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3677fb15d0
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19288086d4
@ -74,6 +74,8 @@ Jede gültige Zusammensetzung der Symbole nach diesen Regeln ist wieder eine For
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Es erscheinen also keine Operatoren, außer die Klammern, nebeneinander, sondern es liegen am Ende immer eine Aussagenvariable oder ein "Grundaussagen-Symbol" dazwischen.
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Es erscheinen also keine Operatoren, außer die Klammern, nebeneinander, sondern es liegen am Ende immer eine Aussagenvariable oder ein "Grundaussagen-Symbol" dazwischen.
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Durch das Ersetzen der Aussagenvariablen durch konkrete Aussagen, erhält man eine konkrete (zusammengesetzte) Aussage.
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Durch das Ersetzen der Aussagenvariablen durch konkrete Aussagen, erhält man eine konkrete (zusammengesetzte) Aussage.
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Zusammengesetzte Aussagen nennt man auch *Aussagenverbindungen*, wenn man den zusammengesetzten Charakter hervorheben möchte,
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ansonsten sind es eben auch nur Aussagen oder Formeln.
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Es sind auch andere Symbole in Verwendung, je nach Person oder je nach Wissenschaft oder Fachgebiet.
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Es sind auch andere Symbole in Verwendung, je nach Person oder je nach Wissenschaft oder Fachgebiet.
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Die Operatoren haben einen Namen und eine Sprechweise:
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Die Operatoren haben einen Namen und eine Sprechweise:
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@ -144,6 +146,18 @@ Wir bilden nun die neue Aussage $A \wedge B$.
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Ist die neue Aussage wahr oder falsch?
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Ist die neue Aussage wahr oder falsch?
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Dazu schauen wir in die Wahrheitstafel bei der Interpretation $w, f$ und sehen, dass $f$ gilt - also ist $A \wedge B$ eine falsche Aussage.
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Dazu schauen wir in die Wahrheitstafel bei der Interpretation $w, f$ und sehen, dass $f$ gilt - also ist $A \wedge B$ eine falsche Aussage.
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$\neg (3 + 5 = 0)$ ist eine wahre Aussage, denn $3+5$ ist nicht $0$, sondern $8$.
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In diesem Fall könnte man statt $\neg (3 + 5 = 0)$ auch $3 + 5 \ne 0$ schreiben.
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Die logische Negation macht das $=$ also zu einem $\ne$.
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Die Implikation hängt eng mit der logischen Schlussfolgerung zusammen, das sogenannte *Deduktionstheorem*.
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Allerdings wird hierauf nicht näher eingegangen, lediglich der Begriff *folgern* wird hier nun verwendet,
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wenngleich nicht ganz korrekt, da wir damit Meta- und Objektebene vermischen.
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Wenn wir uns die Wahrheitstabelle der Implikation anschauen, dann stellen wir fest, dass wir aus etwas Wahrem
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nie was Falsches folgern dürfen, aber aus etwas Falschem stets was Wahres:
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- $2^2 = 4 \rightarrow 1+1=1 \qquad\;$ ist falsch
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- $1+1=1 \rightarrow 2+2=4 \quad$ ist wahr
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#### Weitere Anmerkungen
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#### Weitere Anmerkungen
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Bei $\vee$ (gesprochen *oder*) ist anzumerken, dass es sich um ein *Inklusiv-Oder* handelt, d.h. die Gesamtaussage ist genau dann wahr,
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Bei $\vee$ (gesprochen *oder*) ist anzumerken, dass es sich um ein *Inklusiv-Oder* handelt, d.h. die Gesamtaussage ist genau dann wahr,
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wenn mindestens eine Teilaussage wahr ist.
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wenn mindestens eine Teilaussage wahr ist.
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@ -155,7 +169,285 @@ Die Antivalenz ist auch ein wichtiger Operator, der hier aber nicht näher einge
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Die Implikation bereitet vielen am Anfang Bauchschmerzen, da sie dem umgangssprachlichen "wenn ..., dann ..." auf den ersten Blick nicht vollkommen entspricht.
