Corso di Fondamenti di Matematica e Logica: 4 Logica Matematica
Logica Matematica – Il pensiero rigoroso
La logica matematica è molto più di un insieme di simboli: è il linguaggio del ragionamento corretto. Pensate alla logica come a una lente che chiarisce ogni argomento, dalla matematica all’informatica, dalla filosofia al diritto. Quando impariamo a usare la logica, diventiamo più bravi a capire se un ragionamento ha senso, se una decisione è giustificata o se una conclusione è corretta.
Le proposizioni: mattoni del ragionamento
In logica, il concetto fondamentale è la proposizione, ovvero una frase che può essere solo vera o falsa. Non esistono sfumature: “forse” o “non so” non rientrano nella logica formale.
Esempi di proposizioni:
- “Il sole sorge a est” → Vero
- “5 è un numero pari” → Falso
Esempi di frasi non proposizionali:
- “Chiudi la porta!” (ordine)
- “Forse domani pioverà” (incertezza)
Riconoscere le proposizioni ci permette di analizzare e combinare informazioni in modo rigoroso.
Connettivi logici: combinare le proposizioni
Le proposizioni da sole sono come mattoncini singoli. I connettivi logici ci permettono di costruire strutture più complesse.
2.1 Negazione (¬)
2.2 Congiunzione (∧)
| p | q | p ∧ q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | F |
| F | F | F |
2.3 Disgiunzione (∨)
| p | q | p ∨ q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | V |
| F | V | V |
| F | F | F |
2.4 Implicazione (→)
| p | q | p → q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | V |
| F | F | V |
| L’implicazione è falsa solo quando p è vero e q è falso. |
2.5 Doppia implicazione (↔)
Tavole di verità: lo strumento visivo
Le tavole di verità mostrano tutte le combinazioni possibili dei valori di verità di una proposizione composta. Ad esempio, per ¬(p ∧ q):
| p | q | p ∧ q | ¬(p ∧ q) |
|---|---|---|---|
| V | V | V | F |
| V | F | F | V |
| F | V | F | V |
| F | F | F | V |
Leggi e concetti fondamentali
Alcune leggi permettono di semplificare i ragionamenti:
- Leggi di De Morgan: ¬(p ∧ q) = ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) = ¬p ∧ ¬q
- Equivalenza logica: due espressioni hanno la stessa tavola di verità → sono intercambiabili
- Contrapposizione: p → q ≡ ¬q → ¬p
Esercizi svolti di Logica Matematica
1. Traduzione di frasi quotidiane in logica proposizionale
Esercizio 1: “Se piove, porto l’ombrello.”
- p = “Piove”
- q = “Porto l’ombrello”Traduzione: p → qSpiegazione: La frase condizionale indica che l’azione di portare l’ombrello dipende dalla pioggia. La condizione è falsa solo se piove ma non porto l’ombrello.
Esercizio 2: “Non vado al cinema o guardo un film a casa.”
- p = “Vado al cinema”
- q = “Guardo un film a casa”Traduzione: ¬p ∨ qSpiegazione: La frase indica che almeno una delle due condizioni è vera: se non vado al cinema, posso comunque guardare un film a casa.
Esercizio 3: “Mangio solo se ho fame.”
- p = “Mangio”
- q = “Ho fame”Traduzione: q → pSpiegazione: “Solo se” indica che avere fame è necessario per mangiare. Se non ho fame, potrei non mangiare; se ho fame, mangio.
Esercizio 4: “Se studio e ripasso, passo l’esame.”
- p = “Studio”
- q = “Ripasso”
- r = “Passo l’esame”Traduzione: (p ∧ q) → rSpiegazione: Il superamento dell’esame dipende dal fatto che entrambe le azioni (studiare e ripassare) siano svolte.
Esercizio 5: “Sono a casa se e solo se è domenica.”
- p = “Sono a casa”
- q = “È domenica”Traduzione: p ↔ qSpiegazione: La frase indica equivalenza: sono a casa esattamente quando è domenica.
2. Costruzione di tavole di verità
Esercizio 6: p ∧ q
| p | q | p ∧ q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | F |
| F | F | F |
Spiegazione: La congiunzione è vera solo quando entrambe le proposizioni sono vere.
Esercizio 7: p ∨ ¬q
| p | q | ¬q | p ∨ ¬q |
|---|---|---|---|
| V | V | F | V |
| V | F | V | V |
| F | V | F | F |
| F | F | V | V |
Spiegazione: La disgiunzione è vera se almeno uno dei termini è vero.
