Порядок действий в логических выражениях

Порядок действий в логических выражениях

Когда мы работаем с различными выражениями, включающими в себя цифры, буквы и переменные, нам приходится выполнять большое количество арифметических действий. Когда мы делаем преобразование или вычисляем значение, очень важно соблюдать правильную очередность этих действий. Иначе говоря, арифметические действия имеют свой особый порядок выполнения.

В этой статье мы расскажем, какие действия надо делать в первую очередь, а какие после. Для начала разберем несколько простых выражений, в которых есть только переменные или числовые значения, а также знаки деления, умножения, вычитания и сложения. Потом возьмем примеры со скобками и рассмотрим, в каком порядке следует вычислять их. В третьей части мы приведем нужный порядок преобразований и вычислений в тех примерах, которые включают в себя знаки корней, степеней и других функций.

Порядок вычисления простых выражений

В случае выражений без скобок порядок действий определяется однозначно:

  1. Все действия выполняются слева направо.
  2. В первую очередь мы выполняем деление и умножение, во вторую – вычитание и сложение.

Смысл этих правил легко уяснить. Традиционный порядок записи слева направо определяет основную последовательность вычислений, а необходимость сначала умножить или разделить объясняется самой сутью этих операций.

Возьмем для наглядности несколько задач. Мы использовали только самые простые числовые выражения, чтобы все вычисления можно было провести в уме. Так можно быстрее запомнить нужный порядок и быстро проверить результаты.

Условие: вычислите, сколько будет 7 − 3 + 6 .

Решение

В нашем выражении скобок нет, умножение и деление также отсутствуют, поэтому выполняем все действия в указанном порядке. Сначала вычитаем три из семи, затем прибавляем к остатку шесть и в итоге получаем десять. Вот запись всего решения:

7 − 3 + 6 = 4 + 6 = 10

Ответ: 7 − 3 + 6 = 10 .

Условие: в каком порядке нужно выполнять вычисления в выражении 6 : 2 · 8 : 3 ?

Решение

Чтобы дать ответ на этот вопрос, перечитаем правило для выражений без скобок, сформулированное нами до этого. У нас здесь есть только умножение и деление, значит, мы сохраняем записанный порядок вычислений и считаем последовательно слева направо.

Ответ: сначала выполняем деление шести на два, результат умножаем на восемь и получившееся в итоге число делим на три.

Условие: подсчитайте, сколько будет 17 − 5 · 6 : 3 − 2 + 4 : 2 .

Решение

Сначала определим верный порядок действий, поскольку у нас здесь есть все основные виды арифметических операций – сложение, вычитание, умножение, деление. Первым делом нам надо разделить и умножить. Эти действия не имеют приоритета друг перед другом, поэтому выполняем их в написанном порядке справа налево. То есть 5 надо умножить на 6 и получить 30 , потом 30 разделить на 3 и получить 10 . После этого делим 4 на 2 , это 2 . Подставим найденные значения в исходное выражение:

17 − 5 · 6 : 3 − 2 + 4 : 2 = 17 − 10 − 2 + 2

Здесь уже нет ни деления, ни умножения, поэтому делаем оставшиеся вычисления по порядку и получаем ответ:

17 − 10 − 2 + 2 = 7 − 2 + 2 = 5 + 2 = 7

Ответ: 17 − 5 · 6 : 3 − 2 + 4 : 2 = 7 .

Пока порядок выполнения действий не заучен твердо, можно ставить над знаками арифметических действий цифры, означающие порядок вычисления. Например, для задачи выше мы могли бы записать так:

.

Если у нас есть буквенные выражения, то с ними мы поступаем точно так же: сначала умножаем и делим, затем складываем и вычитаем.

Что такое действия первой и второй ступени

Иногда в справочниках все арифметические действия делят на действия первой и второй ступени. Сформулируем нужное определение.

К действиям первой ступени относятся вычитание и сложение, второй – умножение и деление.

