Math Problem Statement

Vereinfachen Sie folgende Formeln mit Hilfe von Umformungsregeln bis diese eine Klausel, ein Monom oder eine der Konstanten true, false ergeben. Geben Sie bei jedem Schritt den Namen der angewandten Regel an (Idempotenz, De Morgan, ...). a) B∧¬((A→¬C)∨((C∧B)∨C))

Solution

Um den gegebenen Ausdruck zu vereinfachen, gehen wir Schritt für Schritt vor und wenden dabei verschiedene Umformungsregeln an. Der gegebene Ausdruck lautet:

B¬((A¬C)((CB)C))B \land \neg((A \to \neg C) \lor ((C \land B) \lor C))

Schritt 1: Vereinfachung des Implikationsausdrucks

Der Implikationsausdruck A¬CA \to \neg C lässt sich mithilfe der Umformungsregel für Implikationen umschreiben:

A¬C¬A¬CA \to \neg C \equiv \neg A \lor \neg C

Damit wird der Ausdruck zu:

B¬((¬A¬C)((CB)C))B \land \neg((\neg A \lor \neg C) \lor ((C \land B) \lor C))

Angewandte Regel: Umformung der Implikation (AB¬ABA \to B \equiv \neg A \lor B)

Schritt 2: Vereinfachung der inneren Disjunktion

Nun betrachten wir den inneren Ausdruck (¬A¬C)((CB)C)(\neg A \lor \neg C) \lor ((C \land B) \lor C). Wir wenden hier die Assoziativität der Disjunktion an:

(¬A¬C)((CB)C)¬A¬C(CB)C(\neg A \lor \neg C) \lor ((C \land B) \lor C) \equiv \neg A \lor \neg C \lor (C \land B) \lor C

Angewandte Regel: Assoziativität der Disjunktion

Schritt 3: Vereinfachung durch Idempotenz

Nun sehen wir, dass der Ausdruck ¬CC\neg C \lor C eine Tautologie ist, also immer wahr ist:

¬CCtrue\neg C \lor C \equiv \text{true}

Der gesamte Ausdruck vereinfacht sich also zu:

¬Atrue(CB)\neg A \lor \text{true} \lor (C \land B)

Da die Disjunktion mit "true" immer wahr wird, bleibt nur:

true\text{true}

Angewandte Regel: Idempotenz (C¬CtrueC \lor \neg C \equiv \text{true})

Schritt 4: Vereinfachung des äußeren Ausdrucks

Der äußere Ausdruck war:

B¬(true)B \land \neg(\text{true})

Da ¬(true)=false\neg(\text{true}) = \text{false}, wird der gesamte Ausdruck:

BfalseB \land \text{false}

Angewandte Regel: Negation einer Tautologie (¬true=false\neg \text{true} = \text{false})

Schritt 5: Endgültige Vereinfachung

Da BfalseB \land \text{false} immer false\text{false} ergibt, lautet das Endergebnis:

false\text{false}

Angewandte Regel: Konjunktion mit "false" (Bfalse=falseB \land \text{false} = \text{false})

Zusammenfassung:

Die vereinfachte Form des Ausdrucks ist also:

false\text{false}

Weitere Fragen zur Vertiefung:

  1. Wie würde sich der Ausdruck verändern, wenn anstelle von AA der Wert BB verwendet wird?
  2. Welche Auswirkungen hat es, wenn man eine andere Umformung der Implikation (z. B. AB¬B¬AA \to B \equiv \neg B \to \neg A) wählt?
  3. Was passiert, wenn der äußere Ausdruck ¬\neg durch \lor ersetzt wird?
  4. Wie könnte man eine ähnliche Vereinfachung für den Ausdruck B¬((A¬C)(CB))B \land \neg((A \lor \neg C) \land (C \land B)) durchführen?
  5. Wie wirkt sich eine Änderung der Operatoren (z. B. \land statt \lor) auf das Endergebnis aus?

Tipp: Bei der Vereinfachung von Ausdrücken mit Negationen und Implikationen ist es oft hilfreich, zuerst die Implikationen auf die Form ¬AB\neg A \lor B zu bringen, um dann die anderen Regeln (Idempotenz, Assoziativität) anzuwenden.

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Logic
Boolean Algebra
Simplification of Logical Expressions
Implication
Disjunction
Conjunction
Negation

Formulas

A → B ≡ ¬A ∨ B
¬(A ∨ B) ≡ ¬A ∧ ¬B
¬A ∨ ¬A ≡ ¬A
A ∧ false ≡ false
A ∨ true ≡ true

Theorems

De Morgan's Laws
Idempotence
Implication Simplification

Suitable Grade Level

Grades 11-13