Способ решения систем логических уравнений. Логические уравнения Логические уравнения по информатике

Данная методика основана на использование таблиц истинности, рассчитана на учащихся, которые владеют методами преобразования логических выражений. Если учащиеся плохо владеют этими методами, можно использовать и без преобразований. (Мы будем использовать преобразования). Для овладения этим способом решения, необходимы в обязательном порядке знание свойств основных логических операций: конъюнкции, дизъюнкции, инверсии, импликации и эквивалентности.

Алгоритм решения систем уравнений по этому методу:

Преобразовать логическое уравнение, упростить его.

Определить последовательность решения уравнений в системе, так как в большинстве случаев идет последовательное решение уравнений сверху вниз (как они расположены в системе), но есть варианты, когда удобнее, проще начать решать снизу вверх.

Построить таблицу переменных, где задать начальные значения первой переменной (или последней).

Последовательно прописать возможные варианты следующей переменной при каждом значении первой.

После решения предыдущего уравнения, переходя на следующее, обязательно обращать внимание: какие переменные используются в предыдущем и последующем уравнении, так как полученные при решении в предыдущих уравнениях значения переменных переходят как варианты для следующих уравнений.

Обращать внимание на получаемые количества решения при переходе к следующей переменной, т.к. может быть выявлена закономерность в увеличении решений.

Пример1.

¬ X 1 ˅ X 2=1

¬ X 2 ˅ X 3=1

¬ X 3 ˅ X 4=1

¬ X 9 ˅ X 10=1

Начнем с Х1 и посмотрим какие значения эта переменная может принимать: 0 и 1.

Затем рассмотрим каждое из этих значений и посмотрим, какое может быть при этом Х2.

Ответ: 11 решений

Пример 2.

( X 1˄ X 2)˅(¬ X 1˄¬ X 2) ˅( X 1↔ X 3)=1

( X 2˄ X 3)˅(¬ X 2˄¬ X 3) ˅( X 2↔ X 4)=1

(X8˄ X9)˅(¬X8˄¬X9) ˅(X8↔X10)=0

Преобразуем по формуле (A ˄ B )˅ (¬ A ˄ ¬ B )= A ↔ B

Получаем:

( X 1↔ X 2) ˅ ( X 1↔ X 3) =1

( X 2↔ X 3) ˅ ( X 2↔ X 4) =1

( X 8↔ X 9) ˅ ( X 8↔ X 10) =0

Для Х1 =0 - 8 решений

Возьмем Х1=1 и посмотрим какие значение может принимать Х2. Теперь для каждого Х2 рассмотрим какие значения может принимать Х3 и т.д.

Для Х1=1 – 8 решений

Итого 8+8=16 решений

Ответ. 16 решений

Пример 3 .

¬ ( X 1↔ X 2) ˄ ( X 1 ˅ X 3) ˄ (¬ X 1 ˅ ¬ X 3 )=0

¬ ( X 2↔ X 3) ˄ ( X 2 ˅ X 4) ˄ (¬ X 2 ˅ ¬ X 4)=0

….

¬ ( X 8↔ X 9) ˄ ( X 8 ˅ X 10) ˄ (¬ X 8 ˅ ¬ X 10)=0

После преобразований (A ˅ B ) ˄(¬ A ˅¬ B )= ¬( A ↔ B )

получаем:

¬ ( X 1↔ X 2) ˄ ¬ ( X 1↔ X 3)=0

¬ ( X 2↔ X 3) ˄ ¬ ( X 2↔ X 4)=0

…..

¬ ( X 8↔ X 9) ˄ ¬ ( X 8↔ X 10)=0

Возьмем Х1=0 и посмотрим какие значение может принимать Х2. Теперь для каждого Х2 рассмотрим какие значения может принимать Х3 и т.д

Получилось 10 решений для Х1=0

То же самое проделаем для Х1=1. Получим тоже 10 решений

Итого:10+10=20

Ответ: 20 решений.

Пример 4.

