Álgebra Superior I: Conectores: negaciones, conjunciones y disyunciones

Introducción

En la entrada de introducción a este curso ya acordamos que una proposición matemática (o simplemente proposición) es un enunciado que puede ser verdadero o falso (pero no ambos), y que habla de objetos matemáticos.

Ahora hablaremos de algunas reglas que nos permiten comenzar con una o más proposiciones y combinarlas para obtener otras proposiciones. Hablaremos de la negación, de la conjunción y de la disyunción. De manera informal, la primera antepone un “no es cierto que” a cualquier proposición, y le cambia su veracidad. La segunda y tercera combinan dos proposiciones en una sola. De manera informal, ponen “y” y “o” entre las oraciones, respectivamente.

A estas reglas se les conoce como conectores o conectivos. Discutiremos cada uno de ellos de manera intuitiva y después definiremos qué quieren decir de manera formal.

Conectores lógicos

De tu experiencia previa, ya sabes que hay formas en las que podemos combinar, por ejemplo, a números enteros para obtener nuevos números. Si tomamos el número 2 y el número 3 y les aplicamos la operación “suma”, entonces debemos entreponer un signo + entre ellos para obtener la expresión 2+3. Esta expresión es de nuevo un número entero: el 5. Así como hacemos operaciones entre números, también podemos hacer operaciones entre proposiciones.

Un conector lógico (o simplemente conector) es una regla que permite tomar una o más proposiciones, “operarlas” y de ahí construir una nueva proposición “resultado”. Como lo que más nos importa de las proposiciones es si son verdaderas o falsas, entonces lo más importante de cada conector que demos es decir cómo se determina la veracidad de la proposición que obtuvimos como resultado. En estas entradas hablaremos a detalle de los siguientes conectores:

  • Negaciones: Usan el símbolo \neg. Toman una proposición P y la convierten en la proposición \neg P cuyo valor de verdad es opuesto al de P.
  • Conjunciones: Usan el símbolo \land. Toman dos proposiciones P y Q y las convierten en la proposición P\land Q, que para ser verdadera necesita que tanto P como Q sean verdaderas.
  • Disyunciones: Usan el símbolo \lor. Toman dos proposiciones P y Q y las convierten en la proposición P\lor Q, que para ser verdadera necesita que alguna de P o Q lo sean (o ambas).
  • Implicaciones: Usan el símbolo \Rightarrow. Toman dos proposiciones P y Q y las convierten en la proposición P\Rightarrow Q, que para ser verdadera se necesita o bien que P sea falsa (y Q puede ser lo que sea), o bien que tanto P como Q sean verdaderas.
  • Dobles implicaciones: Usan el símbolo \Leftrightarrow. Toman dos proposiciones P y Q y las convierten en la proposición P \Leftrightarrow Q, que para ser verdadera necesita que P\Rightarrow Q sea verdadera y que Q\Rightarrow P sea verdadera.

Ahora profundizaremos en las primeras tres y las últimas dos las dejaremos para más adelante.

Negaciones

Lo que hacen las negaciones a nivel de texto es anteponer un “no es cierto que” a una proposición. Por ejemplo si comenzamos con la proposición

    \[A=\text{"El cielo es azul."}\]

entonces su negación es

    \[\neg A=\text{"No es cierto que el cielo es azul."}\]

Observa que si pensamos a A como una proposición verdadera, entonces la proposición \neg A es falsa.

Hay que tener cuidado. El efecto que hacen las negaciones simplemente es anteponer “no es cierto que” a una proposición. Puede ser tentador intentar poner un “no” en alguna parte de la oración de manera arbitraria, pero esto puede llevar a problemas. Por ejemplo, la negación de la oración

    \[B=\text{"El número $2$ es par y múltiplo de $3$."}\]

es simplemente

    \[\text{"No es cierto que el número $2$ es par y múltiplo de $3$."}\]

Si hacemos la negación con poco cuidado, podríamos llegar a

    \[\text{"El número $2$ no es par ni múltiplo de $3$."}\]

que no funciona, pues no tiene el valor opuesto de verdad: la oración original es falsa, y esta también.