Esercizio 8: ¬(p ∧ q)
| p | q | p ∧ q | ¬(p ∧ q) |
|---|---|---|---|
| V | V | V | F |
| V | F | F | V |
| F | V | F | V |
| F | F | F | V |
Spiegazione: La negazione inverte il valore della congiunzione.
3. Negazioni e leggi di De Morgan
Esercizio 9: Negare “Piove e fa freddo”
- p = “Piove”
- q = “Fa freddo”Negazione: ¬(p ∧ q) = ¬p ∨ ¬q → “Non piove o non fa freddo”
Esercizio 10: Negare “Vado al mare o resto a casa”
- p = “Vado al mare”
- q = “Resto a casa”Negazione: ¬(p ∨ q) = ¬p ∧ ¬q → “Non vado al mare e non resto a casa”
Spiegazione: Le leggi di De Morgan permettono di trasformare le negazioni di congiunzioni in disgiunzioni (e viceversa) con la negazione distribuita.
4. Verifica di implicazioni
Esercizio 11: “Se c’è traffico, arrivo in ritardo.”
| p | q | p → q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | V |
| F | F | V |
Spiegazione: L’implicazione è falsa solo se l’antecedente è vero e il conseguente falso.
5. Doppie implicazioni
Esercizio 12: “Studio se e solo se passo l’esame”
| p | q | p ↔ q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | F |
| F | F | V |
Spiegazione: La doppia implicazione è vera quando entrambi gli enunciati hanno lo stesso valore di verità.
6. Traduzione di frasi condizionali complesse
Esercizio 13: “Se studio, allora se ripasso, passo l’esame”
- p = “Studio”
- q = “Ripasso”
- r = “Passo l’esame”Traduzione: p → (q → r)Spiegazione: L’esito finale dipende dalla sequenza delle azioni.
Esercizio 14: “Vado a correre solo se non piove”
- p = “Vado a correre”
- q = “Piove”Traduzione: ¬q → pSpiegazione: La corsa è permessa solo quando non piove.
Esercizio 15: “Se studio o faccio esercizi, passo l’esame”
- p = “Studio”
- q = “Faccio esercizi”
- r = “Passo l’esame”Traduzione: (p ∨ q) → rSpiegazione: L’esito positivo è legato a almeno una delle attività svolte.
7. Esercizi con tavole di verità complesse
Esercizio 16: (¬p ∨ q) ∧ p
Per capire questa proposizione, dobbiamo analizzare passo passo:
- ¬p è la negazione di p.
- ¬p ∨ q significa “o non p oppure q”, quindi è vera se almeno uno dei due termini è vero.
- L’intera proposizione (¬p ∨ q) ∧ p richiede che entrambe le condizioni siano vere: sia (¬p ∨ q) sia p.
Tavola di verità completa:
| p | q | ¬p | ¬p ∨ q | (¬p ∨ q) ∧ p |
|---|---|---|---|---|
| V | V | F | V | V |
| V | F | F | F | F |
| F | V | V | V | F |
| F | F | V | V | F |
Spiegazione: La proposizione è vera solo quando p è vera e q è vera; negli altri casi il risultato finale è falso.
Esercizio 17: (p ∨ ¬q) → r
Qui abbiamo una condizione composta e un’implicazione:
- p ∨ ¬q significa “p oppure non q”.
- L’implicazione (p ∨ ¬q) → r è falsa solo se la prima parte è vera e r è falsa.
Tavola di verità completa:
| p | q | r | ¬q | p ∨ ¬q | (p ∨ ¬q) → r |
|---|---|---|---|---|---|
| V | V | V | F | V | V |
| V | V | F | F | V | F |
| V | F | V | V | V | V |
| V | F | F | V | V | F |
| F | V | V | F | F | V |
| F | V | F | F | F | V |
| F | F | V | V | V | V |
| F | F | F | V | V | F |
Spiegazione: L’implicazione richiede attenzione: è falsa solo quando l’antecedente (p ∨ ¬q) è vero e il conseguente r è falso.
Esercizio 18: ¬(p ∧ ¬q)
Analizziamo la negazione:
- ¬q è la negazione di q.
- p ∧ ¬q significa che p è vero e q è falso.
