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@ -41,7 +41,7 @@ und eignen sich daher gut dafür sich die Dinge vorzustellen.
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Auch deshalb beschränkt man sich häufig auf diese, wenn man einer Person Mathematik nahe bringen möchte.
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Auch spielt das Rechnen in unserem Alltag an der Supermarktkasse oder beim Zählen eine große Rolle.
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Mathematik zählt wie die [Informatik](/informatik/informatik.md) zu den *Struktur*- bzw. *Formalwissenschaften*.
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Mathematik zählt wie die [Informatik](/docs/informatik/) zu den *Struktur*- bzw. *Formalwissenschaften*.
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Sie nimmt damit eine Sonderrolle unter den Wissenschaften ein und wird manchmal auch als *__die__ exakte* Wissenschaft betrachtet.
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Denn anders, als bei anderen Wissenschaften beruhen die Erkenntnisse auf einem logischen Beweis.
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Ein wahrer logischer Beweis ist prinzipbedingt endgültig und allgemeingültig wahr.
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@ -110,7 +110,7 @@ In der Aussagenlogik gilt das *Zweiwertigkeitsprinzip*:
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Alle Aussagen sind entweder *wahr* ($w$ oder $1$) oder *falsch* ($f$ oder $0$)
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> Tertium non datur (dt.: Ein Drittes gibt es nicht)
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>
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>
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> — Satz vom ausgeschlossenem Dritten
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@ -144,16 +144,16 @@ Eine Zeile dieser Wahrheitstabelle nennt man auch *Interpretation* oder *Belegun
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#### Beispiele
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Wählen wir folgende Aussagen $A = "3 < 5"$ und $B = "3 + 2 = 1"$.
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$A$ ist eine wahre Aussage, während $B$ eine falsche Aussage ist.
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Wir bilden nun die neue Aussage $A \wedge B$.
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Wir bilden nun die neue Aussage $A \wedge B$.
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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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$\neg (3 + 5 = 0)$ ist eine wahre Aussage, denn $3+5$ ist nicht $0$, sondern $8$.
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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, durch 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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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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Doch wie bereits angemerkt, nimmt man es damit nicht immer so genau, wenn man nicht gerade Logik wirklich formal betreibt.
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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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@ -165,8 +165,8 @@ nie was Falsches folgern dürfen, aber aus etwas Falschem stets was Wahres:
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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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Das Inklusiv-Oder ist wie ein "Milch *oder* Zucker" beim Kaffee zu verstehen - man kann auch beides nehmen.
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Im Gegensatz dazu steht das *Exklusiv-Oder* (*Antivalenz* genannt, $\not\leftrightarrow$ geschrieben,
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"entweder $A$ oder $B$" gesprochen), das nur dann wahr wird, wenn genau eine der beiden Teilaussagen wahr ist.
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Im Gegensatz dazu steht das *Exklusiv-Oder* (*Antivalenz* genannt, $\not\leftrightarrow$ geschrieben,
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"entweder $A$ oder $B$" gesprochen), das nur dann wahr wird, wenn genau eine der beiden Teilaussagen wahr ist.
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Die Antivalenz ist auch ein wichtiger Junktor, der hier aber nicht näher eingeführt wird.
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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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@ -220,7 +220,7 @@ Man nennt so eine Formel auch *Kontradiktion* oder *Widerspruch*.
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#### Beispiele
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Oben haben wir bereits eine Tautologie gesehen.
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Oben haben wir bereits eine Tautologie gesehen.
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Eine weitere wäre:
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$$
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\begin{array}{c||c}
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@ -242,12 +242,12 @@ $$
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||||
\end{array}
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$$
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Das ist eine Kontradiktion, sie ist immer falsch.
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Diese Formel nennt man auch *Widerspruch*.
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Diese Formel nennt man auch *Widerspruch*.
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Es kann $A$ *und* $\neg A$ nie gleichzeitig gelten.
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Wenn also bspw. jemand behauptet "Ich wohne in Berlin", er aber gleichzeitig sagt "Ich wohne nicht in Berlin", dann widerspricht er sich ja selbst.
