民族中学 贾云鹤
逻辑是对客观实在的最一般规律的反映,它可以用于一切科学(特别是数学)的思维方法。反过来看,在各科教学里,都包含着丰富的逻辑因素。
数理逻辑作为数学与逻辑学的结合,在中学数学中占有重要地位。尤其在新教材中,逻辑学作为独立的一章,弥补了以往数学教材中全篇都是数理知识的结构的不完善。因此,数理逻辑的重要性是不言而喻的。但是由于这一部分内容是新加入的,无论是新教师还是经验丰富的老教师,都感到不知从何开始,所以对这一部分知识的教学方法的进一步研究,具有现实意义。在中学数理逻辑中,量词的否定既是重点也是难点,不但要求学生较好地掌握,也要求教师重点教授。发展学生的逻辑思维能力,是中学数学的教学目的之一。作为数学教师,有责任在教学过程中培养和发展学生的逻辑思维能力和判断力,因此数学教师更有必要懂得逻辑。
数学具有各种策略,其中之一是它的一部分规则是隐蔽的,像下棋一样,你首先要知道移动棋子的全部规则。许多学生由于没有掌握这样的规则,他们为抽象数学所苦恼就不足为奇了。我们的主要目的是将抽象数学变成学生可懂的和感兴趣的知识。
在某些情况下,一个命题的否定是很容易找到的。
例如,如果A是命题“实数x>0”,那么A的否定是“不是实数x>0”或者“实数x不大于0”。将否定词与它所要否定的事实变成一个与之等价的新命题:“实数x≤0”,就可以把否定词除去。
当命题中出现量词时,比较困难的情况就发生了。例如命题B中出现量词“对所有的”,它的标准形式是:对所有具有“某种性质”的“事物”,使得(有)“某件事情发生”。那么非B命题是:不是对所有具有“某种性质”的“事物”,使得(有)“某件事情发生”。它的真正含义是:存在一个具有某种性质的事物,而对于它,这件事情不发生。同样,如果命题B中出现量词“存在”,标准形式是:存在一个具有“某种性质的事物”,使得“某件事情发生”。
那么非B命题是:不是存在一个有“某种性质”的“事物”,使得“某件事情发生”。或者换句话说,对所有不具某种性质的事物,这件事情不发生。
一般对于出现一个或多个量词的命题,要找出它的否定时,可采用以下步骤。
第一步,把词“不是”放在整个命题的前面。
第二步,将词“不是”从量词的左侧移到量词的右侧,使它恰好位于使得(或有)之后和某件事情发生之前,并且把量词变成与之意义相反的量词,即“对所有的”变成“存在”,“存在”变成“对所有的”。
第三步,当全部的量词出现在“不是”的左侧时,将否定词与它所要否定的事实变成一个与之等价的新命题。
用下面的例子来说明这些步骤。
例1 每一个实数x≥2,有X2+X-6≥0。
第一步,不是对每一个实数X≥2,有X2+X-6≥0。
第二步,存在一个实数x≥2,使得不是X2+X-6≥0。
第三步,存在一个实数x≥2,使得X2+X-6<0。
在第二步中,当“不是”从左侧移到右侧时,量词变了,但所具有的某种性质(即x≥2)并没有变。又因为量词“对每一个”变成了“存在”,所以当原来是用“使得”时现在不变,当原来是用“有”时现在改为“使得”,当原来“使得”和“有”都没有用时,就必须在逗号之后添上一个词“使得”。完全类似,如果量词“存在”变成“对所有的”,那么原来的“使得”或者不变,或者改为“有”或者取消。看下面例子。
例2 存在一个实数x≥2,使得X2+X-6≥0。
第一步,不存在一个实数x≥2,使得X2+X-6≥0。
第二步,对所有x≥2的实数,使得不是X2+X-6≥0。
第三步,对所有x≥2的实数,有X2+X-6<0。
如果原来的命题中出现多于一个的量词,那么第二步需要重复进行,直到所有量词都出现在“不是”的左侧,用下面两个例子来说明。
例3 对每个在-1与1之间的实数x,存在一个-1与1之间的实数y,使得x2+y2≤1。
