Prelegerea 4 În această prelegere vom învăţa despre: Algebre booleene; Funcţii booleene; Mintermi şi cuburi n - dimensionale. 4.1 Definirea algebrelor

Documente similare
Prelegerea 3 În această prelegere vom învăţa despre: Clase speciale de latici: complementate. modulare, metrice, distributive şi 3.1 Semi-distributivi

Notiuni de algebra booleana

Microsoft Word - cap1p4.doc

Probleme date la examenul de logică matematică şi computaţională. