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RAGIONAMENTO, ARGOMENTAZIONE E LOGICA TANDEM A. A. 2016/17 Dipartimento di Informatica Università degli Studi di Verona Ugo Solitro “I see nobody on the road” said Alice. “I only wish I had such eyes … to be able to see Nobody!” Lewis Carrol Logica, Ugo Solitro – Verona, 10 febbraio 2017 (bozza) ultimo aggiornamento 07/03/17
AVVERTENZA I materiali che seguono sono progettati come supporto alla lezione e alle attività che si svolgono in aula. Gli argomenti non sono in generale trattati in maniera del tutto rigorosa ed esauriente. Non costituiscono un materiale adatto allo studio. Possono contenere imprecisioni ed errori di battitura. Le citazioni non riportano sempre affermazioni veritiere! Nella preparazione di questo materiale si è fatto uso di alcune risorse come indicato nella prima lezione. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 2
SOMMARIO I quantificatori, ripresa. Argomentazioni e … Descrizioni definitorie Autoreferenza Induzione (matematica) Esercizi Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 3
LA LOGICA DEI PREDICATI Il linguaggio del I ordine Logica, Ugo Solitro – Verona, 10 febbraio 2017 (bozza)
DALLE PROPOSIZIONI AI PREDICATI La logica delle proposizioni fornisce la struttura essenziale Ma bisogna andare più a fondo: le asserzioni hanno una loro struttura interna ed esprimono proprietà di elementi e di individui. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 5
UN ESEMPIO DISCUTIBILE Perché le cose succedono? C’è un motivo se la mia auto si guasta. C’è un motivo se siamo qui. C’è un motivo se mi sono preso l’influenza. Ogni evento ha una causa. Dunque c’è una causa per ogni evento, … anche il Big Bang! Conclusione … esiste un principio che è la causa di tutto. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 6
UN ESEMPIO DISCUTIBILE: CENNI PER UNA SPIEGAZIONE “Ogni evento ha una causa.” Per ogni evento esiste una causa “C’è una causa per ogni evento” Esiste una causa per ogni evento Le due frasi sono evidentemente differenti ma la formulazione in linguaggio naturale può ingannare. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 7
UN ESEMPIO DISCUTIBILE: VERSO LA SOLUZIONE Questo genere di problemi può essere risolto con un’analisi rigorosa della struttura delle asserzioni. I logici hanno analizzato la situazione e scoperto che le costruzioni che rilevanti sono poche. Tutte le altre (quasi tutte …) si possono ricondurre a quelle fondamentali! Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 8
LA SOLUZIONE Analizzare più a fondo la struttura delle asserzioni. Arricchire il linguaggio delle proposizioni: definire i predicati definire i quantificatori … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 9
PREDICATO Dal Vocabolario Treccani Ciò che si predica, cioè si afferma o si nega intorno a un soggetto Nella logica: il giudizio è composto da un soggetto e un predicato. Con significato più specifico in logica matematica, attributo o proprietà relativa a uno o anche a più soggetti. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 10
DALLE ASSERZIONI AI PREDICATI: ESEMPI “Kurt ama la logica” Se indichiamo con L il predicato “ – ama la logica” L’asserzione può essere sinteticamente riscritta così: L(Kurt) Posso riutilizzare il predicato e scrivere anche: L(Ugo) In generale se indichiamo con p una generica persona possiamo scrivere L(p) per esprimere il fatto che … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 11
UN PROBLEMA DI NOTAZIONE Nel libro di Graham Preist si adopera una notazione differente … “Kurt ama la logica” Se indichiamo con L il predicato “ – ama la logica” L’asserzione può essere sinteticamente riscritta così: Kurt L Posso riutilizzare il predicato e scrivere anche: Ugo L In generale se p è una persona generica possiamo scrivere p L per esprimere il fatto che … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 12
DALLE ASSERZIONI AI PREDICATI: ESEMPI “Le rette a e b sono perpendicolari” Se indichiamo con P il predicato (binario) “ … essere rette perpendicolari” l’asserzione può essere sinteticamente riscritta così: P(a,b) “I punti A, B, C, D definiscono un quadrato” Se indichiamo con Q il predicato (quaternario) “ … essere punti che definiscono un quadrato” l’asserzione può essere sinteticamente riscritta così: Q(A,B,C,D) Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 13
PREDICATI E INSIEMI Un’asserzione può essere intesa come l’espressione di una proprietà che lega gli elementi … Un predicato possiamo pensarlo come una relazione, ovvero come sottoinsieme di un opportuno prodotto cartesiano, come una particolare funzione “di verità”, come un giudizio elementare su individui Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 14
IL LINGUAGGIO AL I ORDINE Logica, Ugo Solitro – Verona, 10 febbraio 2017 (bozza)
FORMULE DEL PRIM’ORDINE a, b, c, … rappresentano individui specifici (nomi propri, costanti) x, y, z, … rappresentano individui non precisati (nomi generici, variabili) A, B, C, … , P, Q, R, … rappresentano predicati (atomici e non) ognuno con un “numero di argomenti” fissato (detto arietà) A partire da predicati atomici si possono costruire asserzioni più complesse, dette formule, utilizzando i connettivi proposizionali (già visti) e … quantificatori! che definiremo tra poco … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 16
QUANTIFICAZIONI universale esistenziale Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 17
ASSERZIONI DIPENDENTI Finora abbiamo considerato asserzioni logiche costruite mediante operazioni (connettivi) a partire da frasi considerate come un tutt’uno. Spesso il significato di una asserzione può dipendere da qualche cosa al suo interno: un elemento del quale la frase parla. Esempio: “Marco ha i capelli rossi”. È evidente che la verità dell’asserzione dipende dalle caratteristiche di Marco: se l’elemento cambia … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 18
ASSERZIONI DIPENDENTI: ALTRI ESEMPI Esempi. Marcus ha visto un elefante. Annika si è addormentata. Qualcuno mi ha colpito. Nessuno è venuto alla festa. Tutti amano la pizza. In alcuni casi (i primi due) il soggetto è chiaramente definito, negli altri non è proprio così … “qualcuno”, “nessuno”, “tutti” sono chiamati quantificatori. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 19
INFERENZA CON I QUANTIFICATORI Esempio 1: Marcus mi ha colpito ––––––––––––––––– Qualcuno mi ha colpito Esempio 2: x ama la pizza (con x che abita in Italia) –––––––––––––––––––––––––––––––– Tutti gli abitanti dell’Italia amano la pizza Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 20
QUANTIFICATORI: INFERENZA Esempio 1 – introduzione dell’esistenziale: Marcus mi ha colpito ––––––––––––––––– Qualcuno mi ha colpito Esempio 2 – introduzione dell’universale: x ama la pizza (dove x abita in Italia) –––––––––––––––––––––––––––––––– Tutti gli abitanti dell’Italia amano la pizza Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 21
QUANTIFICATORI FONDAMENTALI E LORO PROPRIETÀ Nella maggior parte dei casi i quantificatori si riducono a due tipi fondamentali: esistenziale e universale. Esistenziale (∃): ∃xP(x): “esiste x tale che P(x)” è valida se e solo se esiste un elemento x per il quale vale P(x). Universale (∀): ∀xP(x): “per ogni x, P(x)” è valida se e solo se per ogni elemento x vale P(x). Le regole che governano i quantificatori sono naturali … a meno di qualche dettaglio tecnico! Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 22
QUANTIFICATORI DERIVATI E QUALCHE EQUIVALENZA Nessuno: “nessuno soddisfa P(x)” equivale a ∀x¬P(x) (“tutti non …”) oppure ¬∃xP(x) (“non esiste …”) Universale (∀): ∀xP(x) equivale a ¬∃x¬P(x) Esistenziale (∃): ∃xP(x) equivale a ¬∀x¬P(x) Nota: queste equivalenze non sono universalmente accettate! Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 23
QUANTIFICATORI UNA DEFINIZIONE COSTRUTTIVA Esistenziale (∃) – ∃xP(x): “esiste x tale che P(x)” Una dimostrazione di ∃xP(x) è costituita da un elemento a (testimone) e una dimostrazione della validità di P(a) Universale (∀) – ∀xP(x): “per ogni x, P(x)” Una dimostrazione di ∀xP(x) è costituita da un procedimento costruttivo che, dato un generico a, consenta di produrre una dimostrazione costruttiva della validità di P(a) Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 24