Зная эти названия, мы можем записать данное ранее правило относительно порядка действий так:

В выражении, в котором нет скобок, сначала надо выполнить действия второй ступени в направлении слева направо, затем действия первой ступени (в том же направлении).

Порядок вычислений в выражениях со скобками

Скобки сами по себе являются знаком, который сообщает нам нужный порядок выполнения действий. В таком случае нужное правило можно записать так:

Если в выражении есть скобки, то первым делом выполняется действие в них, после чего мы умножаем и делим, а затем складываем и вычитаем по направлению слева направо.

Что касается самого выражения в скобках, его можно рассматривать в качестве составной части основного выражения. При подсчете значения выражения в скобках мы сохраняем все тот же известный нам порядок действий. Проиллюстрируем нашу мысль примером.

Условие: вычислите, сколько будет 5 + ( 7 − 2 · 3 ) · ( 6 − 4 ) : 2 .

Решение

В данном выражении есть скобки, поэтому начнем с них. Первым делом вычислим, сколько будет 7 − 2 · 3 . Здесь нам надо умножить 2 на 3 и вычесть результат из 7 :

7 − 2 · 3 = 7 − 6 = 1

Считаем результат во вторых скобках. Там у нас всего одно действие: 6 − 4 = 2 .

Теперь нам нужно подставить получившиеся значения в первоначальное выражение:

5 + ( 7 − 2 · 3 ) · ( 6 − 4 ) : 2 = 5 + 1 · 2 : 2

Начнем с умножения и деления, потом выполним вычитание и получим:

5 + 1 · 2 : 2 = 5 + 2 : 2 = 5 + 1 = 6

На этом вычисления можно закончить.

Ответ: 5 + ( 7 − 2 · 3 ) · ( 6 − 4 ) : 2 = 6 .

Не пугайтесь, если в условии у нас содержится выражение, в котором одни скобки заключают в себе другие. Нам надо только применять правило выше последовательно по отношению ко всем выражениям в скобках. Возьмем такую задачу.

Читайте также:  Сбой активации продукта в ворде что делать

Условие: вычислите, сколько будет 4 + ( 3 + 1 + 4 · ( 2 + 3 ) ) .

Решение

У нас есть скобки в скобках. Начинаем с 3 + 1 + 4 · ( 2 + 3 ) , а именно с 2 + 3 . Это будет 5 . Значение надо будет подставить в выражение и подсчитать, что 3 + 1 + 4 · 5 . Мы помним, что сначала надо умножить, а потом сложить: 3 + 1 + 4 · 5 = 3 + 1 + 20 = 24 . Подставив найденные значения в исходное выражение, вычислим ответ: 4 + 24 = 28 .

Ответ: 4 + ( 3 + 1 + 4 · ( 2 + 3 ) ) = 28 .

Иначе говоря, при вычислении значения выражения, включающего скобки в скобках, мы начинаем с внутренних скобок и продвигаемся к внешним.

Допустим, нам надо найти, сколько будет ( 4 + ( 4 + ( 4 − 6 : 2 ) ) − 1 ) − 1 . Начинаем с выражения во внутренних скобках. Поскольку 4 − 6 : 2 = 4 − 3 = 1 , исходное выражение можно записать как ( 4 + ( 4 + 1 ) − 1 ) − 1 . Снова обращаемся к внутренним скобкам: 4 + 1 = 5 . Мы пришли к выражению ( 4 + 5 − 1 ) − 1 . Считаем 4 + 5 − 1 = 8 и в итоге получаем разность 8 — 1 , результатом которой будет 7 .

Порядок вычисления в выражениях со степенями, корнями, логарифмами и иными функциями

Если у нас в условии стоит выражение со степенью, корнем, логарифмом или тригонометрической функцией (синусом, косинусом, тангенсом и котангенсом) или иными функциями, то первым делом мы вычисляем значение функции. После этого мы действуем по правилам, указанным в предыдущих пунктах. Иначе говоря, функции по степени важности приравниваются к выражению, заключенному в скобки.