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Die Implikation bereitet vielen am Anfang Bauchschmerzen, da sie dem umgangssprachlichen "wenn ..., dann ..." auf den ersten Blick nicht vollkommen entspricht.
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Hierfür findet man im Web viele weitere Erklärungen und Beispiele, die vielleicht Abhilfe schaffen können.
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Hierfür findet man im Web viele weitere Erklärungen und Beispiele, die vielleicht Abhilfe schaffen können.
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*tbc*
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### Klassifikation von Formeln
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:::note Modell
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Jede Belegung, unter der die Formel wahr wird nennen wir ein *Modell* der Formel.
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#### Beispiele
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$$
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\begin{array}{c||c|c||c}
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& A & B & F = (A \wedge B) \rightarrow B\\
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\hline\hline
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1 & f & f & w\\
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2 & f & w & f\\
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3 & w & f & w\\
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4 & w & w & w\\
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\end{array}
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$$
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Die Zeilen 1, 2 und 4 sind Modelle der Formel $F$.
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$$
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\begin{array}{c||c|c||c}
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& A & B & P = (A \rightarrow B) \leftrightarrow (\neg B \rightarrow \neg A)\\
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\hline\hline
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1 & f & f & w\\
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2 & f & w & w\\
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3 & w & f & w\\
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4 & w & w & w\\
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\end{array}
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$$
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Jede Belegung für $P$ ist ein Modell.
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Solche Formeln haben einen bestimmten Namen, der in der nächsten Definition eingeführt wird.
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Wir können Formeln nun anhand ihrer Modelle in verschiedene Klassen einteilen:
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:::note Klassifikation von Formeln
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Falls die Formel mindestens ein Modell hat, nennen wir sie *erfüllbar*.
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Eine Formel heißt *allgemeingültig*, falls jede Belegung ein Modell ist.
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Solche Formeln nennt man auch *Tautologie*.
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Dagegen nennen wir sie *unerfüllbar*, wenn kein Modell existiert.
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Man nennt so eine Formel auch *Kontradiktion* oder *Widerspruch*.
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:::
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#### Beispiele
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Oben haben wir bereits eine Tautologie gesehen.
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Eine weitere wäre:
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$$
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\begin{array}{c||c||c}
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& A & A \vee \neg A\\
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\hline\hline
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1 & f & w\\
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2 & w & w\\
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\end{array}
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$$
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Diese Tautologie beweist uns gerade den Ausspruch "*Tertium non datur*" ("*Ein Drittes gibt es nicht*", Satz vom ausgeschlossenen Dritten).
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Strom fließt oder er fließt nicht - da gibt es nichts dazwischen.
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$$
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\begin{array}{c||c||c}
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& A & A \wedge \neg A\\
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\hline\hline
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1 & f & f\\
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||||||
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2 & w & f\\
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\end{array}
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$$
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Das ist eine Kontradiktion, sie ist immer falsch.
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Diese Formel nennt man auch *Widerspruch*.
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Es kann $A$ *und* $\neg A$ nie gleichzeitig gelten.
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Wenn also bspw. jemand behauptet "Ich wohne in Berlin", er aber gleichzeitig sagt "Ich wohne nicht in Berlin", dann widerspricht er sich ja selbst.
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### Semantische Äquivalenz
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Wenn wir über verschiedene Formeln reden und bestimmen wollen, ob diese Formeln das gleiche Aussagen,
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dann ist das die Frage nach der *semantischen Äquivalenz*.
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:::note Semantische Äquivalenz
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Zwei Formeln $F$ und $G$ heißen *semantisch äquivalent*, wenn sie die gleichen Modelle haben.
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Man schreibt $F \equiv P$ in der Logik oder bei mathematischen Beweisen auch $F \Leftrightarrow P$.