- La negazione ¬(p ∧ ¬q) inverte il valore della congiunzione.
Tavola di verità completa:
| p | q | ¬q | p ∧ ¬q | ¬(p ∧ ¬q) |
|---|---|---|---|---|
| V | V | F | F | V |
| V | F | V | V | F |
| F | V | F | F | V |
| F | F | V | F | V |
Spiegazione: La negazione inverte solo i valori della congiunzione interna, rendendo vera la proposizione quando p ∧ ¬q è falso.
8. Applicazioni pratiche
Esercizio 19: “Se ho fame e sete, bevo o mangio”
- p = “Ho fame”
- q = “Ho sete”
- r = “Mangio”
- s = “Bevo”
Traduzione: (p ∧ q) → (r ∨ s)
Tavola di verità completa:
| p | q | r | s | p ∧ q | r ∨ s | (p ∧ q) → (r ∨ s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V | V | V | V |
| V | V | V | F | V | V | V |
| V | V | F | V | V | V | V |
| V | V | F | F | V | F | F |
| V | F | V | V | F | V | V |
| V | F | V | F | F | V | V |
| V | F | F | V | F | V | V |
| V | F | F | F | F | F | V |
| F | V | V | V | F | V | V |
| F | V | V | F | F | V | V |
| F | V | F | V | F | V | V |
| F | V | F | F | F | F | V |
| F | F | V | V | F | V | V |
| F | F | V | F | F | V | V |
| F | F | F | V | F | V | V |
| F | F | F | F | F | F | V |
Spiegazione: L’implicazione è falsa solo quando ho fame e sete ma non bevo né mangio.
Esercizio 20: “Non esco se non ho soldi o piove”
- p = “Esco”
- q = “Ho soldi”
- r = “Piove”
Traduzione: ¬(q ∨ r) → ¬p
Tavola di verità:
| q | r | q ∨ r | ¬(q ∨ r) | p | ¬p | ¬(q ∨ r) → ¬p |
|---|---|---|---|---|---|---|
| V | V | V | F | V | F | V |
| V | V | V | F | F | V | V |
| V | F | V | F | V | F | V |
| V | F | V | F | F | V | V |
| F | V | V | F | V | F | V |
| F | V | V | F | F | V | V |
| F | F | F | V | V | F | F |
| F | F | F | V | F | V | V |
Spiegazione: La condizione “non esco se non ho soldi o piove” è rispettata solo quando se non ho soldi e non piove, allora non esco.
Esercizio 21 – “Se faccio la spesa o cucino, pulisco casa”
Traduzione in logica proposizionale:
- p = “Faccio la spesa”
- q = “Cucino”
- r = “Pulisco casa”
- Formula: (p ∨ q) → r
Tavola di verità completa:
| p | q | p ∨ q | r | (p ∨ q) → r |
|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V | V |
| V | V | V | F | F |
| V | F | V | V | V |
| V | F | V | F | F |
| F | V | V | V | V |
| F | V | V | F | F |
| F | F | F | V | V |
| F | F | F | F | V |
Spiegazione:
- Se almeno una tra “faccio la spesa” o “cucino” è vera, devo pulire casa perché l’implicazione sia vera.
- Se non faccio né la spesa né cucino, l’implicazione è automaticamente vera, indipendentemente dal valore di r.
Esercizio 22 – “Non guido se bevo o sono stanco”
Traduzione in logica proposizionale:
- p = “Guido”
- q = “Bevo”
- r = “Sono stanco”
- Formula: (q ∨ r) → ¬p
Tavola di verità completa:
| q | r | q ∨ r | p | ¬p | (q ∨ r) → ¬p |
|---|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V | F | F |
| V | V | V | F | V | V |
| V | F | V | V | F | F |
| V | F | V | F | V | V |
| F | V | V | V | F | F |
| F | V | V | F | V | V |
| F | F | F | V | F | V |
| F | F | F | F | V | V |
Spiegazione:
- L’implicazione è falsa solo quando bevo o sono stanco (q ∨ r = V) e al tempo stesso guido (p = V).
- In tutti gli altri casi l’implicazione è vera.