Разберем пример такого вычисления.

Условие: найдите, сколько будет ( 3 + 1 ) · 2 + 6 2 : 3 − 7 .

Решение

У нас есть выражение со степенью, значение которого надо найти в первую очередь. Считаем: 6 2 = 36 . Теперь подставим результат в выражение, после чего оно примет вид ( 3 + 1 ) · 2 + 36 : 3 − 7 .

Дальше действуем по знакомому алгоритму: считаем, сколько у нас получится в скобках, потом в оставшемся выражении выполняем умножение и деление, а следом – сложение и вычитание.

( 3 + 1 ) · 2 + 36 : 3 − 7 = 4 · 2 + 36 : 3 − 7 = 8 + 12 − 7 = 13

Ответ: ( 3 + 1 ) · 2 + 6 2 : 3 − 7 = 13 .

В отдельной статье, посвященной вычислению значений выражений, мы приводим и другие, более сложные примеры подсчетов в случае выражений с корнями, степенью и др. Рекомендуем вам с ней ознакомиться.

Для изменения указанного порядка выполнения операций используются скобки.

Количество строк = 2n + две строки для заголовка (n — количество простых высказываний)

Количество столбцов = количество переменных + количество логических операций

При построении таблицы надо учитывать все возможные сочетания логических значений 0 и 1 исходных выражений. Затем – определить порядок действий и составить таблицу с учетом таблиц истинности основных логических операций.

ПРИМЕР: составить таблицу истинности сложного логического выражения

А,В, С — три простых высказывания, поэтому :

количество строк = 23 +2 = 10 (n=3, т.к. на входе три элеманта А, В, С)

1) А 2) В 3) С 4) не A это инверсия А (обозначим Е) 5) B ˅ C это операция дизъюнкции (обозначим F) 6) D = ¬A & ( B˅C ), т.е. D = E & F это операция конъюнкции

1. Закон непротиворечия:

Невозможно, чтобы противоречащие высказывания были одновременно истинными.

2. Закон исключенного третьего:

Высказывание может быть либо истинным, либо ложным, третьего не дано.

3. Закон двойного отрицания:

= А

Двойное отрицание исключает отрицание.

4. Закон коммутативности (переместительный):

— для логического сложения: — для логического умножения:

Можно менять местами переменные при операциях сложения и умножения.

В обычной алгебре:

a + b = b + a a  b = b  a

5. Закон ассоциативности (сочетательный):

— для логического сложения: — для логического умножения:

При одинаковых знаках операций скобки можно ставить произвольно или вообще опускать.

В обычной алгебре:

(a + b) + c = a + (b + c) = a + b + c (a  b)  c = a (bc) = a b c

6. Закон дистрибутивности (распределительный):

— для логического сложения — для логического умножения относительно умножения: относительно сложения:

В алгебре логики можно выносить за скобки общие слагаемые и общие множители.

В обычной алгебре:

—-нет такого правила—— a b + ac = a (b + c)

Законы де Моргана (законы инверсии):

— для логического сложения: — для логического умножения:

= А & B = А B

Общая инверсия двух слагаемых Общая инверсия двух сомножителей

равносильна логическому умножению равносильна логическому сложению

инвертированных переменных. Инвертированных переменных.

8. Правила равносильности

— для логического сложения: — для логического умножения:

Эти правила означают отсутствие показателей степени.

9. Правила исключения констант:

— для логического сложения: — для логического умножения:

10.

А В = А В А В = А & В

Существуют различные способы решения логических задач, которые обычно формулируются на естественном языке:

Первый способ заключается в формализации логических задач, т. е. задачи записываются на логическом языке, полученные логические выражения упрощаются с помощью эквивалентных преобразований с использованием законов логики и анализируются полученные результаты.

Второй способ заключается в построении таблиц истинности для логических выражений (количество таблиц может быть различным), с последующим анализом полученных результатов.