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### Semantische Äquivalenz
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Wenn wir über verschiedene Formeln reden und bestimmen wollen, ob diese Formeln das gleiche Aussagen,
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Wenn wir über verschiedene Formeln reden und bestimmen wollen, ob diese Formeln das gleiche Aussagen,
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dann ist das die Frage nach der *semantischen Äquivalenz*.
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:::note Semantische Äquivalenz
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@ -287,143 +287,143 @@ Die tatsächliche semantische Äquivalenz lässt sich leicht durch aufstellen ei
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||||
:::tip Wichtige semantische Äquivalenzen
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1. $$
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\begin{align*}
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\begin{aligned}
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||||
x \wedge y &\equiv y \wedge x\\
|
||||
x \vee y &\equiv y \vee x\\
|
||||
x \leftrightarrow y &\equiv y \leftrightarrow x
|
||||
\end{aligned}
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||||
&&\text{Kommutativität}
|
||||
\end{align*}
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||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge y &\equiv y \wedge x\\
|
||||
x \vee y &\equiv y \vee x\\
|
||||
x \leftrightarrow y &\equiv y \leftrightarrow x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Kommutativität}
|
||||
\end{align*}
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||||
$$
|
||||
2. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge (y \wedge z) &\equiv (x \wedge y) \wedge z\\
|
||||
x \vee (y \vee z) &\equiv (x \vee y) \vee z\\
|
||||
x \leftrightarrow (y \leftrightarrow z)
|
||||
&\equiv (x \leftrightarrow y) \leftrightarrow z
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Assoziativität}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge (y \wedge z) &\equiv (x \wedge y) \wedge z\\
|
||||
x \vee (y \vee z) &\equiv (x \vee y) \vee z\\
|
||||
x \leftrightarrow (y \leftrightarrow z)
|
||||
&\equiv (x \leftrightarrow y) \leftrightarrow z
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Assoziativität}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
3. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge (y \vee z) &\equiv (x \wedge y) \vee (x \wedge z)\\
|
||||
x \vee (y \wedge z) &\equiv (x \vee y) \wedge (x \vee z)
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Distributivität}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge (y \vee z) &\equiv (x \wedge y) \vee (x \wedge z)\\
|
||||
x \vee (y \wedge z) &\equiv (x \vee y) \wedge (x \vee z)
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Distributivität}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
4. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge (x \vee y) &\equiv x\\
|
||||
x \vee (x \wedge y) &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Absorption}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge (x \vee y) &\equiv x\\
|
||||
x \vee (x \wedge y) &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Absorption}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
5. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge x &\equiv x\\
|
||||
x \vee x &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Idempotenz}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge x &\equiv x\\
|
||||
x \vee x &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Idempotenz}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
6. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
\neg(\neg x) &\equiv x\\
|
||||
\neg(x \rightarrow y) &\equiv x \wedge \neg y\\
|
||||
\neg(x \leftrightarrow y)
|
||||
&\equiv \neg x \leftrightarrow y
|
||||
\equiv x \leftrightarrow \neg y
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Verneinung}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
\neg(\neg x) &\equiv x\\
|
||||
\neg(x \rightarrow y) &\equiv x \wedge \neg y\\
|
||||
\neg(x \leftrightarrow y)
|
||||
&\equiv \neg x \leftrightarrow y
|
||||
\equiv x \leftrightarrow \neg y
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Verneinung}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
7. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
\neg(x \wedge y) &\equiv \neg x \vee \neg y\\
|
||||
\neg(x \vee y) &\equiv \neg x \wedge \neg y
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{De Morgan'sche Regeln}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
\neg(x \wedge y) &\equiv \neg x \vee \neg y\\
|
||||
\neg(x \vee y) &\equiv \neg x \wedge \neg y
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{De Morgan'sche Regeln}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
8. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \leftrightarrow y &\equiv (x \rightarrow y) \wedge (y \rightarrow x)\\
|
||||
x \rightarrow y &\equiv \neg x \vee y\\
|
||||
x \wedge y &\equiv \neg(\neg x \vee \neg y)\\
|
||||
x \vee y &\equiv \neg(\neg x \wedge \neg y)