Esercizio 23 – “Se leggo, allora studio o mi riposo”
Traduzione in logica proposizionale:
- p = “Leggo”
- q = “Studio”
- r = “Mi riposo”
- Formula: p → (q ∨ r)
Tavola di verità completa:
| p | q | r | q ∨ r | p → (q ∨ r) |
|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V | V |
| V | V | F | V | V |
| V | F | V | V | V |
| V | F | F | F | F |
| F | V | V | V | V |
| F | V | F | V | V |
| F | F | V | V | V |
| F | F | F | F | V |
Spiegazione:
- L’implicazione è falsa solo se leggo ma non studio né mi riposo.
- In tutti gli altri casi, l’implicazione è vera, anche se non leggo.
9. Equivalenze logiche
Esercizio 24 – Leggi di De Morgan
Verifica: ¬(p ∧ q) ↔ ¬p ∨ ¬q
Passo 1: Creiamo la tavola di verità di ¬(p ∧ q)
| p | q | p ∧ q | ¬(p ∧ q) |
|---|---|---|---|
| V | V | V | F |
| V | F | F | V |
| F | V | F | V |
| F | F | F | V |
Passo 2: Creiamo la tavola di ¬p ∨ ¬q
| p | q | ¬p | ¬q | ¬p ∨ ¬q |
|---|---|---|---|---|
| V | V | F | F | F |
| V | F | F | V | V |
| F | V | V | F | V |
| F | F | V | V | V |
Esercizio 25 – Implicazione come disgiunzione
Verifica: p → q ≡ ¬p ∨ q
Passo 1: Tavola di p → q
| p | q | p → q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | V |
| F | F | V |
Passo 2: Tavola di ¬p ∨ q
| p | q | ¬p | ¬p ∨ q |
|---|---|---|---|
| V | V | F | V |
| V | F | F | F |
| F | V | V | V |
| F | F | V | V |
Esercizio 26 – Contrapposizione
Verifica: p → q ≡ ¬q → ¬p
Passo 1: Tavola di p → q
| p | q | p → q |
|---|---|---|
| V | V | V |
| V | F | F |
| F | V | V |
| F | F | V |
Passo 2: Tavola di ¬q → ¬p
| p | q | ¬p | ¬q | ¬q → ¬p |
|---|---|---|---|---|
| V | V | F | F | V |
| V | F | F | V | F |
| F | V | V | F | V |
| F | F | V | V | V |
Esercizio 27 – Negazione di una disgiunzione
Verifica: ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
Passo 1: Tavola di ¬(p ∨ q)
| p | q | p ∨ q | ¬(p ∨ q) |
|---|---|---|---|
| V | V | V | F |
| V | F | V | F |
| F | V | V | F |
| F | F | F | V |
Passo 2: Tavola di ¬p ∧ ¬q
| p | q | ¬p | ¬q | ¬p ∧ ¬q |
|---|---|---|---|---|
| V | V | F | F | F |
| V | F | F | V | F |
| F | V | V | F | F |
| F | F | V | V | V |
Esercizio 28 – Commutatività
Verifica: p ∧ q ≡ q ∧ p e p ∨ q ≡ q ∨ p
Passo 1: Tavola di p ∧ q e q ∧ p
| p | q | p ∧ q | q ∧ p |
|---|---|---|---|
| V | V | V | V |
| V | F | F | F |
| F | V | F | F |
| F | F | F | F |
Passo 2: Tavola di p ∨ q e q ∨ p
| p | q | p ∨ q | q ∨ p |
|---|---|---|---|
| V | V | V | V |
| V | F | V | V |
| F | V | V | V |
| F | F | F | F |
Esercizio 29 – Associazioni
Verifica: (p ∧ q) ∧ r ≡ p ∧ (q ∧ r)
Tavola:
| p | q | r | (p ∧ q) ∧ r | p ∧ (q ∧ r) |
|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V | V |
| V | V | F | F | F |
| V | F | V | F | F |
| V | F | F | F | F |
| F | V | V | F | F |
| F | V | F | F | F |
| F | F | V | F | F |
| F | F | F | F | F |
Esercizio 30 – Distribuzione
Verifica: p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
Tavola:
| p | q | r | q ∨ r | p ∧ (q ∨ r) | p ∧ q | p ∧ r | (p ∧ q) ∨ (p ∧ r) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V | V | V | V | V |
| V | V | F | V | V | V | F | V |
| V | F | V | V | V | F | V | V |
| V | F | F | F | F | F | F | F |
| F | V | V | V | F | F | F | F |
| F | V | F | V | F | F | F | F |
| F | F | V | V | F | F | F | F |
| F | F | F | F | F | F | F | F |

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