Третий способ заключается в анализе всевозможных вариантов ответов; в составлении схем по условию задачи, с последующим анализом результатов.

Логический элемент И

конъюнктор

Логический элемент ИЛИ

Логический элемент НЕ

Символом F обозначено одно из указанных ниже логических выражений от трех аргументов: X, Y, Z.

Читайте также:  Зависло обновление apple watch

Дан фрагмент таблицы истинности выражения F:

Какое выражение соответствует F?

Последовательно подставим первую строку таблицы истин­ности во все варианты ответов:

l) , а по условию F для этого набора значений равно 0. Первый ответ не подходит.

, по условию F = 0. Второй ответ пока под­ходит.

, по условию F =0. Третий ответ пока под­ходит.

, по условию F = 0. Четвертый ответ пока под­ходит.

Отбросив первый вариант ответа, подставим теперь вторую строку во все оставшиеся:

, по условию F = 1. Второй ответ отпадает.

, по условию F =1. Третий ответ пока под­ходит.

4) , по условию F = 1. Четвертый ответ пока под­ходит.

Подставим теперь третью строку в оставшиеся два варианта ответов:

3) , по условию F = 0. Третий ответ подходит для всех строк.

4) , по условию F = 0. Четвертый ответ не под­ходит.

Составим фрагмент таблицы истинности всех перечисленных в ответах логических выражений для различных наборов переменных X, Y, Z:

Заметим, что значения истинности одинаковы для логических выражений F и при любых значениях аргументов X, Y, Z из данного фрагмента, следовательно, эти логические выражения равносильны.

Задание 2 (2004 — А12)

Какое логическое выражение равносильно выражению Ø(АÚ Ø В)?

Для каждого имени истинно высказывание: Ø (Первая буква имени гласная => Четвертая буква согласная)

Из приведенных логических схем

эквивалентными являются схемы с выходными сигналами:

1) F1 и F2 2) F1 и F4 3) F1 и F3 4) F3 и F4 5) F2 и F4.

Задача 1 (решения текстовой логической задачи)

Три свидетеля дорожного происшествия сообщили сведения о скрывшемся нарушителе. Боб утверждает, что тот был на крас­ном «Рено», Джон сказал, что нарушитель уехал на синей «Тойо­те», а Сэм показал, что машина была точно не красная и, по всей видимости, это был «Форд». Когда удалось отыскать машину, выяснилось, что каждый из свидетелей точно определил только один из параметров автомобиля, а в другом ошибся.

Какая и ка­кого цвета была машина у нарушителя?

Ответ запишите в виде двух слов, разделенных пробелом: МАРКА ЦВЕТ. Например: ЖИГУЛИ БЕЛЫЙ.

А = «машина красного цвета»;

В = «машина была «Рено»;

С = «машина синего цвета»;

Е = «машина была «Форд».

из показаний Боба следует, что А v В истинно;

из показаний Джона следует, что С v D истинно;

из показаний Сэма следует, что — А v E истинно.

Следовательно, истинна и конъюнкция vВ) v D) ( А v E) = l.

Раскрывая скобки, получаем:

(А v В) (С v D) ( А v E) = (АС v А D v В С v ВD) (A v E) = A C A v A D A v B C A v B D A v A C E v A D E v B C E v B D E =1.

Из полученных восьми слагаемых семь (согласно условию) являются ложными, остается единственное истинное слагаемое (подчеркнуто):

B C A = 1.

Значит, нарушитель скрылся на автомобиле «Рено» синего цвета.

Ответ: «РЕНО СИНИЙ».

Решим задачу методом рассуждений.

Предположим, что Боб правильно сообщил цвет, но ошибся в марке. Следовательно, машина красная, и не «Рено». Тогда по­лучается, что Джон ошибся в цвете, но верно сообщил марку — «Тойота». Итак, предварительный вывод — красная «Тойота». Но при этом получается, что вопреки условиям задачи Сэм ошибся и в цвете, и в марке. Мы пришли к противоречию, значит, ис­ходное предположение было неверным. Отсюда мы заключаем, что Боб верно указал марку — «Рено», но ошибся в цвете. Итак, машина «Рено», но не красного цвета. Учитывая, что машина точно не «Тойота», из показаний Джона вытекает, что машина была синей. При этом также выполняется условие для показа­ний Сэма.