Más adelante hablaremos con cuidado del conector “y” que usamos en el ejemplo anterior. Veremos cómo se pueden negar de manera correcta a las proposiciones que lo usan.

Tabla de verdad de negaciones

De manera formal, dada una proposición P definimos a la negación de P, que denotamos por \neg P como la proposición que tiene valor opuesto de verdad al de P. De esta forma, por definición, se tiene que \neg P es la proposición con la siguiente tabla de verdad:

P\neg P
0 1
10 

Ya que al aplicar una negación obtenemos una nueva proposición, entonces ahora podemos volverle a aplicar negación a la nueva proposición obtenida. Así, si comenzamos con

    \[P=\text{"El cielo es azul."}\]

y lo negamos, obtenemos

    \[\neg P = \text{"No es cierto que el cielo es azul."}\]

y luego podemos negar de nuevo para obtener

    \[\neg(\neg P) = \text{"No es cierto que no es cierto que el cielo es azul."}\]

Como la negación cambia el valor de verdadero a falso y viceversa, entonces P y \neg(\neg P) tienen el mismo valor de verdad. Esto lo podemos verificar en la siguiente tabla de verdad, llenando primero la segunda columna y luego la tercera a partir de la segunda.

P\neg P\neg(\neg P)
01 0
101 

Observa que las columnas de P y de \neg(\neg P) tienen exactamente los mismos valores. Diremos entonces que P=\neg(\neg P). Observa cómo se parece mucho a la igualdad -(-x)=x en los números reales. En la siguiente entrada hablaremos con más formalidad de cuándo podemos decir que dos proposiciones P y Q son iguales.

Conjunciones

Lo que hacen las conjunciones a nivel de texto es anteponer un “y” entre dos proposiciones. Por ejemplo si comenzamos con las proposiciones

    \[P=\text{"El número $20$ es impar."}\]

y

    \[Q=\text{"El número $9$ es un número cuadrado."}\]

entonces la conjunción de ambas es

    \[P\land Q=\text{"El número $20$ es impar y el número $9$ es cuadrado."}\]

Para que esta nueva proposición sea verdadera, debe suceder que cada una de las proposiciones que la conforman deben serlo. En este caso en específico, esto no ocurre. La proposición Q es verdadera, pero la proposición P es falsa. De este modo, la conjunción es falsa.

Veamos algunos ejemplos más. Tomemos las siguientes proposiciones:

    \[A=\text{"Los gatos son felinos."}\]

    \[B=\text{"Todas las blorg son rojas."}\]

    \[C=\text{"El número $3$ es mayor que el número $1$."}\]

    \[D=\text{"Un cuadrado tiene ángulos de $60^\circ$."}\]

    \[E=\text{"La luna es azul."}\]

Para determinar la veracidad de cada una de estas, tendríamos que ponernos de acuerdo en la definición de varios términos como “felinos”, “blorg”, “es mayor que”, “cuadrado”, “luna”, etc. Pero por practicidad, daremos por hecho que A, B y C son proposiciones verdaderas y que D y E son falsas.

La conjunción de A con B es

    \[A\land B = \text{"Los gatos son felinos y todas las blorg son rojas."}\]

Como cada una de las proposiciones que conforman la conjunción es verdadera, entonces la conjunción lo es.

La conjunción de B con E es

    \[B\land E = \text{"Todas las blorg son rojas y la luna es azul".}\]

Por muy cierto que sea que todas las blorg sean rojas, la conjunción no es verdadera pues E es falsa.