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Elimination}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \leftrightarrow y &\equiv (x \rightarrow y) \wedge (y \rightarrow x)\\
|
||||
x \rightarrow y &\equiv \neg x \vee y\\
|
||||
x \wedge y &\equiv \neg(\neg x \vee \neg y)\\
|
||||
x \vee y &\equiv \neg(\neg x \wedge \neg y)
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Elimination}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
9. $$
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||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \rightarrow y \equiv \neg y \rightarrow \neg x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Kontraposition}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \rightarrow y \equiv \neg y \rightarrow \neg x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&\text{Kontraposition}
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
10. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
\neg f &\equiv w\\
|
||||
\neg w &\equiv f
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
\neg f &\equiv w\\
|
||||
\neg w &\equiv f
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
11. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge \neg x &\equiv f\\
|
||||
x \vee \neg x &\equiv w\\
|
||||
x \leftrightarrow \neg x &\equiv f
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
x \wedge \neg x &\equiv f\\
|
||||
x \vee \neg x &\equiv w\\
|
||||
x \leftrightarrow \neg x &\equiv f
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
12. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
w \wedge x &\equiv x\\
|
||||
f \wedge x &\equiv f\\
|
||||
w \vee x &\equiv w\\
|
||||
f \vee x &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
w \wedge x &\equiv x\\
|
||||
f \wedge x &\equiv f\\
|
||||
w \vee x &\equiv w\\
|
||||
f \vee x &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
13. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
f \rightarrow x &\equiv w\\
|
||||
w \rightarrow x &\equiv x\\
|
||||
x \rightarrow f &\equiv \neg x\\
|
||||
x \rightarrow w &\equiv w
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
f \rightarrow x &\equiv w\\
|
||||
w \rightarrow x &\equiv x\\
|
||||
x \rightarrow f &\equiv \neg x\\
|
||||
x \rightarrow w &\equiv w
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
14. $$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
f \leftrightarrow x &\equiv \neg x\\
|
||||
w \leftrightarrow x &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
\begin{align*}
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
f \leftrightarrow x &\equiv \neg x\\
|
||||
w \leftrightarrow x &\equiv x
|
||||
\end{aligned}
|
||||
&&
|
||||
\end{align*}
|
||||
$$
|
||||
|
||||
:::
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||||
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||||
@ -444,7 +444,7 @@ $$
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||||
\overset{\text{11.}}{\equiv}\quad && &w
|
||||
\end{alignat*}
|
||||
$$
|
||||
In diesem Fall konnten wir nur durch umformen, also insbesondere ohne Wahrheitstabelle, zeigen,
|
||||
In diesem Fall konnten wir nur durch umformen, also insbesondere ohne Wahrheitstabelle, zeigen,
|
||||
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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||||
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||||
@ -472,7 +472,7 @@ Durch Einsetzen von Objekten aus $G$ **für alle** Variablen wird $H$ zu einer A
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||||
Man schreibt $H(x)$ oder $H(x_1, x_2, \dots, x_n)$ für eine Aussagenform $H$ mit den Variablen $x$ bzw. $x_1, x_2, \dots, x_n$.
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||||
Aussagenformen wurden bereits in der [Aussagenlogik](#syntax)) oben eingeführt, ohne sie konkret zu benennen:
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||||
> Durch das Ersetzen der Aussagenvariablen durch konkrete Aussagen, erhält man eine \[$\dots$\] Aussage.
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||||
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||||
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||||
Das Zusammensetzen von Aussagen(-formen) mit den entsprechenden Junktoren ist analog zur Aussagenlogik.
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||||
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||||
#### Beispiele
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||||
@ -534,7 +534,7 @@ $$
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||||
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||||
Eine Aussagenform wird natürlich nur dann zu einer Aussage, wenn alle Variablen gebunden sind oder, falls freie Variablen existieren,
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||||
diese durch eine konkrete Aussage ersetzt wurden.
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||||
Folgende Beispiele sind nur Aussagenformen, da nicht alle Variablen gebunden vorkommen.
|
||||
Folgende Beispiele sind nur Aussagenformen, da nicht alle Variablen gebunden vorkommen.
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||||
Sei $G = \mathbb{Z}$.
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||||
- $x + y = 0$
|
||||
- $\forall x:\ x + y = 0$
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