Teoremas
Nos posts anteriores falamos dos postulados e axiomas, sem uma demonstração formal de resultados. Aqui iniciamos os conceitos de demonstração formal, para isto, apresentamos alguns conceitos fundamentais para o início do tema.
Conceitos
O primeiro conceito muito importante na matemática é a definição.
Definição: é um enunciado que descreve o significado de um termo matemático.
Proposição
Nos posts anteriores definimos este conceito, mas agora, apresentamos de uma forma mais simples:
Proposição: é uma sentença declarativa.
- Se for simples é aquilo que possui sentido por si só.
- Se for verdadeira em todas as possibilidades lógicas é dita uma Tautologia.
- Se for é verdadeira em todas as possibilidades lógicas é dita uma Tautologia.
- Não existe uma outra possibilidade, além das anteriores.
Argumento
As definições a seguir são igualmente importantes para uma boa construção de resultados.
Argumento: é uma sequência finita $n+1$ proposições:
- Conjunto de hipóteses: $\mathcal{H} = \\{H_1, H_2, \dots, H_n\\}$
- Tese: $T$, que é consequência das hipóteses.
Conjectura
Conjectura: é uma proposição que não foi demonstrada até o momento e nem refutada.
Desta forma, a conjectura é uma proposição que não foi demonstrada até o momento, porém, necessita ser demonstrada para tornar um resultado como teorema.
Teoremas
Um conceito muito importante é o de Teorema, que é uma proposição lógica, ou seja, é uma tautologia. Um resultado, em matemática tautologia, que mais importam são os que utilizam conectivos condicional e/ou bicondicional.
Teorema: é uma proposição garantida por uma demonstração.
A demosntração de um resultado é basicamente montar uma redação dissertativa. Para isto trabalhamos com as tabelas-verdade e com isso, mostramos que a proposição é de fato uma tautologia.
No post anterior, vimos que os axiomas e postulados são fatos aceitos sem uma demonstração.
Daqui em diante, para demonstração de um resultado, vamos usar resultados preliminares como:
- Lemas: é um resultado em que o propósito é ser utilizado para demonstração de um resultado maior.
- Proposições: é um resultado em que o propósito é ser utilizado para demonstração de um resultado maior.
Como dito, estas tautologias são utilizadas para demonstrar resultados maiores como teoremas e corolários.
Corolário
Corolário: é um teorema que pode ser estabelecido diretamente do teorema provado.
Mais especificamente, quando um teorema ajuda a concluir facilmente outrs afirmações, este resultado são chamados de corolário do teorema.
Implicação e Bi-implicação logicamente
Com conceitos de tautologia, vimos até o momento que ao definirmos $p$ e $q$ proposições e $p \rightarrow q$ uma tautologia, dizemos:
- $p \rightarrow q$ é uma implicação.
- $p \Rightarrow q$ é uma implicação lógica.
Da mesma forma, sejam $p$ e $q$ proposições e $p \leftrightarrow q$ uma tautologia, dizemos:
- $p \leftrightarrow q$ é uma bi-implicação.
- Esta última significa que $p$ e $q$ são logicamente equivalentes.
- $p \Leftrightarrow q$ é uma bi-implicação lógica.
- Esta última significa que $p$ e $q$ são equivalentes.
Logo, com estes conceitos podemos propor o seguinte resultado:
Teorema para implicação lógica
Teorema: Sejam $p, q$ e $r$ proposições. Então:
- Reflexiva: $p\Rightarrow p$
- Transitiva: $(p\rightarrow q) \wedge (q\rightarrow r) \Rightarrow (p\rightarrow r)$
- Simplificação: $p \wedge q \Rightarrow p$
- Adição: $p \Rightarrow p \vee q $
- Modus Ponens (em latim significa “a maneira que afirma afirmando”): $(p \wedge (p \rightarrow q)) \Rightarrow q$
- Modus Tollens (em latim significa “modo que nega por negação”): $(p \rightarrow q)\sim q \Rightarrow \sim p$
- Reduction ad absurdum (em latim significa “redução ao absurdo”): $(\sim p \rightarrow (q \wedge \sim q)) \Rightarrow p$
- Simetria: $(p \leftrightarrow q) \Rightarrow (q \leftrightarrow p) $
- Transitiva: $(p \leftrightarrow q) \wedge (q \leftrightarrow r)\Rightarrow (p \leftrightarrow r) $
- Disjunção: $(p \leftrightarrow q) \wedge \sim p \Rightarrow q $
Demonstração: Basta aplicarmos a tabela verdade.
Teorema para bi-implicação lógica
Teorema: Sejam $p, q$ e $r$ proposições. Então:
- Reflexiva: $p\Leftrightarrow p$
- Dupla negação: $\sim (\sim p)\Leftrightarrow p$
- Negação da conjunção - Lei de Morgan: $(p \wedge p)\Leftrightarrow (\sim p \vee \sim q)$
- Negação da disjunção - Lei de Morgan $\sim (p \vee p)\Leftrightarrow (\sim p \wedge \sim q)$
- Negação da condicional $\sim (p\rightarrow q) \Leftrightarrow (p \wedge \sim q)$
- Negaçãao da bicondicional $\sim (p\leftrightarrow q) \Leftrightarrow (p \wedge \sim q) \vee (\sim p \wedge q)$
- Comutatividade de $\vee$: $(p\vee q) \Leftrightarrow (q\vee p)$
- Comutatividade de $\wedge$: $(p\wedge q) \Leftrightarrow (q\wedge p)$
- Associatividade de $\vee$: $(p\vee q)\vee r \Leftrightarrow p\vee (q\vee r)$
- Associatividade de $\wedge$: $(p\wedge q)\wedge r \Leftrightarrow p\wedge (q\wedge r)$
- Distributividade: $p \vee (q\wedge r) \Leftrightarrow (p\vee q)\wedge (p\vee r)$
- Distributividade: $p \wedge (q\vee r) \Leftrightarrow (p\wedge q)\vee (p\wedge r)$
- Bicondicional: $(p\leftrightarrow q) \Leftrightarrow (p \rightarrow q) \wedge (q \rightarrow p)$
- Contra positiva $(p\rightarrow q) \Leftrightarrow (\sim p \rightarrow \sim q)$
- Idempotências $(p\vee p) \Leftrightarrow p$ e $(p\wedge p) \Leftrightarrow p$
- Transitividade $(p\Leftrightarrow q)$ e $(q\Leftrightarrow r)$ $\Leftrightarrow (p\Leftrightarrow r)$
Demonstração: Basta aplicarmos a tabela verdade.