Una vez que formamos una conjunción, esta es ahora una nueva proposición. Por lo tanto, se vuelve candidata a aplicarle negaciones y conjunciones. De esta forma, tiene sentido pensar en la proposición \neg(A\land B), en donde los paréntesis implican que primero se hace esa operación. A nivel textual también usaremos los paréntesis para no confundirnos, de modo que escribiremos:

    \begin{align*}\neg(A\land B) &= \text{"No es cierto que (los gatos son felinos y todas}\\ &\text{las blorg son rojas)."}\end{align*}

También tiene sentido pensar en la proposición (\neg C) \land E. O bien en la proposición A\land( (\neg C) \land E). Puedes practicar pasar estas oraciones a texto con paréntesis.

Tabla de verdad de conjunciones

Para formalizar la discusión anterior, definimos a la conjunción de dos proposiciones P y Q como la proposición P\land Q que es verdadera únicamente cuando tanto P como Q son verdaderas. Así, por definición, su tabla de verdad es la siguiente:

PQP\land Q
000 
010 
100 
111 

¿Importará el orden en el que hacemos la conjunción? Esta es una pregunta muy natural. Para responderla, podemos hacer la tabla de verdad considerando tanto a las columnas P\land Q como Q\land P y llenándolas por separado.

PQP\land QQ \land P
00 00 
010 0 
100  0
111 1 

Observa que las columnas correspondientes a P\land Q y Q\land P son iguales, de modo que podemos concluir que P\land Q=Q\land P. Hay otras preguntas muy naturales: ¿qué pasa si hacemos la conjunción de más de dos proposiciones? ¿son iguales (P\land Q) \land R y P\land(Q \land R)? ¿qué pasa si combinamos a la negación con la conjunción? Esto lo veremos más adelante.

Disyunciones

Lo que hacen las disyunciones a nivel de texto es anteponer un “o” entre dos proposiciones. Por ejemplo si comenzamos con las proposiciones

    \[P=\text{"El número $10$ es impar."}\]

y

    \[Q=\text{"El número $7$ es un número primo."}\]

entonces la conjunción de ambas es

    \[P\lor Q=\text{"El número $10$ es impar o el número $7$ es primo."}\]

Para que esta nueva proposición sea verdadera, es suficiente con que una de las proposiciones que la conforman lo sea. En este caso en específico, esto sí ocurre. La proposición Q es verdadera, de modo que aunque la proposición P sea falsa, la disyunción resulta ser verdadera.

Retomemos las proposiciones de la sección anterior para ver más ejemplos.

    \[A=\text{"Los gatos son felinos."}\]

    \[B=\text{"Todas las blorg son rojas."}\]

    \[C=\text{"El número $3$ es mayor que el número $1$."}\]

    \[D=\text{"Un cuadrado tiene ángulos de $60^\circ$."}\]

    \[E=\text{"La luna es azul."}\]

Recuerda que estamos dando por hecho que A, B y C son proposiciones verdaderas y que D y E son falsas.

La disyunción de A con B es

    \[A\lor B = \text{"Los gatos son felinos o todas las blorg son rojas."}\]

Como A es verdadera, esto basta para decir que A\lor B es verdadera. Como B también es verdadera, también esto bastaba para decir que A\lor B es verdadera. No hay ningún problema con que tanto A como B sean verdaderas.

La conjunción de D con E es

    \[C\lor E = \text{"Un cuadrado tiene ángulos de $60^\circ$ o la luna es azul".}\]

Aquí tanto D como E son falsas, de modo que la disyunción también lo es.

Las disyunciones también crean proposiciones nuevas, a las que se les pueden aplicar negaciones, conjunciones y disyunciones. El uso del paréntesis se vuelve crucial. Observa que usando las proposiciones ejemplo de arriba, tenemos que

  • (D\land C) \lor A es verdadera
  • D\land (C \lor A) es falsa

Tabla de verdad de disyunciones

Para formalizar la discusión anterior, definimos a la disyunción de dos proposiciones P y Q como la proposición P\lor Q que es verdadera cuando por lo menos una de las proosiciones P y Q lo es. Así, por definición, su tabla de verdad es la siguiente:

PQP\lor Q
000 
011 
101 
111 

¿Importará el orden en el que hacemos la conjunción? Esta es una pregunta muy natural, y ya puedes responderla por tu cuenta. Intenta hacer esto haciendo una tabla de vedad que incluya tanto a las columnas P\lor Q como Q\lor P.