(Х1 ˄ Х2) ˅ (¬Х1 ˄ ¬Х2 ) ˅ (Х2 ˄ Х3) ˅ (¬Х2 ˄¬ Х3) =1

(Х2 ˄ Х3) ˅ (¬Х2 ˄ ¬Х3) ˅ (Х3˄ Х4) ˅ (¬Х3 ˄¬ Х4)=1

….

(Х8 ˄ Х9) ˅ (¬Х8˄ ¬Х9) ˅ (Х9 ˄ Х10) ˅ (¬Х9 ˄¬ Х10)=0

Преобразуем по формулам. (A ˄ B )˅ (¬ A ˄ ¬ B )= A ↔ B . Получим:

(Х1↔ Х2) ˅ (Х2↔ Х3)=1

(Х2↔ Х3) ˅ (Х3↔ Х4)=1

(Х3↔ Х4) ˅ (Х4↔ Х5)=1

(Х4↔ Х5) ˅ (Х5↔ Х6)=1

(Х5↔ Х6) ˅ (Х6↔ Х7)=1

(Х6↔ Х7) ˅ (Х7↔ Х8)=1

(Х7↔ Х8) ˅ (Х8↔ Х9)=1

(Х8↔ Х9) ˅ (Х9↔ Х10)=0

Начнем с конца, потому что в последнем уравнении переменные определятся однозначно.

Пусть Х10=0, тогда Х9=1, Х8=0, Х7=0, Х6=0, а следующие переменные могут принимать разные значения. Будем рассматривать каждое .

Итого 21 решение для Х10=0

Теперь рассмотрим для Х10=1. Получаем тоже 21 решение

Итого:21+21=42

Ответ: 42 решения

Пример 5.

( X 1 ˄ X 2) ˅ (¬ X 1 ˄ ¬ X 2) ˅ (¬ X 3 ˄ X 4) ˅ ( X 3 ˄ ¬ X 4)=1

( X 3 ˄ X 4) ˅ (¬ X 3 ˄ ¬ X 4) ˅ (¬ X 5 ˄ X 6) ˅ ( X 5 ˄ ¬ X 6)=1

( X 5 ˄ X 6) ˅ (¬ X 5 ˄ ¬ X 6) ˅ (¬ X 7 ˄ X 8) ˅ ( X 7 ˄ ¬ X 8)=1

( X 7 ˄ X 8) ˅ (¬ X 7 ˄ ¬ X 8) ˅ (¬ X 9 ˄ X 10) ˅ ( X 9˄ ¬ X 10) =1

Преобразуем по формулам: (¬ A ˄ B ) ˅ ( A ˄ ¬ B )= A ↔ ¬ B

( A ˄ B )˅ (¬ A ˄ ¬ B )= A ↔ B

( X 1↔ X 2) ˅ ( X 3 ↔ ¬ X 4)=1

( X 3↔ X 4) ˅ ( X 5 ↔ ¬ X 6)=1

( X 5↔ X 6) ˅ ( X 7 ↔ ¬ X 8)=1

( X 7↔ X 8) ˅ ( X 9 ↔ ¬ X 10)=1

Рассмотрим какие значения могут принимать Х1 и Х2: (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).

Рассмотрим каждый вариант и посмотрим какие значения при этом могут принимать Х3, Х4

Начиная с Х7, Х8 будем сразу записывать количество решений, так как сразу видно, что когда значения одинаковые (1,1) и (0,0), то следующие переменные имеют 4 решения, а когда разные (0,1) и (1,0) – 2 решения.

Итого: 80+80+32=192

Ответ:192 решения

Пример 6.

(Х1↔ Х2) ˅ (Х2 ↔Х3)=1

(Х2↔ Х3) ˅ (Х3↔Х4)=1

(Х3↔ Х4) ˅ (Х4 ↔Х5)=1

….

(Х8↔ Х9) ˅ (Х9 ↔Х10)=1

Возьмем Х1=0 и посмотрим какие значение может принимать Х2. Теперь для каждого Х2 рассмотрим какие значения может принимать Х3 и т.д.

Видим некоторую закономерность: Количество следующих решений равно сумме двух предыдущих.