Ответ: «РЕНО СИНИЙ».

Мама, прибежавшая на звон разбившейся вазы, застала трех своих сыновей в совершенно невинных позах: Саша, Ваня и Коля делали вид, что происшедшее к ним не относится. Однако футбольный мяч среди осколков явно говорил об обратном.

Кто это сделал? – спросила мама.

Коля не бил по мячу, — сказал Саша. – Это сделал Ваня.

Ваня ответил: — Разбил Коля, Саша не играл в футбол дома.

Так я и знала, что вы друг на дружку сваливать будете, — рассердилась мама. – Ну, а ты что скажешь? – спросила она Колю.

Не сердись, мамочка! Я знаю, что Ваня не мог этого сделать. А я сегодня еще не сделал уроки, — заявил Коля.

Оказалось, что один из мальчиков оба раза солгал, а двое в каждом из своих заявлений сказали правду. Кто разбил вазу

это два варианта слов Саши

это два варианта слов Вани

это два варианта слов Коли

1) А=1,В=0,С=0 — следовательно, разбил Коля

2) А=0, В=1, С=1 – не удовлетворяет условию задачи

Следовательно, разбил Коля.

В понедельник в одном из классов должно быть проведено 4 урока – по математике, физике, информатике и биологии. Учителя высказали свои пожелания для составления расписания. Учитель математики хочет иметь первый или второй урок, учитель физики – второй или третий урок, учитель информатики – первый или четвертый, учитель биологии – третий или четвертый.

Какой вариант расписания устроит всех учителей школы?

(Обозначения: М – математика, Ф – физика, И – информатика, Б – биология)

Читайте также:  Как повысить фпс в far cry primal
Конспект урока

Информатика, 10 класс. Урок № 12.

Тема — Преобразование логических выражений

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: основные законы алгебры логики, преобразование логических выражений, логические функции, построение логического выражения с данной таблицей истинности и его упрощение, дизъюнктивная и конъюнктивная нормальная форма, совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ), совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ).

Глоссарий по теме: основные законы алгебры логики, логические функции, дизъюнктивная и конъюнктивная нормальная форма, совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ), совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ)

Основная литература по теме урока:

Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса

— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017 (с.197—209)

Открытые электронные ресурсы по теме:

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Способ определения истинности логического выражения путем построения его таблицы истинности становится неудобным при увеличении количества логических переменных, т.к. за счет существенного увеличения числа строк таблицы становятся громоздкими. В таких случаях выполняются преобразования логических выражений в равносильные. Для этого используют свойства логических операций, которые иначе называют законами алгебры логики.

Основные законы алгебры логики

Справедливость законов можно доказать построением таблиц истинности.

Пример 1. Упростим логическое выражение

Последовательно применим дистрибутивный закон и закон исключенного третьего:

В общем случае можно предложить следующую последовательность действий:

  1. Заменить операции строгая дизъюнкция, импликация, эквиваленция на их выражения через операции конъюнкция, дизъюнкция, инверсия;
  2. Раскрыть отрицания сложных выражений по законам де Моргана.
  3. Используя законы алгебры логики, упростить выражение.

Пример 2. Упростим логическое выражение .

Здесь последовательно использованы замена операции импликация, закон де Моргана, распределительный закон, закон противоречия и операция с константой, закон идемпотентности и поглощения.

Аналогичные законы выполняются для операции объединения, пересечения и дополнения множеств. Например:

Пример 3. На числовой прямой даны отрезки B = [2;12] и C = [7;18]. Каким должен быть отрезок A, чтобы предикат становился истинным высказыванием при любых значениях x.

