当且仅当

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「当且仅当」的各地常用別名 | |
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臺灣 | 若且唯若 |
港澳 | 當且僅當 |
↔⇔≡
当且仅当的逻辑符号
当且仅当(英语:if and only if,iff),在數位邏輯中,逻辑算符反互斥或閘(exclusive or)是对两个运算元的一种邏輯分析类型,符号为XNOR或ENOR或⇔{displaystyle Leftrightarrow }。与一般的邏輯或非NOR不同,當兩兩數值相同為是,而數值不同時為否。在数学、哲学、逻辑学以及其他一些技术性领域中被用来表示“在这个条件成立,并且仅在这个条件成立时”之意。当命题P,Q{displaystyle P,Q}
满足“当P{displaystyle P}
则Q{displaystyle Q}
”且“仅当P{displaystyle P}
则Q{displaystyle Q}
”时,称为“当且仅当P{displaystyle P}
则Q{displaystyle Q}
”,其他等价的说法有“Q{displaystyle Q}
当且仅当P{displaystyle P}
[註 1]”;“P{displaystyle P}
是Q{displaystyle Q}
的充分必要条件(充要條件)”;“P{displaystyle P}
等价于Q{displaystyle Q}
”。
一般而言,當我們看到“当且仅当P{displaystyle P}则Q{displaystyle Q}
”,我們可以知道“如果P{displaystyle P}
成立時,則Q{displaystyle Q}
一定成立;如果Q{displaystyle Q}
成立時,則P{displaystyle P}
也一定成立”;“如果P{displaystyle P}
不成立時,則Q{displaystyle Q}
一定不成立;如果Q{displaystyle Q}
不成立時,則P{displaystyle P}
也一定不成立”。
目录
1 当且仅当
1.1 标记
1.2 证明
1.3 有关英语缩写iff的开端
2 “当”与“当且仅当”
3 进一步的思考
4 更一般的用法
5 注解
6 参考文献
7 参见
当且仅当
标记
与此相对应的逻辑符号是↔{displaystyle leftrightarrow }和⇔{displaystyle Leftrightarrow }
。这两个通常被当作是相等的。但是,一些数学教科书,特别是那些关于一阶逻辑而非命题逻辑对此有所区别,在那里前者被用来表示逻辑公式,后者表示那些公式的推理(譬如说在元逻辑中)。
证明
设P{displaystyle P}与Q{displaystyle Q}
為两命题,在证明“当且仅当P{displaystyle P}
则Q{displaystyle Q}
”时,这相当于去同时证明陈述“如果P{displaystyle P}
成立,则Q{displaystyle Q}
成立”和“如果Q{displaystyle Q}
成立,则P{displaystyle P}
成立”。另外,也可以证明“如果P{displaystyle P}
成立,则Q{displaystyle Q}
成立”和“如果P{displaystyle P}
不成立,则Q{displaystyle Q}
不成立”,后者作为对偶,等价于“如果Q{displaystyle Q}
成立,则P{displaystyle P}
成立”。
有关英语缩写iff的开端
在出版物中,英语iff的表示标记最早出现在约翰·L·凯利的《一般拓扑学》中。它的发明通常被认为是归于数学家保罗·哈尔莫斯,但在哈尔莫斯的自传中却声明该标记另有出处,他只是首先在数学领域使用[1]。
“当”与“当且仅当”
简单地,如下的两个例子可以说明这两者的不同:
当冰淇淋是香草口味的,则小王会吃这个冰淇淋。(这等于说:如果冰淇淋是香草口味的,那么小王会吃这个冰淇淋。)
当且仅当冰淇淋是香草口味,则小王会吃这个冰淇淋。(这等于说:如果冰淇淋是香草口味的,那么小王会吃这个冰淇淋;并且,如果小王吃冰淇淋,那么这个冰淇淋就是香草口味的。)
第1句指小王会吃香草口味的冰淇淋,并没有排除他会吃香草以外口味冰淇淋的可能性,能肯定的是他不会拒绝香草口味的冰淇淋。
第2句指小王会吃且只吃香草口味的冰淇淋,他不会吃任何其它口味的冰淇淋。
进一步的思考
用「当且仅当」连接两个句子造成的句子被称为是“双条件句”。“当且仅当”把两个句子结合成新的句子。它不应该跟描述两个句子之间关系的“逻辑等价”混淆。
双条件句“当且仅当P{displaystyle P}则Q{displaystyle Q}
”,是用P{displaystyle P}
和Q{displaystyle Q}
来陈述P{displaystyle P}
和Q{displaystyle Q}
所描述的事件状况之间的关系。
相对照的,“P{displaystyle P}逻辑等价于Q{displaystyle Q}
”则注重两个句子:它只是陈述两个句子之间的关系,而不是它们所介绍的什么事情。
这里的区别非常容易混淆,已经使得很多哲学家迷惑。当然,在“P{displaystyle P}逻辑等价于Q{displaystyle Q}
”时,“当且仅当P{displaystyle P}
则Q{displaystyle Q}
”为真,但是它的逆并不成立。让我们重新考虑上面的句子:
- 当且仅当冰淇淋是香草口味,则小王会吃这个冰淇淋。
很清楚,对于这个特定的双条件句,两个半句之间并没有逻辑等价。如想了解更多的差异,请参照W. V. Quine的《数理逻辑,第5节》。
在哲学和逻辑学中,“当且仅当”通常用作定义,因为定义被认为是全称量化的双条件句。但在数学中,相比起“当且仅当”,如果通常被用于定义。这里给出一些使用到“当且仅当的”真陈述,也是真双条件句(第一句是一个定义的例子):
- 当且仅当一个人是未婚且可结婚的男人,则他是单身男性。
- 当且仅当x=1{displaystyle x=1}
,则x+1=2{displaystyle x+1=2}
。
- 对于任意命题P,Q,R{displaystyle P,Q,R}
,当且仅当(P∧Q)∧R{displaystyle (Pland Q)land R}
,则P∧(Q∧R){displaystyle Pland (Qland R)}
。
更一般的用法
“当且仅当”在逻辑领域以外,如同在数学出版物或者普通的谈话中都会用到。如同上面所说,它指的是某个陈述是另外一个的充分必要条件。这是一个数学术语的例子。
注解
^ 直譯自Q if and only if P,並不符合漢語語法。
参考文献
^ Nicholas J. Higham. Handbook of writing for the mathematical sciences 2nd. SIAM. 1998: 24. ISBN 978-0-89871-420-3.
参见
- 充分必要条件
- 等价关系
- 等价符号
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