То же самое для Х1=1 получаем 89 решений

Итого: 89+89=178 решений

Ответ: 178 решений

Решим еще одним способом

(Х1↔ Х2) ˅ (Х2 ↔Х3)=1

(Х2↔ Х3) ˅ (Х3↔Х4)=1

(Х3↔ Х4) ˅ (Х4 ↔Х5)=1

….

(Х8↔ Х9) ˅ (Х9 ↔Х10)=1

Введем замену:

T 1 =(Х1↔ Х2)

T 2 =(Х2↔ Х3)

T 3 =(Х3↔ Х4)

T 4 =(Х4↔ Х5)

T 5 =(Х5↔ Х6)

T 6 =(Х6↔ Х7)

T 7 =(Х7↔ Х8)

T 8 =(Х8↔ Х9)

T 9 =(Х9↔ Х10)

Получаем:

T 1 ˅ T 2=1

T 2 ˅ T 3=1

T 3 ˅ T 4=1

T 4 ˅ T 5=1

T 5 ˅ T 6=1

T 6 ˅ T 7=1

T 7 ˅ T 8=1

T 8 ˅ T 9=1

T 9 ˅ T 10=1

Возьмем T 1=1 и используем свойства дизъюнкции:

НО Вспомним, что

T 1 =(Х1↔ Х2)

T 2 =(Х2↔ Х3) и т.д.

Воспользуемся свойством эквивалентности и убедимся, глядя на таблицу, что

Когда Т =1, то получается два решения. А когда =0 –одно решение.

Следовательно, можно подсчитать количество единиц и умножить их на 2+ количество нулей. Подсчет, так же используя закономерность .

Получается, что количество единиц = предыдущему общему количеству решений Т, а количество нулей равно предыдущему количеству единиц

Итак. Получим. Так как единица дает два решения, то 34*2=68 решений из единицы+21 решение из 0.

Итого 89 решений для Т=1. Аналогичным способом получаем 89 решений для Т=0

Итого 89+89=178

Ответ: 178 решений

Пример 7.

(X 1 ↔ X 2) ˅ (X 3↔ X 4) ˄ ¬(X 1 ↔ X 2) ˅ ¬(X 3↔ X 4)=1

(X 3 ↔ X 4) ˅ (X 5↔ X 6) ˄ ¬(X 3 ↔ X 4) ˅ ¬(X 5↔ X 6)=1

(X 5 ↔ X 6) ˅ (X 7↔ X 8) ˄ ¬(X 5 ↔ X 6) ˅ ¬(X 7↔ X 8)=1

(X 7 ↔ X 8) ˅ (X 9↔ X 10) ˄ ¬(X 7 ↔ X 8) ˅ ¬(X 9↔ X 10)=1

Введем замену:

T 1=(X 1 ↔ X 2)

T 2=(X 3↔ X 4)

T 3=(X 5↔ X 6)

T 4=(X 7 ↔ X 8)

T 5=(X 9↔ X 10)

Получим:

(Т1 ˅ Т2) ˄ ¬(Т1 ˅¬ Т2)=1

(Т2 ˅ Т3) ˄ ¬(Т2˅¬ Т3)=1

(Т3 ˅ Т4) ˄ ¬(Т3 ˅¬ Т4)=1

(Т4 ˅ Т5) ˄ ¬(Т4˅¬ Т5)=1

Рассмотрим какие могут быть Т:

Т1

Т2

Т3

Т4

Т5

Итого

0

1

0

1

0

32

1

0

1

0

1

32

Т K ≠Т К+1 И Т K =Т К+2

Получаем: 2 5 =32 для Т

Итого: 32+32=64

Ответ: 64 решения.

142. Найдите наибольшее однобайтное двоичное решение уравнения
.

143. Найдите X , если .

144. Последовательность высказываний определена следующим рекуррентным соотношением: . Высказывания заданы, причем и истинны, ложно. Истинно или ложно высказывание ? Как выражается через ?

145. Сколько различных решений имеет логическое уравнение
?

146. Сколько различных решений имеет логическое уравнение
?

147. Сколько различных решений имеет логическое уравнение:
.

148. Сколько различных решений имеет логическое уравнение: .

149. Сколько различных решений имеет логическое уравнение: .