Преобразуем исходное выражение, избавившись от импликации:

A, B, C — множества. Для них можно записать (U — универсальное множество).

Будем считать, что.

Тогда , причем это минимально возможное множество А.

Так как множество B — это отрезок [2;12], а множество — это промежутки и, то пересечением этих множеств будет служить промежуток . В качестве ответа мы можем взять этот промежуток, а также любой другой, его включающий.

Пример 4. Для какого наименьшего неотрицательного целого десятичного числа а выражение

тождественно истинно (т. е. принимает значение 1 при любом неотрицательном целом значении десятичной переменной х)? Здесь & — поразрядная конъюнкция двух неотрицательных целых десятичных чисел.

Перепишем исходное выражение в наших обозначениях и преобразуем его:

Рассмотрим предикат . В числе 2810=111002 4-й, 3-й и 2-й биты содержат единицы, а 1-й и 0-й — нули. Следовательно, множеством истинности этого предиката являются такие числа х, у которых хотя бы один из битов с номерами 4, 3 или 2 содержит единицу. Если и 4-й, и 3-й, и 2-й биты числа х нулевые, то высказывание будет ложным.

Рассмотрим предикат . В числе 4510=1011012 5-й, 3-й, 2-й и 0-й биты содержат единицы, 4-й и 1-й — нули. Следовательно, множеством истинности этого предиката являются такие числа х, у которых хотя бы один из битов с номерами 5, 3, 2 или 0 содержит единицу. Если и 5-й, и 3-й, и 2-й, и 0-й биты числа х нулевые, то высказывание будет ложным.

Рассмотрим предикат . В числе 1710=100012 3-й, 2-й и 1-й биты содержат нули, 4-й и 0-й — единицы. Побитовая конъюнкция 17 и х будет равна 0, если в числе х 4-й и 0-й биты будут содержать нули. Множество истинности этого предиката — все х с нулями в 4-м и 0-м битах.

По условию задачи надо, чтобы .

Запишем это выражение для рассмотренных множеств истинности:

Так как , примем .

Объединением множеств M и N являются все двоичные числа, у которых хотя бы один из битов с номерами 5, 4, 3, 2, 0 содержит единицу. Пересечением этого множества с множеством K будут все двоичные числа, у которых биты с номерами 4 и 0 будут заняты нулями, т.е. такие двоичные числа, у которых хотя бы один из битов с номерами 5, 3, 2 содержит 1. Все эти числа образуют множество А.

Искомое число a должно быть таким, чтобы при любом неотрицательном целом значении переменной х: , и, кроме того, оно должно быть минимальным из возможных. Этим условиям удовлетворяет число 1011002 = 4410.

Значение любого логического выражения определяется значениями входящих в него логических переменных. Тем самым логическое выражение может рассматриваться как способ задания логической функции.

Совокупность значений n аргументов удобно интерпретировать как строку нулей и единиц длины n. Существует ровно различных двоичных строк длины n. Так как на каждой такой строке некая функция может принимать значение 0 или 1, общее количество различных булевых функций от n аргументов равно .

Для n=2 существует 16 различных логических функций. Рассмотрим их подробнее.

Ссылка на основную публикацию
Показать места в плацкартном вагоне поезда
Плацкартный вагон в России и странах СНГ отличается особым расположением мест и является наиболее распространенным видом железнодорожного транспорта из-за относительно...
Планшет asus k016 характеристики
Мы продолжаем обозревать появившиеся в продаже планшеты из линеек FonePad и MeMO Pad, сегодня речь пойдет о восьмидюймовой модели FE380CG....
Плата смартфона из чего состоит
В детстве, прочитав повесть «Старик Хоттабыч», я был особенно впечатлен, как Хоттабыч щелчком пальцев левой руки создает телефон «из цельного...
Поляризационная пленка что это
Я думаю, что многие из вас слышали про поляризационную пленку, но не все знают, что это такое? В этой статье...
Adblock detector