считается одним из самых сложных и плохо решаемых. Средний процент выполнения заданий по данной теме самый низкий и составляет 43,2.
| Раздел курса | Средний процент выполнения по группам заданий |
| Кодирование информации и измерение ее количества | |
| Информационное моделирование | |
| Системы счисления | |
| Основы алгебры логики | |
| Алгоритмизация и программирование | |
| Основы информационно- коммуникационных технологий |
Исходя из спецификации КИМа 2018 года этот блок включает четыре задания разного уровня сложности.
| № задания | Проверяемые элементы содержания | Уровень сложности задания |
| Умение строить таблицы истинности и логические схемы | ||
| Умение осуществлять поиск информации в сети Интернет | ||
| Знание основных понятий и законов математической логики | ||
| Умение строить и преобразовывать логические выражения |
Задание 23 является высоким по уровню сложности, поэтому имеет самый низкий процент выполнения. Среди подготовленных выпускников (81-100 баллов) 49,8% выполнивших, средне подготовленные (61-80 баллов) справляются на 13,7%, оставшаяся группа учеников данное задание не выполняет.
Успешность решения системы логических уравнений зависит от знания законов логики и от четкого применения методов решения системы.
Рассмотрим решение системы логических уравнений методом отображения.
(23.154 Поляков К.Ю.) Сколько различных решений имеет система уравнений?
((x 1 y 1 ) (x 2 y 2 )) (x 1 x 2 ) (y 1 y 2 ) =1
((x 2 y 2 ) (x 3 y 3 )) (x 2 x 3 ) (y 2 y 3 ) =1
((x 7 y 7 ) (x 8 y 8 )) (x 7 x 8 ) (y 7 y 8 ) =1
где x 1 , x 2 ,…, x 8, у 1 ,у 2 ,…,у 8 - логические переменные? В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений переменных, при которых выполнено данное равенство. В качестве ответа нужно указать количество таких наборов.
Решение . Все уравнения, включенные в систему, однотипны, и в каждое уравнение включено четыре переменных. Зная x1 и y1, можем найти все возможные значения x2 и y2, удовлетворяющие первому уравнению. Рассуждая аналогичным образом, из известных x2 и y2можем найти x3, y3, удовлетворяющее второму уравнению. То есть, зная пару (x1 , y1) и определив значение пары (x2 , y2) , мы найдем пару (x3 , y3 ), которая, в свою очередь, приведет к паре (x4 , y4 ) и так далее.
Найдем все решения первого уравнения. Это можно сделать двумя способами: построить таблицу истинности, через рассуждения и применение законов логики.
Таблица истинности:
| x 1 y 1 | x 2 y 2 | (x 1 y 1 ) (x 2 y 2 ) | (x 1 x 2 ) | (y 1 y 2 ) | (x 1 x 2 ) (y 1 y 2 ) | |||||
Построение таблицы истинности трудоемко и неэффективно по времени, поэтому применяем второй способ - логические рассуждения. Произведение равно 1 тогда и только тогда, когда каждый множитель равен 1.
(x 1 y 1 ) (x 2 y 2 ))=1
(x 1 x 2 ) =1
(y 1 y 2 ) =1
Рассмотрим первое уравнение. Следование равно 1, когда 0 0, 0 1, 1 1, значит (x1 y1)=0 при (01), (10), то пара (x 2 y 2 ) может быть любой (00), (01), (10), (11), а при (x1 y1)=1, то есть (00) и (11) пара (x2 y2)=1 принимает такие же значения (00) и (11). Исключим из этого решения те пары, для которых ложны второе и третье уравнения, то есть x1=1, x2=0, y1=1, y2=0.
| (x 1 , y 1 ) | (x 2 , y 2 ) |
Общее количество пар 1+1+1+22=25
2) (23.160 Поляков К.Ю.) Сколько различных решений имеет система логических уравнений
(x 1 (x 2 y 2 )) (y 1 y 2 ) = 1
(x 2 (x 3 y 3 )) (y 2 y 3 ) = 1
...
( x 6 ( x 7 y 7 )) ( y 6 y 7 ) = 1
x 7 y 7 = 1
Решение. 1) Уравнения однотипные, поэтому методом рассуждения найдем всевозможные пары (x1,y1), (x2,y2) первого уравнения.
(x 1 (x 2 y 2 ))=1
(y 1 y 2 ) = 1
Решением второго уравнения являются пары (00), (01), (11).
Найдем решения первого уравнения. Если x1=0, то x2 , y2 - любые, если x1=1, то x2 , y2 принимает значение (11).
