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@@ -17,10 +17,10 @@ Syntax und die Semantik hängen in der Logik durchaus eng zusammen, da sie nach
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In der Mathematik sind die Beweise allerdings informal und eher eine Skizze eines formalen logischen Beweises,
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weshalb die strikte Trennung zwischen Syntax und Semantik nicht immer transparent erscheint.
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## Aussagenlogik (PL 0)
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## Aussagenlogik (PL 0) {/* #aussagenlogik-pl-0 */}
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Die *Aussagenlogik* oder auch *Prädikatenlogik 0. Stufe* (*PL0*) beschäftigt sich mit *Aussagen*.
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:::note Aussagen
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:::note[Aussagen]
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*Aussagen* sind Sachverhalte in sprachlicher Form, die in der objektiven Realität vorliegen oder denkbar sind.
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@@ -29,7 +29,7 @@ Die *Aussagenlogik* oder auch *Prädikatenlogik 0. Stufe* (*PL0*) beschäftigt s
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Diese Definition wirkt etwas sperrig.
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Eine andere Definition wäre:
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:::note Aussagen
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:::note[Aussagen]
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Eine *Aussage* ist ein sprachliches Gebilde, dem eindeutig ein
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*Wahrheitswert* (*wahr* oder *falsch*) zugeordnet werden kann.
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@@ -40,7 +40,7 @@ Diese Definition verknüpft allerdings schon ein bisschen die Syntax (sprachlich
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Sowohl die Syntax, als auch die Semantik werden nachfolgend gesondert eingeführt.
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Nur wenden wir uns dann nicht mehr dem Begriff Aussage selbst zu, sondern nutzen Variablen.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele */}
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Folgendes sind Beispiele für Aussagen:
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- "Berlin ist die Hauptstadt von Deutschland"
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- "Kein Auto ist Minzgrün"
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@@ -54,10 +54,10 @@ Die anderen Beiden nutzen eine *formale Sprache*.
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Solche Formeln und andere Schreibweisen mit Symbolen können eine formale Sprache bilden.
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Formale Sprachen werden im Teil [Informatik](/docs/informatik) näher behandelt.
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### Syntax
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### Syntax {/* #syntax */}
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Aussagenlogische *Formeln* beinhalten verschiedene Symbole und werden rekursiv definiert:
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:::note Aussagenlogische Formeln
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:::note[Aussagenlogische Formeln]
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Sei $O = \{ \neg, \wedge, \vee, \rightarrow, \leftrightarrow, (, ) \}$ die Menge der *logischen Operatoren* (*Junktoren*)
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und $\Sigma$ eine Menge von Symbolen, die *Aussagevariablen* genannt werden.
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@@ -82,7 +82,7 @@ Es sind auch andere Symbole in Verwendung, je nach Person oder je nach Wissensch
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Die Junktoren haben einen Namen und eine Sprechweise:
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:::note Name und Sprechweise der Junktoren
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:::note[Name und Sprechweise der Junktoren]
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$$
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\begin{align*}
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@@ -102,10 +102,10 @@ Bisher war es nur Syntax, d.h. rein syntaktische Gebilde ohne Bedeutung.
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Einfach eine korrekte Aneinanderreihung von Symbolen.
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Auch $w$ und $f$ sind erstmal nur Symbole, die allerdings wenig überraschend mit der den Worten entsprechenden Semantik belegt werden.
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### Semantik
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### Semantik {/* #semantik */}
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In der Aussagenlogik gilt das *Zweiwertigkeitsprinzip*:
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:::note Zweiwertigkeitsprinzip
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:::note[Zweiwertigkeitsprinzip]
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Alle Aussagen sind entweder *wahr* ($w$ oder $1$) oder *falsch* ($f$ oder $0$)
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@@ -121,7 +121,7 @@ Aber nach welchen Regeln soll das $\wedge$, also das *und*, behandelt werden?
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Dafür müssen wir diesen syntaktischen Symbolen nun eine Bedeutung mittels einer Wahrheitstabelle eine Semantik geben.
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:::note Semantik der Junktoren
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:::note[Semantik der Junktoren]
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$$
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\begin{array}{c|c||c|c|c|c|c|c}
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@@ -141,7 +141,7 @@ Die Priorität der Junktoren in absteigender Reihenfolge: $\neg, \wedge, \vee, \
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Eine Zeile dieser Wahrheitstabelle nennt man auch *Interpretation* oder *Belegung*.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-1 */}
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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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@@ -161,7 +161,7 @@ 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 {/* #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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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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@@ -172,14 +172,14 @@ Die Antivalenz ist auch ein wichtiger Junktor, der hier aber nicht näher eingef
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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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### Klassifikation von Formeln
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:::note Modell
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### Klassifikation von Formeln {/* #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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:::
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-2 */}
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$$
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\begin{array}{c||c|c||c}
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& A & B & F = (A \wedge B) \rightarrow B\\
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@@ -207,7 +207,7 @@ Solche Formeln haben einen bestimmten Namen, der in der nächsten Definition ein
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Wir können Formeln nun anhand ihrer Modelle in verschiedene Klassen einteilen:
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:::note Klassifikation von Formeln
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:::note[Klassifikation von Formeln]
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Falls die Formel mindestens ein Modell hat, nennen wir sie *erfüllbar*.