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:::
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#### Beispiel
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$$
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\begin{array}{c|c||c|c}
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A & B & A \rightarrow B & \neg B \rightarrow \neg A\\
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\hline\hline
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f & f & w & w\\
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f & w & w & w\\
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w & f & f & f\\
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w & w & w & w\\
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\end{array}
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$$
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Die letzten beiden Spalten stimmen überein, also gilt $A \rightarrow B \equiv \neg B \rightarrow \neg A$.
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Diese semantische Äquivalenz nennt man auch *Kontraposition* und ist ein wichtiges mathematisches Beweisverfahren.
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In den Beispielen im Abschnitt [Klassifikation von Formeln](#klassifikation-von-formeln) wurden die zwei Formeln
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schonmal mit der objektsprachlichen *syntaktischen Äquivalenz* verknüpft und die Wahrheitstabelle offenbarte uns dort eine Tautologie.
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Es gibt einen wichtigen Zusammenhang zwischen der objektsprachlichen *syntaktischen Äquivalenz*
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und der metasprachlichen *semantischen Äquivalenz*:
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:::info Semantische und syntaktische Äquivalenz
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Zwei Formeln $F$ und $P$ heißen *semantisch äquivalent*, genau dann, wenn $F \leftrightarrow P$ eine Tautologie ist.
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:::
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Es gibt ein paar wichtige semantische Äquivalenzen, die uns auch beim *Rechnen* oder *Umformen* von Formeln helfen.
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Die tatsächliche semantische Äquivalenz lässt sich leicht durch aufstellen einer Wertetabelle ermitteln und ist eine gute Übung.
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:::tip Wichtige semantische Äquivalenzen
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1. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \wedge y &\equiv y \wedge x\\
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x \vee y &\equiv y \vee x\\
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x \leftrightarrow y &\equiv y \leftrightarrow x
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\end{aligned}
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&&\text{Kommutativität}
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\end{align*}
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$$
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2. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \wedge (y \wedge z) &\equiv (x \wedge y) \wedge z\\
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x \vee (y \vee z) &\equiv (x \vee y) \vee z\\
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x \leftrightarrow (y \leftrightarrow z)
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&\equiv (x \leftrightarrow y) \leftrightarrow z
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\end{aligned}
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&&\text{Assoziativität}
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\end{align*}
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$$
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3. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \wedge (y \vee z) &\equiv (x \wedge y) \vee (x \wedge z)\\
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x \vee (y \wedge z) &\equiv (x \vee y) \wedge (x \vee z)
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\end{aligned}
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&&\text{Distributivität}
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\end{align*}
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$$
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4. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \wedge (x \vee y) &\equiv x\\
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|
x \vee (x \wedge y) &\equiv x
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||||||
|
\end{aligned}
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&&\text{Absorption}
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\end{align*}
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$$
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5. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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|
x \wedge x &\equiv x\\
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||||||
|
x \vee x &\equiv x
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|
\end{aligned}
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&&\text{Idempotenz}
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\end{align*}
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$$
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6. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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\neg(\neg x) &\equiv x\\
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\neg(x \rightarrow y) &\equiv x \wedge \neg y\\
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\neg(x \leftrightarrow y)
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&\equiv \neg x \leftrightarrow y
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\equiv x \leftrightarrow \neg y
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\end{aligned}
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|
&&\text{Verneinung}
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\end{align*}
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$$
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7. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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\neg(x \wedge y) &\equiv \neg x \vee \neg y\\
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\neg(x \vee y) &\equiv \neg x \wedge \neg y
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\end{aligned}
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|
&&\text{De Morgan'sche Regeln}
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\end{align*}
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$$
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8. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \leftrightarrow y &\equiv (x \rightarrow y) \wedge (y \rightarrow x)\\
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x \rightarrow y &\equiv \neg x \vee y\\
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x \wedge y &\equiv \neg(\neg x \vee \neg y)\\
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x \vee y &\equiv \neg(\neg x \wedge \neg y)
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|