ESEMPIO Simona afferma: “In ogni corso di laurea in Medicina e Chirurgia c'è almeno uno studente che ha superato tutti gli esami del primo anno”. Se tale affermazione è falsa, allora ... Indichiamo con z un generico corso di laurea in M&C, s uno studente di tale corso di laurea, P(x) la proprietà che dice “x ha passato tutti gli esami”. Allora l’affermazione … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 25
ESEMPIO: SCHEMATIZZAZIONE E ANALISI Non è vero che “In ogni corso di laurea in Medicina e Chirurgia c'è almeno uno studente che ha superato tutti gli esami del primo anno”. … può essere riformulata in simbolicamente così: ¬∀l ∃s in l : P(s) Non per ogni corso di laurea, esiste uno studente … equivalente a ∃l ¬∃s in l : P(s) Esiste un corso di laurea, per il quale non esiste uno studente … equivalente a ∃l ∀s in l : ¬P(s) Esiste un corso di laurea, per il quale ogni studente non … In altre parole: “Esiste almeno un corso di laurea in Medicina e Chirurgia per il quale nessuno studente ha superato tutti gli esami del primo anno”. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 26
ARGOMENTAZIONI AL I ORDINE Logica, Ugo Solitro – Verona, 10 febbraio 2017 (bozza)
ARGOMENTO COSMOLOGICO Argomentazione: Ogni evento ha una causa. Pertanto c’è una una causa per ogni evento Esiste qualcosa che causa ogni cosa … C’è un Problema tecnico! Esiste una causa per ogni evento Per ogni evento esiste una causa Le due frasi sono evidentemente differenti ma la formulazione in linguaggio naturale può ingannare. Le due quantificazioni non sono equivalenti: lo si può dimostrare esibendo dei contro esempi. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 28
L’ARGOMENTO ONTOLOGICO Argomentazione: Dio è l’essere con tutte le perfezioni. L’esistenza è una perfezione. Quindi Dio possiede l’esistenza. Quindi esiste! Dov’è il difetto? Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 29
QUAL’È IL DIFETTO L’argomentazione fa riscorso alla possibilità di caratterizzare al I ordine entità individuali mediante le loro proprietà. Questa tecnica è piuttosto diffusa e utile. Ma può esporre l’argomentazione ad errori … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 30
DESCRIZIONI ED ESISTENZA … Una descrizione (definita o definitoria) è una proprietà (più o meno complessa) che permette di caratterizzare un entità individuale. Esempi. Il primo uomo che è sbarcato sulla Luna. Un antico ponte sull’Adige che ora non c’è più. Il professore che è stato eletto Rettore dell’Università. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 31
UNA DESCRIZIONE IN DETTAGLIO “Il primo uomo che è sceso sulla Luna.” Questa locuzione descrive ovviamente Neil Armstrong ed è strutturata in due elementari: U(x) = “x è un uomo” L(x) = “x è il primo a sbarcare sulla luna” Possiamo allora riscrivere in modo formale la prima frase: Neil Armstrong è “l’individuo x tale che U(x) & L(x)”. Oppure, in modo più sintetico ix: U(x) & L(x) Una descrizione definitoria è sostanzialmente assimilabile ad un nome. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 32
PRECAUZIONI TECNICHE Questo genere di descrizioni “definitorie” funzionano quando le proprietà caratterizzanti sono soddisfacibili ed esiste un unico individuo che le soddisfa. L’equazione definitoria p = ix:P(x) è ben formata se esistono individui che soddisfano P(x) e ancora di tali individui ce n’è uno solo. Principio di Caratterizzazione: L’individuo p definito da ix:P(x) soddisfa tutte le proprietà descritte da P(x). Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 33
CATTIVI ESEMPI Esempio 1 P(x): x è il più numero grande numero intero M = ix:P(x) Quindi M è il più grande di tutti i numeri interi… Esempio 2 A(y): y è un cavallo alato C = iy: A(y) Quindi C è un cavallo alato … (se esiste!) Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 34
