集合と論理(高校数学Ⅰ):命題の真偽と反例、条件の否定のわかりやすい説明と練習問題

命題とは、何かを主張する文のことです。例えば「雨が降っている」といった文を命題といいます。もちろん といった数学的な文も命題です。

「埼玉県は海に接している」も命題です。しかしこの「埼玉県は海に接している」という命題は誤り(これからは偽といいます)。なぜなら埼玉県は海に接していないからです。このように命題は正しいものと誤りのものがあり、それぞれ「真の命題」「偽の命題」といいます。

問題

次の命題の真偽を確かめなさい。

 山口県は中国地方にある。

 織田信長の家臣に武田信玄がいた。

 日本とアメリカの間に大西洋がある。

  の絶対値は である。

 

 

解答

 真

 偽

 偽

 真

 偽

 偽

問題

次の命題の真偽を調べなさい。

 

 

 

 

 整数 について

 整数 について の倍数ならば は偶数

解答

 真

 偽

 偽

 真

 真

 真

このように命題は基本的に真偽をつけることができます。

ここで がなぜ偽であるか考えてみます。

例えば の時、 は成り立ちますが、 は当然成り立ちません。このように特定のケースを見つけて命題が偽であると主張できる場合があります。

これを反証といい、この特定のケースを反例といいます。ここでは が反例となります。

問題

次の命題はすべて偽である。それぞれについて反例をあげなさい。

  かつ

  の倍数 の倍数

  の倍数 は奇数

解答

 

 

 

命題の否定

命題はその否定を作ることができます。例えば「雨が降っている」の否定は「雨が降っていない」に、 の否定は になります。

数式を否定する時はイコールをノットイコールにします。また の否定は となります。

問題

次の命題の否定を作りなさい。

 私はペンを持っている。

 犬は哺乳類でない。

  の解は のみである。

 

 

 

解答

 私はペンを持っていない。

 犬は哺乳類である。

  の解は のみとは限らない。

 

 

 

『かつ』『または』が入っている命題の否定

続いて「 かつ 」というように and が入っている命題の否定について考えてみます。

結論としてこの命題の否定は

または

となります。つまり個別の文を否定にして、「かつ」を「または」(and を or)にします。逆に「または」の否定は「かつ」になります。

かつ → または
または → かつ

問題

次の命題の否定を作りなさい。

 私はペンを持っている、かつ、あなたはパンを食べていない。

 犬は哺乳類でない、または、猫は魚類でない。

  または

  かつ

  または

  かつ

解答

 私はペンを持っていない、または、あなたはパンを食べている。

 犬は哺乳類である、かつ、猫は魚類である。

  かつ

  または

  かつ

  または

「すべて」「ある」が入っている命題の否定

「すべてのカラスは黒い」という命題を考えてみます。「すべて」という言葉に注目してください。この命題の否定は「あるカラスは黒くない」となります。「黒い」が「黒くない」に変わるだけでなく、「すべて」が「ある」に変わってしまうのです。

逆に「ある」の否定は「すべて」になります。例えば「ある犬は白い」という命題の否定は「すべての犬は白くない」となります。

問題

次の命題の否定をつくりなさい。

 すべての星には水がある。

 ある犬は猫と喧嘩しない。

 すべての数は 以上である。

 すべての三角形は三辺が等しい。

 すべての数について、その二乗は 以上である。

 すべての数 について、 以上である。

解答

 ある星には水がない。

 すべての犬は猫と喧嘩する。

 ある数は 未満である。

 ある三角形は三辺が等しくない。

 ある数について、その二乗は 未満である。

 ある数 について、 未満である。