Составим связи между парами (x1 , y1) и (x2 , y2).
| (x 1 , y 1 ) | (x 2 , y 2 ) |
Составим таблицу для вычисления количества пар на каждом этапе.
| 0 |
|||||||
Учитывая решения последнего уравнения x 7 y 7 = 1, исключим пару (10). Находим общее число решений 1+7+0+34=42
3)(23.180) Сколько различных решений имеет система логических уравнений
(x 1 x 2 ) (x 3 x 4 ) = 1
(x 3 x 4 ) (x 5 x 6 ) = 1
(x 5 x 6 ) (x 7 x 8 ) = 1
(x 7 x 8 ) (x 9 x 10 ) = 1
x 1 x 3 x 5 x 7 x 9 = 1
Решение. 1) Уравнения однотипные, поэтому методом рассуждения найдем всевозможные пары (x1,x2), (x3,x4) первого уравнения.
(x 1 x 2 ) (x 3 x 4 ) = 1
Исключим из решения пары, которые в следовании дают 0 (1 0), это пары (01, 00, 11) и (10).
Составим связи между парами (x1,x2), (x3,x4)
Тема урока: Решение логических уравнений
Образовательная – изучение способов решения логических уравнений, формирование умений и навыков решения логических уравнений и построения логического выражения по таблице истинности;Развивающая - создать условия для развития познавательного интереса учащихся, способствовать развитию памяти, внимания, логического мышления;
Воспитательная : способствовать воспитанию умения выслушивать мнение других, воспитание воли и настойчивости для достижения конечных результатов.
Тип урока: комбинированный урок
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация 6.
Ход урока
Повторение и актуализацию опорных знаний. Проверка домашнего задания (10 минут)
На предыдущих уроках мы познакомились с основными законами алгебры логики, научились использовать эти законы для упрощения логических выражений.
Выполним проверку домашнего задания по упрощению логических выражений:
1. Какое из приведенных слов удовлетворяет логическому условию:
(первая буква согласная→вторая буква согласная) ٨ (последняя буква гласная → предпоследняя буква гласная)? Если таких слов несколько, укажите наименьшее из них.
1) АННА 2) МАРИЯ 3) ОЛЕГ 4) СТЕПАН
Введем обозначения:
А – первая буква согласная
В – вторая буква согласная
С – последняя буква гласная
D – предпоследняя буква гласная
Составим выражение:
Составим таблицу:
2. Укажите, какое логическое выражение равносильно выражению
Упростим запись исходного выражения и предложенных вариантов:
3. Дан фрагмент таблицы истинности выражения F:
Какое выражение соответствует F?
Определим значения этих выражений при указанных значениях аргументов:
Ознакомление с темой урока, изложение нового материала (30 минут)
Мы продолжаем изучать основы логики и тема нашего сегодняшнего урока «Решение логических уравнений». Изучив данную тему, вы узнаете основные способы решения логических уравнений, получите навыки решения этих уравнений путем использования языка алгебры логики и умения составления логического выражения по таблице истинности.
1. Решить логическое уравнение
(¬K M) → (¬L M N) =0
Ответ запишите в виде строки из четырех символов: значений переменных K, L, M и N (в указанном порядке). Так, например, строка 1101 соответствует тому, что K=1, L=1, M=0, N=1.
Решение:
Преобразуем выражение (¬K M) → (¬L M N)
Выражение ложно, когда оба слагаемые ложны. Второе слагаемое равно 0, если M
=0, N
=0, L
=1. В первом слагаемом K
=0, так как М=0, а 
.
Ответ: 0100
2. Сколько решений имеет уравнение (в ответе укажите только число)?
Решение: преобразуем выражение
(A +B )*(C +D )=1
A +B =1 и C +D =1
2 способ: составление таблицы истинности
3 способ : построение СДНФ – совершенной дизъюнктивной нормальной формы для функции – дизъюнкции полных правильных элементарных конъюнкций.Преобразуем исходное выражение, раскроем скобки для того, чтобы получить дизъюнкцию конъюнкций:
(A+B)*(C+D)=A*C+B*C+A*D+B*D=
Дополним конъюнкции до полных конъюнкций (произведение всех аргументов), раскроем скобки:
Учтем одинаковые конъюнкции:
В итоге получаем СДНФ, содержащую 9 конъюнкций. Следовательно, таблица истинности для данной функции имеет значение 1 на 9 строках из 2 4 =16 наборов значений переменных.
3. Сколько решений имеет уравнение (в ответе укажите только число)?
Упростим выражение:
,
3 способ : построение СДНФ
Учтем одинаковые конъюнкции:
В итоге получаем СДНФ, содержащую 5 конъюнкций. Следовательно таблица истинности для данной функции имеет значение 1 на 5 строках из 2 4 =16 наборов значений переменных.
Построение логического выражения по таблице истинности:
для каждой строки таблицы истинности, содержащей 1 составляем произведение аргументов, причем, переменные, равные 0, входят в произведение с отрицанием, а переменные, равные 1 – без отрицания. Искомое выражение F будет составляется из суммы полученных произведений. Затем, если возможно, это выражение необходимо упростить.
Пример: дана таблица истинности выражения. Построить логическое выражение.
Решение:3. Задание на дом (5 минут)
Решить уравнение:
Сколько решений имеет уравнение (в ответе укажите только число)?
По заданной таблице истинности составить логическое выражение и
упростить его.