Logique & Raisonnement

Logique propositionnelle et prédicats - Mathématiques L3

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1. Introduction

La logique étudie les principes du raisonnement valide. Elle se divise en deux systèmes essentiels :

🔸 Logique Propositionnelle

Traite des propositions (vrai/faux) et leurs relations via des connecteurs logiques

🔸 Logique des Prédicats

Ajoute les quantificateurs (∀, ∃) pour exprimer des relations entre objets

📋 Règles de Raisonnement

Structure d'un raisonnement :
  1. Prémisses : Hypothèses de départ
  2. Règles d'inférence : Raisonnement déductif
  3. Conclusion : Résultat du raisonnement
Exemple classique :
SI il pleut ALORS la route est mouillée
OR il pleut
DONC la route est mouillée

2. Connecteurs Logiques

Conjonction

"ET"

Disjonction

"OU"

¬

Négation

"NON"

Implication

"SI...ALORS"

Équivalence

"SI ET SEULEMENT SI"

📊 Tables de Vérité

A B A ∧ B A ∨ B A → B ¬A
0 0 0 0 1 1
0 1 0 1 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
🎯 Priorité des connecteurs (du plus fort au plus faible) :
¬ > > > >

3. Validité et Satisfiabilité

✅ Formule Valide (Tautologie)

Vraie pour toute interprétation

⊨ A
Exemples :
• p ∨ ¬p
• (p ∧ q) → p
• (p → q) ↔ (¬q → ¬p)
⚠️ Formule Satisfiable

Vraie pour au moins une interprétation

Exemples :
• p
• p ∨ q
• p → q
❌ Formule Insatisfiable

Fausse pour toute interprétation

Exemples :
• p ∧ ¬p
• FALSE
• (p ∨ q) ∧ ¬p ∧ ¬q

⚡ Conséquence Logique

A₁, A₂, ..., Aₙ ⊨ B
B est conséquence logique de A₁, ..., Aₙ si tout modèle de A₁, ..., Aₙ est un modèle de B
Exemples de conséquences logiques :
  • {p, p → q} ⊨ q (Modus Ponens)
  • {p, q} ⊨ p ∧ q
  • {¬q, p → q} ⊨ ¬p (Modus Tollens)
📐

4. Axiomatique de Hilbert

📜 Schémas d'Axiomes

1. A → (B → A)
2. (A → B) → ((A → (B → C)) → (A → C))
3. A → (B → A ∧ B)
4. (A ∧ B) → A
5. (A ∧ B) → B
6. A → A ∨ B
7. B → A ∨ B
8. (A → C) → ((B → C) → ((A ∨ B) → C))
9. (A → B) → ((A → ¬B) → ¬A)
10. ¬¬A → A
11. ¬FALSE

🔄 Règle d'Inférence : Modus Ponens

A    A → B
───────────
B
💡 Preuve : Une preuve de A est une liste finie de formules où chaque formule est soit un axiome, soit obtenue par Modus Ponens.

5. Équivalences Utiles

Élimination des connecteurs Propriétés
Implication (A → B) ≡ (¬A ∨ B) Idempotence A ∧ A ≡ A
Équivalence (A ↔ B) ≡ ((A → B) ∧ (B → A)) Associativité A ∧ (B ∧ C) ≡ (A ∧ B) ∧ C
Disjonction A ∨ B ≡ ¬(¬A ∧ ¬B) Commutativité A ∧ B ≡ B ∧ A
Double négation ¬¬A ≡ A Distributivité A ∧ (B ∨ C) ≡ (A ∧ B) ∨ (A ∧ C)

🔧 Lois de De Morgan

¬(A ∨ B) ≡ ¬A ∧ ¬B
¬(A ∧ B) ≡ ¬A ∨ ¬B
📝

6. Forme Normale Conjonctive (FNC)

Définitions :
  • Littéral : Variable propositionnelle ou sa négation (p ou ¬p)
  • Clause : Disjonction de littéraux (p ∨ ¬q ∨ r)
  • FNC : Conjonction de clauses ((p ∨ q) ∧ (¬p ∨ r))

🔄 Algorithme de Mise en FNC

Étapes :
  1. Éliminer → et ↔ : (A → B) devient (¬A ∨ B)
  2. Descendre les négations : ¬(A ∨ B) devient (¬A ∧ ¬B)
  3. Éliminer double négation : ¬¬A devient A
  4. Distribuer ∨ sur ∧ : A ∨ (B ∧ C) devient (A ∨ B) ∧ (A ∨ C)
Exemple :
(p ∧ q) ∨ r

(p ∨ r) ∧ (q ∨ r)
∀∃

7. Logique des Prédicats

🎯 Quantificateurs

∀ Universel

"Pour tout x, P(x)"

∀x ∈ U, P(x)
Exemple :
Tout être humain est mortel
∀x (humain(x) → mortel(x))
∃ Existentiel

"Il existe x tel que P(x)"

∃x ∈ U, P(x)
Exemple :
Il existe un nombre premier pair
∃x (premier(x) ∧ pair(x))

🔄 Négation des Quantificateurs

¬(∀x, P(x)) ≡ ∃x, ¬P(x)
¬(∃x, P(x)) ≡ ∀x, ¬P(x)
⚠️ Attention : L'ordre des quantificateurs est important !
∀x ∃y, P(x,y) ≠ ∃y ∀x, P(x,y)

📌 Exemples de Prédicats

  • Propriété : humain(Socrate)
  • Relation : père(Jean, Pierre)
  • Comparaison : plus-petit-que(3, 7)
  • Énoncé complexe : ∀n ∈ ℕ, ∃m ∈ ℕ, m > n

Points Clés à Retenir

🎯 Essentiel pour l'examen :

  • Connecteurs : Maîtriser les tables de vérité de ∧, ∨, ¬, →, ↔
  • Validité : Distinguer valide, satisfiable et insatisfiable
  • Conséquence : A₁, ..., Aₙ ⊨ B signifie que B est vrai quand A₁, ..., Aₙ sont vrais
  • Axiomes : Connaître les 11 schémas et le Modus Ponens
  • Équivalences : Lois de De Morgan et élimination des connecteurs
  • FNC : Algorithme de mise en forme normale conjonctive
  • Quantificateurs : ∀ (universel) et ∃ (existentiel), négation
🧮 Formules Essentielles :
(A → B) ≡ (¬A ∨ B)
¬(A ∨ B) ≡ ¬A ∧ ¬B
¬(∀x, P(x)) ≡ ∃x, ¬P(x)
A₁, ..., Aₙ ⊨ B ⟺ ⊨ (A₁ ∧ ... ∧ Aₙ) → B
⚠️ Pièges Classiques :
  • Ne pas confondre ⊨ (validité) et ⊢ (prouvabilité)
  • L'implication A → B est vraie quand A est faux
  • Bien respecter la priorité des connecteurs
  • L'ordre des quantificateurs change le sens