(ANCORA) CATTIVI ESEMPI Esempio 3 Z(x): x è il più potente tra gli dei dell’Olimpo Zeus = ix:P(x) Quindi Zeus è è il più potente tra gli dei dell’Olimpo! L’affermazione finale può considerarsi vera Ma questo non ci autorizza ad asserire l’esistenza di Zeus … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 35
DESCRIZIONI E ESISTENZA Le descrizioni definitorie sono uno strumento fondamentale. Le proprietà caratterizzanti “parlano” di un’entità che è pensata come esistente. L’esistenza, e l’unicità, dell’entità di cui si parla (definiendum) debbono essere dimostrate! Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 36
AUTOREFERENZA Hofstadter's Law: It always takes longer than you expect, even when you take into account Hofstadter's Law. Logica, Ugo Solitro – Verona, 10 febbraio 2017 (bozza)
AUTO REFERENZIALITÀ Una frase (o una locuzione) si dice autoreferenziale quando al suo interno si fa riferimento diretto o indiretto alla frase stessa. Esempi. “Quanto sto dicendo è il frutto di una lunga esperienza nello studio della logica.” “Moltiplicare un numero intero m per un intero n significa aggiungere m ad un valore iniziale nullo esattamente n volte” Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 38
DEFINIZIONI AUTO REFERENZIALI In matematica l’autoreferenzialità è molto frequente. Esempio. Il fattoriale. Se n è un numero intero positivo il suo fattoriale n! si ottiene calcolando la seguente moltiplicazione: 1x2x3 … x n Più precisamente (definizione ricorsiva): 0! = 1 n! = (n-1)! x n Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 39
PROBLEMI LEGATI ALL’AUTOREFERENZIALITÀ Frasi di questo genere non sono così comuni al di fuori di un ambito tecnico. Possono apparire semplici, ma spesso sorgono problemi … Esempi “Questa frase contiene cinque parole.” Nel regolamento di molte istituzioni compare una regola di questo tenore: “Questo regolamento può essere modificato tramite una delibera approvata dalla maggioranza degli aventi diritto”. “Questa frase è falsa.” Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 40
ANALISI DI UN ESEMPIO “Questa frase è falsa.” L’affermazione in discussione è … vera? se lo fosse ne segue necessariamente che è falsa. falsa? in questo caso “Questa frase è falsa” risulta falsa e pertanto deve essere vera! In entrambi i casi arriviamo ad una contraddizione! Qual’è … la verità? Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 41
UN ALTRO ESEMPIO “Questa frase è vera.” L’affermazione in discussione è … vera? se è vera quanto viene asserito è giudicato valido, esattamente quel che la frase esprime. falsa? in questo caso “Questa frase è vera” risulta falsa quindi quel che la frase esprime è falso. Dunque? È vera o falsa? Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 42
PARADOSSO Dall’Enciclopedia Treccani on line Affermazione, proposizione, tesi, opinione che, per il suo contenuto o per la forma in cui è espressa, appare contraria all’opinione comune o alla verosimiglianza e riesce perciò sorprendente o incredibile. In logica, il paradosso è un enunciato contrario all’opinione comune ovvero che si presenta in sé stesso contraddittorio. Proposizione contrastante con precedenti risultati o con principi ritenuti incondizionatamente validi, dedotta da una dimostrazione che appare a prima vista rigorosa. Il Paradosso del Mentitore: “Io sto mentendo.” Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 43
ALTRI PARADOSSI Il Paradosso del Barbiere: In un isola c’è un barbiere che … Il Paradosso di Zenone … Il Paradosso di Berry: “Il più piccolo numero definito con non meno di dodici parole.” Un Paradosso socratico: “Tutto ciò che so è di non sapere”. Il Paradosso dei Numeri Interessanti: “Sia n il più piccolo numero non interessante.” Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 44
SOLUZIONI? L’autoreferenzialità può essere uno strumento potente. Affermazioni apparentemente semplici possono risultare paradossali. Le soluzioni non sono molto semplici … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 45
UNA LOGICA CON MOLTI VALORI Nel nostro percorso abbiamo cercato di non parlare troppo di verità. Ma nei nostri discorsi erano spesso sottintesi i due classici valori di verità: vero e falso. Possiamo considerare la possibilità di “cambiare” i valori di verità includendo: né vero, né falso; vero e falso. Logiche di questo genere sono state effettivamente sviluppate … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 46