150. Сколько различных решений имеет логическое уравнение: .

151. Сколько различных решений имеет логическое уравнение:
.

152. Решить уравнение:

153. Найдите все различные решения уравнения: .

Найти корни логического уравнения:

Найти корни систем логических уравнений:

Найдите количество решений следующих систем логических уравнений:

183. (Экономная задача) Построить схему электрической цепи для подъезда трехэтажного здания, чтобы выключателем на любом этаже можно было бы включить и выключить свет во всем подъезде.

184. (Аварийный станок) На участке цеха стоят три станка – два рабочих, третий аварийный. Требуется соединить станки автоматической линией так, чтобы третий станок включался тогда, и только тогда, когда останавливается хотя бы один из первых двух станков.

185. Пусть в некотором конкурсе решается вопрос о допуске того или иного участника к следующему туру тремя членами жюри: A, B, C. Решение положительно тогда и только тогда, когда хотя бы двое членов жюри высказываются за допуск, причем среди них обязательно должен быть председатель жюри С . Необходимо разработать устройство для голосования, в котором каждый член жюри нажимает на одну из двух кнопок – «За» или «Против», а результат голосования всех трех членов жюри определяется по тому, загорится (решение принято) или нет (решение не принято) сигнальная лампочка.

186. Три преподавателя отбирают задачи для олимпиады. На выбор предлагается несколько задач. По каждой из задач каждый из преподавателей высказывает свое мнение: легкая задача (0) или трудная задача (1). Задача включается в олимпиадное задание, если не менее двух преподавателей отметили ее как трудную, но если все три преподавателя считают ее трудной, то такая задача не включается в олимпиадное задание как слишком сложная. Составьте функциональную схему устройства, которое будет выдавать на выходе 1, если задача включается в олимпиадное задание, и 0, если не включается.

187. Запишите структурную формулу для следующей логической схемы:

191. Имеются только два конъюнктора и один инвертор. Можно ли из этих трех логических элементов (вентилей) составить логическую схему, эквивалентную схеме выражения . Какой вид имеет эта схема?

192. Имеется только 1 конъюнктор, 1 дизъюнктор и 1 инвертор. Можно ли составить из этих элементов логическую схему, эквивалентную схеме логического выражения ? Все три вентиля должны быть использованы. Какой вид имеет эта схема?

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 18»

городского округа город Салават Республики Башкортостан

Системы логических уравнений

в задачах ЕГЭ по информатике

Раздел «Основы алгебры логики» в заданиях ЕГЭ считается одним из самых сложных и плохо решаемых. Средний процент выполнения заданий по данной теме самый низкий и составляет 43,2.

Исходя из спецификации КИМа 2018 года этот блок включает четыре задания разного уровня сложности.

Задание 23 является высоким по уровню сложности, поэтому имеет самый низкий процент выполнения. Среди подготовленных выпускников (81-100 баллов) 49,8% выполнивших, средне подготовленные (61-80 баллов) справляются на 13,7%, оставшаяся группа учеников данное задание не выполняет.

Успешность решения системы логических уравнений зависит от знания законов логики и от четкого применения методов решения системы.

Рассмотрим решение системы логических уравнений методом отображения.

(23.154 Поляков К.Ю.) Сколько различных решений имеет система уравнений?

((x 1  y 1 )  (x 2  y 2 ))  (x 1  x 2 )  (y 1  y 2 ) =1

((x 2  y 2 )  (x 3  y 3 ))  (x 2  x 3 )  (y 2  y 3 ) =1

((x 7  y 7 )  (x 8  y 8 ))  (x 7  x 8 )  (y 7  y 8 ) =1

где x 1 , x 2 ,…, x 8, у 1 ,у 2 ,…,у 8 - логические переменные? В ответе не нужно перечислять все различные наборы значений переменных, при которых выполнено данное равенство. В качестве ответа нужно указать количество таких наборов.

Решение . Все уравнения, включенные в систему, однотипны, и в каждое уравнение включено четыре переменных. Зная x1 и y1, можем найти все возможные значения x2 и y2, удовлетворяющие первому уравнению. Рассуждая аналогичным образом, из известных x2 и y2можем найти x3, y3, удовлетворяющее второму уравнению. То есть, зная пару (x1 , y1) и определив значение пары (x2 , y2) , мы найдем пару (x3 , y3 ), которая, в свою очередь, приведет к паре (x4 , y4 ) и так далее.

