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教師參考:包含答案、條件與論證。

02 常用邏輯用語 · g10-02-01 · 5–10 分鐘 · 教師版・含答案

命題的反例

p⇒q 何時不成立?

先預測:檢查 p:x>c、q:x>0;預測哪一組真假值能推翻 p⇒q。

對照計算觀察
兩者皆真
測試值 x = 2; 門檻 c = 1
這個輸入不是 p⇒q 的反例。
反例
測試值 x = -1; 門檻 c = -2
此輸入推翻 p⇒q:前件真、後件假。
前件為假
測試值 x = -2; 門檻 c = 1
這個輸入不是 p⇒q 的反例。

結論:反例須 p 真而 q 假;p 假的案例不能推翻此蘊含。 畫面上的有限例子用來形成猜想;下方論證說明它在所列條件下為何成立。

條件:x、c 為實數;某個 x 的檢查不同於對所有 x 的主張。

論證:依蘊含定義,只有「真推出假」不成立;例如 c<0 時,c<x≤0 的點就是反例。

追問:問每例是反例、局部支持,還是仍未證明全稱主張。

迷思:q 真不能推出 p;逆命題須另行檢查。

延伸:選一個 c,使正向恆成立、逆向卻有反例。

離堂檢核:x=−1 能否推翻 x>−2 ⇒ x>0?

能:−1>−2,但 −1 不是正數。

先備:不等式與真假 · 時間:預測 1、比較 3、解釋 2、檢核 1 分鐘。有限觀察不能證明全稱命題。

02 常用邏輯用語 · g10-02-02 · 5–10 分鐘 · 教師版・含答案

必要還是充分?

哪個區間包含於哪個區間?

先預測:p:x>a、q:x>b;預測 a<b、a=b、a>b 時兩個方向。

對照計算觀察
充分不必要
p 的門檻 a = 3; q 的門檻 b = 1
充分不必要
充要
p 的門檻 a = 2; q 的門檻 b = 2
充要
必要不充分
p 的門檻 a = -1; q 的門檻 b = 2
必要不充分

結論:充分性是 p 的解集包含於 q 的解集;必要性則把包含方向反過來。 畫面上的有限例子用來形成猜想;下方論證說明它在所列條件下為何成立。

條件:兩式均為嚴格不等式,全集同為實數。

論證:a≥b 時,x>a 必有 x>b;a<b 時,中點 (a+b)/2 滿足 p 而不滿足 q,因此門檻比較完整判定兩方向。

追問:要求給一般區間論證,並為不成立方向給反例。

迷思:一個共同解不能證明任一方向普遍成立。

延伸:把一式改為非嚴格不等式,研究門檻相同的情況。

離堂檢核:x>3 是 x>1 的甚麼條件?

充分不必要;x=2 推翻逆向。

先備:蘊含與區間 · 時間:預測 1、比較 3、解釋 2、檢核 1 分鐘。有限觀察不能證明全稱命題。

02 常用邏輯用語 · g10-02-03 · 5–10 分鐘 · 教師版・含答案

所有還是至少一個?

同一性質能否存在命題真、全稱命題假?

先預測:對 x²≥k 或 x²>k,比較有限整數域與全體實數域。

對照計算觀察
存在真而全稱假
有限域上界 n = 2; 平方門檻 k = 1; 比較 = x² ≥ k; 定義域 = 整數 −n 至 n
全稱:假;存在:真。域:有限整數集。
零的邊界
有限域上界 n = 2; 平方門檻 k = 0; 比較 = x² > k; 定義域 = 所有實數
全稱:假;存在:真。域:R。
有限域沒有見證
有限域上界 n = 2; 平方門檻 k = 5; 比較 = x² ≥ k; 定義域 = 整數 −n 至 n
全稱:假;存在:假。域:有限整數集。

結論:全稱要求每個允許輸入;存在只需一個;擴大定義域可使兩者有不同變化。 畫面上的有限例子用來形成猜想;下方論證說明它在所列條件下為何成立。

條件:有限域是 {−n,…,n},n≥1;另一選項為 R。

論證:平方最小值是 0;有限域最大為 n²,R 上平方無上界;這些界精確判定全稱與存在。

追問:請學生區分一個見證與 R 上的完整證明。

迷思:檢查圖上幾個實數,不是檢查全部實數。

延伸:找一個 k,使有限域沒有見證,而 R 有。

離堂檢核:在 R 上比較 ∀x:x²≥1 與 ∃x:x²≥1。

全稱在 0 處為假;存在由 1 作見證為真。

先備:平方與量詞 · 時間:預測 1、比較 3、解釋 2、檢核 1 分鐘。有限觀察不能證明全稱命題。

02 常用邏輯用語 · g10-02-04 · 5–10 分鐘 · 教師版・含答案

否定帶量詞命題

否定「全部較大」是否等於「全部較小」?

先預測:預測 [−n,n] 上 ∀x:x²>k 與 ∃x:x²>k 的否定。

對照計算觀察
否定全稱
區間上界 n = 2; 門檻 k = 1; 原量詞 = 對每個 x
否定: ∃x: x² ≤ k; 真
等號不可少
區間上界 n = 2; 門檻 k = 0; 原量詞 = 對每個 x
否定: ∃x: x² ≤ k; 真
最大值處否定存在
區間上界 n = 2; 門檻 k = 4; 原量詞 = 至少存在一個 x
否定: ∀x: x² ≤ k; 真

結論:否定要交換全稱與存在,並把 > 改為 ≤;等號屬於否定一方。 畫面上的有限例子用來形成猜想;下方論證說明它在所列條件下為何成立。

條件:定義域為完整實區間 [−n,n],n>0。

論證:區間上 0≤x²≤n² 且兩界可取;全稱 >k 當且僅當 k<0,存在 >k 當且僅當 k<n²;否定正好取互補條件。

追問:用 k=0 揭示錯誤否定遺漏等號的問題。

迷思:「並非全部」不等於「全部都不」。

延伸:否定帶 ≥ 的命題,解釋新式為何用嚴格端點。

離堂檢核:否定「每個實數 x 都有 x²>0」。

存在實數 x 使 x²≤0;x=0 是見證。

先備:量詞與嚴格不等式 · 時間:預測 1、比較 3、解釋 2、檢核 1 分鐘。有限觀察不能證明全稱命題。