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@@ -219,7 +219,7 @@ Man nennt so eine Formel auch *Kontradiktion* oder *Widerspruch*.
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:::
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-3 */}
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Oben haben wir bereits eine Tautologie gesehen.
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Eine weitere wäre:
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$$
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@@ -246,18 +246,18 @@ 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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### Semantische Äquivalenz {/* #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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:::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 $F \equiv P$.
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:::
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#### Beispiel
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#### Beispiel {/* #beispiel */}
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$$
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\begin{array}{c|c||c|c}
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A & B & A \rightarrow B & \neg B \rightarrow \neg A\\
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@@ -275,7 +275,7 @@ schonmal mit der objektsprachlichen *syntaktischen Äquivalenz* verknüpft und d
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Es gibt einen wichtigen Zusammenhang zwischen der objektsprachlichen *syntaktischen Äquivalenz*
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und der metasprachlichen *semantischen Äquivalenz*:
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:::info Semantische und syntaktische Äquivalenz
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:::info[Semantische und syntaktische Äquivalenz]
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Zwei Formeln $F$ und $P$ heißen *semantisch äquivalent*, genau dann, wenn $F \leftrightarrow P$ eine Tautologie ist.
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@@ -284,7 +284,7 @@ Zwei Formeln $F$ und $P$ heißen *semantisch äquivalent*, genau dann, wenn $F \
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Es gibt ein paar wichtige semantische Äquivalenzen, die uns auch beim *Rechnen* oder *Umformen* von Formeln helfen.
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Die tatsächliche semantische Äquivalenz lässt sich leicht durch aufstellen einer Wertetabelle ermitteln und ist eine gute Übung.
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:::tip Wichtige semantische Äquivalenzen
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:::tip[Wichtige semantische Äquivalenzen]
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1. $$
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\begin{align*}
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@@ -427,7 +427,7 @@ Die tatsächliche semantische Äquivalenz lässt sich leicht durch aufstellen ei
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:::
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-4 */}
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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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@@ -452,17 +452,17 @@ 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) {/* #prädikatenlogik-pl-1 */}
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Die Aussagenlogik allein reicht leider nicht aus, um viele Problemstellungen in der Mathematik vernünftig zu formulieren.
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:::note Variable
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:::note[Variable]
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Sei $G$ ein Grundbereich von Objekten.
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Für eine *Variable* $x$ über $G$ kann ein Objekt aus $G$ eingesetzt werden.
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:::
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:::note Aussagenform
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:::note[Aussagenform]
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Eine *Aussagenform* $H$ über $G$ ist ein schriftsprachliches Gebilde mit mindestens einer Variable.
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Durch Einsetzen von Objekten aus $G$ **für alle** Variablen wird $H$ zu einer Aussage.
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@@ -475,7 +475,7 @@ Aussagenformen wurden bereits in der [Aussagenlogik](#syntax)) oben eingeführt,
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Das Zusammensetzen von Aussagen(-formen) mit den entsprechenden Junktoren ist analog zur Aussagenlogik.
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-5 */}
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Sei $G = \mathbb{N}$ Grundbereich und $A(n) \coloneqq ``n + 1 = 3''$ Aussagenform.
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Durch Ersetzen der Variable $n$ durch ein Objekt aus $G$, hier also einer natürlichen Zahl, wird $A(x)$ zu einer Aussage:
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- Für $n = 1$ ist $A(1) \coloneqq ``1 + 1 = 3''$ eine falsche Aussage.
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@@ -488,7 +488,7 @@ während $Mensch(Grumpy Cat)$, sprich "Grumpy Cat ist ein Mensch" eine falsche A
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Doch in der Prädikatenlogik gibt es noch mehr, was diese ausmacht:
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:::note Quantifizierung
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:::note[Quantifizierung]
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Quantoren:
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- Allquantor: $\forall x$ - sprich: "Für alle $x$ aus $G$"
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@@ -506,7 +506,7 @@ Nicht gebundene Variablen heißen *frei*.
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Eine Aussagenform wurde erst zu einer Aussage, wenn wir die Variablen durch ein konkretes Objekt aus $G$ ersetzt haben.
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Durch ein Quantor ist eine Aussagenform direkt eine Aussage:
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#### Beispiele
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#### Beispiele {/* #beispiele-6 */}
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Sei $G = \mathbb{N}$ Grundbereich und $H(x) \coloneqq ``x + 1 = 3''$ Aussagenform.
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Durch Quantifizierung entstehen folgende Aussagen:
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- $\forall x (x + 1 = 3)$ - "Für alle $x$ aus $G$ gilt $x + 1 = 3$" ist eine falsche Aussage.
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