Найдем все решения первого уравнения. Это можно сделать двумя способами: построить таблицу истинности, через рассуждения и применение законов логики.

Таблица истинности:

Построение таблицы истинности трудоемко и неэффективно по времени, поэтому применяем второй способ - логические рассуждения. Произведение равно 1 тогда и только тогда, когда каждый множитель равен 1.

(x 1  y 1 )  (x 2  y 2 ))=1

(x 1  x 2 ) =1

(y 1  y 2 ) =1

Рассмотрим первое уравнение. Следование равно 1, когда 0 0, 0 1, 1 1, значит (x1 y1)=0 при (01), (10), то пара (x 2  y 2 ) может быть любой (00), (01), (10), (11), а при (x1 y1)=1, то есть (00) и (11) пара (x2 y2)=1 принимает такие же значения (00) и (11). Исключим из этого решения те пары, для которых ложны второе и третье уравнения, то есть x1=1, x2=0, y1=1, y2=0.

Общее количество пар 1+1+1+22=25

2) (23.160 Поляков К.Ю.) Сколько различных решений имеет система логических уравнений

(x 1  (x 2  y 2 ))  (y 1  y 2 ) = 1

(x 2  (x 3  y 3 ))  (y 2  y 3 ) = 1

...

( x 6  ( x 7  y 7 ))  ( y 6  y 7 ) = 1

x 7  y 7 = 1

Решение. 1) Уравнения однотипные, поэтому методом рассуждения найдем всевозможные пары (x1,y1), (x2,y2) первого уравнения.

(x 1  (x 2  y 2 ))=1

(y 1  y 2 ) = 1

Решением второго уравнения являются пары (00), (01), (11).

Найдем решения первого уравнения. Если x1=0, то x2 , y2 - любые, если x1=1, то x2 , y2 принимает значение (11).

Составим связи между парами (x1 , y1) и (x2 , y2).

Составим таблицу для вычисления количества пар на каждом этапе.

Учитывая решения последнего уравнения x 7  y 7 = 1, исключим пару (10). Находим общее число решений 1+7+0+34=42

3)(23.180) Сколько различных решений имеет система логических уравнений

(x 1  x 2 )  (x 3  x 4 ) = 1

(x 3  x 4 )  (x 5  x 6 ) = 1

(x 5  x 6 )  (x 7  x 8 ) = 1

(x 7  x 8 )  (x 9  x 10 ) = 1

x 1  x 3  x 5  x 7  x 9 = 1

Решение. 1) Уравнения однотипные, поэтому методом рассуждения найдем всевозможные пары (x1,x2), (x3,x4) первого уравнения.

(x 1  x 2 )  (x 3  x 4 ) = 1

Исключим из решения пары, которые в следовании дают 0 (1 0), это пары (01, 00, 11) и (10).

Составим связи между парами (x1,x2), (x3,x4)

Инструкция . При вводе с клавиатуры используйте следующие обозначения: Например, логическое выражение abc+ab~c+a~bc необходимо ввести так: a*b*c+a*b=c+a=b*c
Для ввода данных в виде логической схемы используйте этот сервис .

Правила ввода логической функции

1. Вместо символа v (дизъюнкция, ИЛИ) используйте знак + .
2. Перед логической функцией не надо указывать обозначение функции. Например, вместо F(x,y)=(x|y)=(x^y) необходимо ввести просто (x|y)=(x^y) .
3. Максимальное количество переменных равно 10 .

Проектирование и анализ логических схем ЭВМ ведётся с помощью специального раздела математики - алгебры логики. В алгебре логики можно выделить три основные логические функции: "НЕ" (отрицание), "И" (конъюнкция), "ИЛИ" (дизъюнкция).
Для создания любого логического устройства необходимо определить зависимость каждой из выходных переменных от действующих входных переменных такая зависимость называется переключательной функцией или функцией алгебры логики.
Функция алгебры логики называется полностью определённой если заданы все 2 n её значения, где n – число выходных переменных.
Если определены не все значения, функция называется частично определённой.
Устройство называется логическим, если его состояние описывается с помощью функции алгебры логики.
Для представления функции алгебры логики используется следующие способы:
По алгебраической форме можно построить схему логического устройства, используя логические элементы.