\end{aligned}
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|
&&\text{Elimination}
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\end{align*}
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$$
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9. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \rightarrow y \equiv \neg y \rightarrow \neg x
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|
\end{aligned}
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|
&&\text{Kontraposition}
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\end{align*}
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$$
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10. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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\neg f &\equiv w\\
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|
\neg w &\equiv f
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\end{aligned}
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&&
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\end{align*}
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$$
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11. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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x \wedge \neg x &\equiv f\\
|
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|
x \vee \neg x &\equiv w\\
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|
x \leftrightarrow \neg x &\equiv f
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|
\end{aligned}
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&&
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\end{align*}
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$$
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12. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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w \wedge x &\equiv x\\
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|
f \wedge x &\equiv f\\
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|
w \vee x &\equiv w\\
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|
f \vee x &\equiv x
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|
\end{aligned}
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&&
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\end{align*}
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$$
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13. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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f \rightarrow x &\equiv w\\
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w \rightarrow x &\equiv x\\
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x \rightarrow f &\equiv \neg x\\
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x \rightarrow w &\equiv w
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|
\end{aligned}
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&&
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\end{align*}
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|
$$
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14. $$
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\begin{align*}
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|
\begin{aligned}
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f \leftrightarrow x &\equiv \neg x\\
|
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|
w \leftrightarrow x &\equiv x
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|
\end{aligned}
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|
&&
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|
\end{align*}
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$$
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:::
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#### Beispiele
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Im folgenden Beispiel wird eine Formel durch obige Äquivalenzen in eine äquivalente Formel umgeformt.
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Die verwendete Äquivalenz wird entsprechend der Nummerierung oben angegeben, damit es besser nachvollziehbar ist, was umgeformt wurde.
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$$
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\begin{alignat*}{2}
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\quad && &(A \rightarrow B) \rightarrow ((B \rightarrow C) \rightarrow (A \rightarrow C))\\
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\overset{\text{8.}}{\equiv}\quad && &\neg (\neg A \vee B) \vee (\neg (\neg B \vee C) \vee (\neg A \vee C))\\
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\overset{\text{7.}}{\equiv}\quad && &(A \wedge \neg B) \vee ((B \wedge \neg C) \vee \neg A \vee C)\\
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||||||
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\overset{\text{1.}}{\equiv}\quad && &(A \wedge \neg B) \vee \neg A \vee (B \wedge \neg C) \vee C\\
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||||||
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\overset{\text{3.}}{\equiv}\quad && &((A \vee \neg A) \wedge (\neg B \vee \neg A)) \vee ((B \vee C) \wedge (\neg C \vee C))\\
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||||||
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\overset{\text{11.}}{\equiv}\quad && &(w \wedge (\neg B \vee \neg A)) \vee ((B \vee C) \wedge w)\\
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||||||
|
\overset{\text{12.}}{\equiv}\quad && &\neg B \vee \neg A \vee B \vee C\\
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||||||
|
\overset{\text{3.}}{\equiv}\quad && &\neg B \vee B \vee \neg A \vee C\\
|
||||||
|
\overset{\text{11.}}{\equiv}\quad && &w \vee \neg A \vee C\\
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||||||
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\overset{\text{11.}}{\equiv}\quad && &w
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||||||
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\end{alignat*}
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$$
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||||||
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In diesem Fall konnten wir nur durch umformen, also insbesondere ohne Wahrheitstabelle, zeigen,
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dass es sich um eine Tautologie handelt, da die ursprüngliche Formel semantisch äquivalent zu $w$ ist.
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Die Ausgangsformel nennt man auch *Kettenschluss*.
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Das Umformen von Gleichungen in der Schule ist übrigens ähnlich.
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Vielleicht hat dein Mathelehrer mal das Wort "*Äquivalenzumformung*" dafür verwendet.
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Es wird so umgeformt, dass sich der Wahrheitswert der Gleichung nicht ändert.
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## Prädikatenlogik (PL 1)
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## Prädikatenlogik (PL 1)
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*tbc*
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*tbc*
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