En la sección anterior vimos la importancia de poner paréntesis en las expresiones. Esta importancia también podemos verificarla mediante la siguiente tabla de verdad, en donde consideramos tres proposiciones P, Q y R y estudiamos qué sucede con (P\land Q) \lor R y con P \land (Q \lor R). Como hay 2 posibilidades para cada uno de P, Q, R, debemos tener 2\cdot 2 \cdot 2 = 8 filas.

Llenamos primero las primeras dos columnas usando lo que sabemos de P\land Q y Q\lor R.

PQRP\land QQ \lor R(P\land Q) \lor RP \land (Q \lor R)
000 00 
0010 1 
0100 1
0110 1 
10000
10101
11011
11111

Y ahora sí podemos llenar las últimas dos porque ya sabemos cómo es el valor de verdad de cada una de las proposiciones que las conforman.

PQRP\land QQ \lor R(P\land Q) \lor RP \land (Q \lor R)
000 00 00
0010 1 10
0100 110
0110 1 10
1000000
1010111
1101111
1111111

Observa que las columnas correspondientes a (P\land Q) \lor R y P \land (Q \lor R) no son iguales, pues difieren en algunos renglones, por ejemplo, en el segundo renglón. De este modo, podemos concluir que hay ocasiones en las que (P\land Q) \lor R y P \land (Q \lor R) no son iguales, así que el orden de las operaciones suele ser importante.

Tarea moral

Los siguientes ejercicios no forman parte de la evaluación del curso, pero te servirán para entender mucho mejor los conceptos vistos en esta entrada, así como temas posteriores.

  1. Escribe en texto y usando paréntesis la proposición (A\land B) \lor (\neg D), usando A, B y D como las proposiciones ejemplo que dimos.
  2. Mediante una tabla de verdad, justifica la igualdad P\lor Q = Q \lor P.
  3. Mediante una tabla de verdad, justifica la igualdad (P\lor Q) \lor R = P \lor (Q \lor R).
  4. Haz una tabla de verdad para verificar que las proposiciones \neg(P \land Q) y (\neg P) \land (\neg Q) no son iguales. Es decir, debes de hacer todos los casos y ver que las columnas difieren en uno o más renglones.
  5. Haz una tabla de verdad para verificar que las proposiciones (P\land Q) \land (R \land S) y (((P\land Q) \land R) \land S) son iguales. Va a ser una tabla grande, de 16 renglones.

Más adelante…

En esta entrada hablamos de la negación, la conjunción y la disyunción. Vimos cómo justificar algunas de sus propiedades mediante tablas de verdad, como A\land B=B\land A. En la siguiente entrada usaremos esta técnica y otras más para probar otras propiedades interesantes de estos conectores.

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Leo

Acerca de Leo

Hola. Soy Leonardo Martínez. Soy Profesor de Tiempo Completo en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Hice un doctorado en Matemáticas en la UNAM, un postdoc en Israel y uno en Francia. Además, me gusta colaborar con proyectos de difusión de las matemáticas como la Olimpiada Mexicana de Matemáticas.

1 comentario en “Álgebra Superior I: Conectores: negaciones, conjunciones y disyunciones

  1. carlos fabian

    Cordial saludo.
    Excelente contenido y articulo, los problemas que se abordan son geniales, las situaciones y los problemas son verídicos, a veces cuando se dan clases la conectividad juega un papel muy importante ya que perder el hilo en el alumno es fatal.

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