Рисунок1- Схема логического устройства

Все операции алгебры логики определяются таблицами истинности значений. Таблица истинности определяет результат выполнения операции для всех возможны х логических значений исходных высказываний. Количество вариантов, отражающих результат применения операций, будет зависеть от количества высказываний в логическом выражении. Если число высказываний в логическом выражении N, то таблица истинности будет содержать 2 N строк, так как существует 2 N различных комбинаций возможных значений аргументов.

Операция НЕ - логическое отрицание (инверсия)

• если исходное выражение истинно, то результат его отрицания будет ложным;
• если исходное выражение ложно, то результат его отрицания будет истинным.

Операция ИЛИ - логическое сложение (дизъюнкция, объединение)

Операция И - логическое умножение (конъюнкция)

Операция «ЕСЛИ-ТО» - логическое следование (импликация)

Операция «А тогда и только тогда, когда В» (эквивалентность, равнозначность)

Операция «Сложение по модулю 2» (XOR, исключающее или, строгая дизъюнкция)

Приоритет логических операций

• Действия в скобках
• Инверсия
• Конъюнкция (&)
• Дизъюнкция (V), Исключающее ИЛИ (XOR), сумма по модулю 2
• Импликация (→)
• Эквивалентность (↔)

Совершенная дизъюнктивная нормальная форма

1. Каждое логическое слагаемое формулы содержит все переменные, входящие в функцию F(x 1 ,x 2 ,...x n).
2. Все логические слагаемые формулы различны.
3. Ни одно логическое слагаемое не содержит переменную и её отрицание.
4. Ни одно логическое слагаемое формулы не содержит одну и ту же переменную дважды.

Совершенная конъюнктивная нормальная форма

1. Все элементарные дизъюнкции содержат все переменные, входящие в функцию F(x 1 ,x 2 ,...x n).
2. Все элементарные дизъюнкции различны.
3. Каждая элементарная дизъюнкция содержит переменную один раз.
4. Ни одна элементарная дизъюнкция не содержит переменную и её отрицание.

Применение уравнений широко распространено в нашей жизни. Они используются во многих расчетах, строительстве сооружений и даже спорте. Уравнения человек использовал еще в древности и с тех пор их применение только возрастает. В математике существуют определенные задачи, которые посвящены логике высказываний. Чтобы решить данного рода уравнения необходимо обладать неким багажом знаний: знания законов логики высказываний, знания таблиц истинности логических функций 1 или 2 переменных, методы преобразования логических выражений. Кроме того, необходимо знать следующие свойства логических операций: конъюнкции, дизъюнкции, инверсии, импликации и эквивалентности.

Любую логическую функцию от \ переменных - \можно задать таблицей истинности.

Решим несколько логически уравнений:

\[\rightharpoondown X1\vee X2=1 \]

\[\rightharpoondown X2\vee X3=1\]

\[\rightharpoondown X3\vee X4=1 \]

\[\rightharpoondown X9\vee X10=1\]

Начнем решение с \[Х1\] и определим какие значения данная переменная может принимать: 0 и 1. Далее рассмотрим каждое их вышеприведенных значений и посмотрим, какое может быть при этом \[Х2.\]

Как видно из таблицы наше логическое уравнение имеет 11 решений.

Где можно решить логическое уравнение онлайн?

Решить уравнение вы можете на нашем сайте https://сайт. Бесплатный онлайн решатель позволит решить уравнение онлайн любой сложности за считанные секунды. Все, что вам необходимо сделать - это просто ввести свои данные в решателе. Так же вы можете посмотреть видео инструкцию и узнать, как решить уравнение на нашем сайте. А если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в нашей групе Вконтакте http://vk.com/pocketteacher. Вступайте в нашу группу, мы всегда рады помочь вам.