UN LINGUAGGIO “PIÙ” RIGOROSO … Un’altra soluzione consiste nell’imporre delle regole più rigide nella costruzione delle frasi ed impedire la creazione di situazioni critiche. È la strada che percorrono la matematica e le scienze. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 47
IL PARADOSSO DI RUSSEL Formulazione sintetica. Un insieme è una collezione di oggetti. Gli oggetti di un insieme possono essere a loro volta insiemi Nota: nella teoria matematica degli insiemi ogni oggetto è un insieme! Sia R l’insieme degli insiemi che non contengono sé stessi come membri. R = { x | x∉x } Problema: R∈R? Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 48
INDUZIONE Logica, Ugo Solitro – Verona, 10 febbraio 2017 (bozza)
GENERALIZZAZIONI Quando abbiamo parlato di quantificatori abbiamo parlato del quantificatore universale. Ma come si fa ad inferire che una proprietà vale per tutti senza necessariamente validare tutti i casi possibili? Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 50
ESEMPI DI GENERALIZZAZIONE Teorema. Per tutti i numeri naturali dispari la divisione per 2 dà come resto 1. Dimostrazione (sintetica). Sia n un numero naturale dispari. n non è pari, quindi non è un multiplo di 2. La “distanza” massima tra due numeri pari. Quindi n è preceduto da un numero pari e di conseguenza esiste k tale che n = 2xk+1 … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 51
ALTRI ESEMPI … Argomentazione L’uomo, il cane, le foche sanno nuotare. L’uomo, il cane, le foche sono mammiferi. I mammiferi sanno nuotare Problemi? Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 52
ALTRI ESEMPI … Fatti Ho visto un corvo ed era nero. Ho visto un secondo corvo ed era nero. Ho visto un terzo corvo ed era nero. … Conclusione I corvi sono neri (?) Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 53
INDUZIONE MATEMATICA È una tecnica consolidata per dimostrare asserzioni generali sui numeri interi, ma non solo! Principio di Induzione Matematica. Sia P(x) un predicato al I ordine. Supponiamo che P(0) sia valido P(n) valido => P(n+1) valido Allora per ogni n numero naturale vale P(n). Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 54
INDUZIONE MATEMATICA UN ESEMPIO Teorema Per ogni n numero naturale P(n): 1+2+3+4 + … n = n(n+1)/2 Dimostrazione Base: P(0) è valida. Infatti … Passo induttivo: se P(n) vale allora anche P(n+1). Infatti si ha che 1+2+3+4 + … n + (n+1) = n(n+1)/2 + (n+1) = (n+1)(n/2+1) = (n+1)(n+2)/2. Q.E.D. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 55
INDUZIONE MATEMATICA UN ESEMPIO SORPRENDENTE Teorema Tutti i cavalli sono dello stesso colore. Lemma Per ogni n un numero naturale, P(n): per ogni branco (insieme) costituito da n cavalli tutti gli elementi hanno lo stesso colore. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 56
DIMOSTRAZIONE: PASSO BASE Sia n = 0. il branco non contiene nemmeno un cavallo la tesi è “vuotamente” soddisfatta. (c’è da fidarsi …?) (io non mi lo farei …) Sia n = 1. Il branco è costituito da un solo cavallo. La tesi è “banalmente” soddisfatta. Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 57
DIMOSTRAZIONE: PASSO INDUTTIVO Supponiamo che P(n) sia valido. Vogliamo dimostrare che, di conseguenza, anche P(n+1) vale. Sia B un branco con n+1 cavalli precisamente B = { c1, c2, c3, … , cn+1 } consideriamo B’ = { –, c2, c3, … , cn+1 } B’ contiene solo n cavalli che, per ipotesi induttiva, hanno tutti lo stesso colore. consideriamo B” = { c1, –, c3, … , cn+1 } di nuovo B”contiene n cavalli tutti lo stesso colore. Dunque … la tesi! Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 58
ALTRI PRINCIPI DI INDUZIONE Induzione Matematica Completa Principio del Minimo Induzione Strutturale Induzione Transfinita Induzione Transfinita fino ad epsilon-zero. … Co-induzione … ? … Logica, Ugo Solitro – Verona, febbraio 2017 (bozza) 59
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