第一步,不是对每一个在-1与1之间的实数x,存在一个-1与1之间的y,使得x2+y2≤1。
第二步,存在一个-1与1之间的实数x,使得不存在-1与1之间的一个y,使得x2+y2≤1。
第三步,存在一个-1与1之间的实数x,使得对所有的-1与1之间的实数y,有x2+y2>1。
例4 存在一个-1与1之间的实数x,使得对所有在-1与1之间的实数y,有x2+y2≤1。
第一步,不存在一个-1与1之间的实数x,使得对所有在-1与1之间的实数y,有x2+y2≤1。
第二步,对所有在-1与1之间的实数x,使得不是对所有的在-1与1之间的实数y,有x2+y2≤1。
(第二步,对所有在-1与1之间的实数x,存在一个-1与1之间的实数y,使得不是x2+y2≤1。)
第三步,对所有在-1与1之间的实数x,存在一个-1与1之间的实数y,使得x2+y2>1。
在这里,必须注意的另一种情况是怎样否定有联接词“并且”或“或者”的命题。当否定这样的命题时,像两个量词互相交换一样,“并且”与“或者”也互相交换。明确地说,[A并且B]的否定是:[非A]或者[非B]。同样,[A或者B]的否定是:[A的否定]并且[B的否定],即非[A或者B],是[非A]并且[非B]。
例5 非[x≥3并且y<2]是:[x<3]或者[y≥2]。
例6 非[x≥3或者y<2]是:[x<3]并且[y≥2]。
在现实生活中,除了全称量词和存在题词外,还经常使用“至少有m个”“至多有m个”“有且仅有m个”等一些更精确、更具体的表示数量的词。在对使用这些量词的命题加以否定时,就涉及到对这些量词的处理问题。
用n表示命题中个体的个数,则上述各量词可以分别表示为“n≥m”“n≤m”“n=m”。由于个体的个数是自然数,所以它们的否定分别为“n≤m-1”“n≥m+1”“n<m或n>m”,分别表述为“至多有m-1个”“至少有m+1个”“有小于m个或多于m个”。这里量词往往都出现在命题的谓词中,“有”是该命题的存在谓词,肯定的是主词的数量。要得到这类命题的负命题,仅需否定量词。
例7 “过空间一点至多有一条直线与已知直线平行”。
“至多有一条直线”,就是说“有一条或没有满足条件的直线”,即有0条或1条。那么否定这个命题,就是要说“有2、3、4……条满足条件的直线”,即“至少有两条满足条件的直线”,故此题答案为“过空间一点至少有两条直线与已知直线平行”。
例8 “过空间一点至少有一条直线与两异面直线成角相等”。
“至少有一条直线”,就是说“有1、2、3……条直线满足条件”。那么否定这个命题,就是要说“有0条直线满足条件”,即“没有满足条件的直线”,故此题答案为“过空间一点不存在与两条异面直线所成角相等的直线”。
逻辑的形式与规律是在实践中获得的。人类的实践反复证明了辩证逻辑和形式逻辑的真理性。由此可知,逻辑的形式与规律具有固定不变性,具有永恒性。
形式逻辑提供了正确思维的规律和形式。为要严谨地、循序渐进地思考,就必须正确地使用思维的形式,并遵守正确的思维规律。
培养和发展学生的逻辑思维是非常必要的。知识是正确认识的成果,而正确的思维又是达到正确认识所必不可少的手段。只有培养学生的逻辑思维能力,才能保持和巩固他们既有的认识,并在发展前途上不断地修正错误、辨明真理、提高认识,使他们获得越来越丰富的科学知识。
通过数学教学培养逻辑思维能力,是要在教学过程中随时体现出教材内在的逻辑性。逻辑学能够帮助我们更迅速、更深刻地去理解教材,去解答问题,去论证自己的论断,以及去严谨而前后一贯地叙述自己的思想。逻辑学会帮助我们找出和分出所研究的材料中主要的和基本的部分,从而更好地去通晓它们的内容。