Axiomas e Postulados
Neste post vamos abordar o que são axiomas e postulados. Para em seguida falarmos de demonstração de resultados. Este princípio é fundamental para o desenvolvimento de novas matemáticas.
De forma simples podemos entender como uma sequência de afirmações, em cada uma delas é consequência das anteriores ou algo que sabemos que é verdade. Como construir algo como consequência de outra(s)?
Suponhamos que B é uma consequência de afirmações anteriores. Das afirmações anteriores, existe uma afirmação A. Desta forma temos:
$$A \rightarrow B$$
Relações transitivas
Uma relação transitiva é quando temos uma relação:
$$A \rightarrow B \quad \text{e} \quad B \rightarrow C \qquad \text{implicam} \qquad A \rightarrow C$$O objetivo é mostrar que toda vez que $A$ ocorre, ocorre $C,$ desde que valem $A \rightarrow B$ tanto como $B \rightarrow C.$
Suponhamos que vale $A$, $A \rightarrow B$ e $B \rightarrow C$. O que queremos mostrar é que vale $A \rightarrow C$. Disto obtemos que:
- Como $A$, $A \rightarrow B$ valem, temos que $B$ vale.
- A seguir temos que como $B$, $B \rightarrow C$ valem, temos que $C$ vale.
- Desta forma, temos que $A \rightarrow C$ vale.
Como dito anteriormente em outros posts, se a suposição não for verdadeira, o resultado pode ser enganoso.
Neste mundo de opiniões, o que é verdadeiro para uns, pode não ser verdade para outros. Com isso, temos que ser extremamente precisos com a suposição de verdadeiro ou não.
Tautologias
Na matemática, podemos supor verdades tudo que for logicamente verdadeiro, que é uma tautologia.
Definição: Uma proposição que é verdadeira em todas as possibilidades lógicas é dita uma Tautologia.
Definição: Se esta proposição é falsa para todas as possibilidades lógicas, ela é dita uma Contradição.
No post tabela verdade vimos as proposições $p$ e $\sim p.$
Com isso, notamos que se $p$ é uma tautologia, então $\sim p$ é uma contradição ou vice versa.
Exemplo: Para toda proposição $p$, a proposição $p \vee\sim p$ é uma tautologia e $p \wedge\sim p$ é uma contradição.
De fato, basta observar a tabela verdade:
| $p$ | $\sim p$ | $p \vee\sim p$ | $p \wedge\sim p$ |
|---|---|---|---|
| V | F | V | F |
| F | V | V | F |
Equivalência lógicas
Em matemática, equivalência é semelhante a “igualdade”, porém mais genéricamente, nem sempre isso é verdade. Se dois conjuntos de equações tiverem as mesmas soluções, consideramos equivalentes, mas não necessariamente são iguais.
| Gêmeos | Triângulos Equivalentes |
|---|---|
|
|
Quando necessitamos usar as tautologias, precisamos usar as equivalências lógicas. A seguir vamos definir alguns termos:
Definição: Duas proposições são ditas logicamente equivalentes, se elas têm a mesma tabela verdade.
Equivalentemente têm o mesmo valor verdade para cada uma das possibilidades lógicas.
Exemplo: As proposições $\sim (p \vee q)$, a $\sim p \wedge \sim q $ são logicamente equivalentes.
De fato, basta observar a tabela verdade:
| $p$ | $q$ | $p \vee q$ | $\sim (p \vee q)$ | $\sim p$ | $\sim q$ | $\sim p \wedge \sim q $ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| V | V | V | F | F | F | F |
| V | F | V | F | F | V | F |
| F | V | V | F | V | F | F |
| F | F | F | V | V | V | V |
Muitos que estão lendo este post vão falar. What? O que significa isso? O que é essa equivalência lógica?
Suponha que a primeira pessoa diga as proposições.
$$x-x\neq 0 \qquad \text{e} \qquad 2 x + x \neq 4x$$Em seguida venha outra pessoa e diga:
- Não é verdade que ou $$x-x= 0 \qquad \text{ou} \qquad 2 x + x = 4x$$
Neste caso as duas pessoas estão dizendo a mesma coisa, ou seja:
- Ambas estão certas ou
- Ambas estão erradas.
- Neste caso, a suposição da segunda pessoa é igual a da primeira (linha 2 da tabela verdade).
Portanto, as proposições $p$ e $q$ são logicamente equivalentes, então $p \leftrightarrow q$ é uma tautologia. Reciprocamente, $p \leftrightarrow q$ é uma tautologia, então $p$ e $q$ são logicamente equivalentes.
As equivalências lógicas são muito úteis para demonstrações, pois se duas proposições são logicamente equivalentes, elas são a “mesma” do ponto de vista lógico.
Suponha:
- Duas proposições $p$ e $q$ e estas são logicamente equivalentes.
- Se necessitamos demonstrar $p$ e temos uma maneira mais simples ou mais fácil de demonstrarmos $q$.
- Então podemos demonstrar $p$ provando $q$.
Condicional, Contra positiva e Recíproca
Alguns termos são muito importantes para demonstração de resultados. O que é condicional?
Definição: A condicional é a operação realizada quando na proposição ao utilizarmos o conectivo:
- se…
- então…
Em computação, o conceito de condicional é muito utilizado.
Para representar esse operador usamos o símbolo $\rightarrow$. Assim,
- $p \rightarrow q$ significa “se p, então q”.
Desta forma, obtemos as seguintes definições:
Definição: Se $p \rightarrow q$ é uma condicional, então $\sim q \rightarrow \sim p$ é dita condicional contra positiva.
Esta definição é uma equivalência lógica. Assim, se $p \rightarrow q$ é uma condicional e o objetivo é demonstrarmos este resultado, basta demonstrar a contra positiva da seguinte forma:
- nega a tese $q$
- isto implica em uma não hipótese $p$ (que chamamos de absurdo).
Coloquialmente, na matemática chamamos de prova por absurdo.
Da mesma forma, podemos definir:
Definição:
- Se $q \rightarrow p$ é dita uma condicional recíproca.
- Desta forma, $\sim q \rightarrow \sim p$ é dita condicional inversa.
Axiomas e Postulados
Na Grécia antiga matemáticos como Euclides usavam muito os conceitos de axiomas e postulados.
Os axiomas e postulados são fatos aceitos sem uma demonstração. Mais especificamente, não temos como provar resultados, cujos esses fatos são aceitos sem uma demonstração. Tudo se inicia com o axioma, pois ela é o ponto de partida do raciocínio.
No caso de um axioma é uma afirmação que vamos supor verdadeira. O uso dos axiomas em geral:
- Queremos definir um determinado assunto
- Dizemos quais os axiomas que isso satisfaz
- Com isso, deduzimos tudo o que podemos a partir de tais axiomas.
- Ou seja, tudo aquilo que satisfizaz tais axiomas, vai satisfazer suas consequências também.
Exemplos de Axiomas e Postulados
Como dito antes a Grécia antiga usavam muito o conceito de axiomas. A seguir, vamos listar alguns exemplos de axiomas:
Postulado de Euclides: através de um ponto fora de uma reta passa uma, e somente uma, reta a qual é paralela à reta dada.
- Na reta (e também fora dela) existem infinitos pontos;
- Dois pontos distintos determinam uma, e somente uma, reta;
- Três pontos que não são colineares determinam um único plano;
- A menor distância entre dois pontos é o segmento de reta que une estes dois pontos;
Este último postulado causou muita confusão na idade média. A partir disto, uma crendice popular foi criada:
- Em um plano inclinado ao jogarmos um bola neste plano inclinado. O menor tempo percorrido é por uma reta;
Este postulado hoje em dia não é verdade. O menor tempo é percorrido é obtido pela Braquistócrona. Este resultado foi demonstrado Johann Bernoulli, e saiu da condição de axioma ou postulado. a seguir monstramos um gif obtido do wikipedia.
A conclusão é que temos que evoluir mais um pouco. Não basta acreditarmos apenas nos axiomas ou postulados. A matemática depende muito de resultados, como dito antes é igual a São Tomé, é ver para crer. Nos próximos posts vamos abordar sobre como demonstrarmos um resultado.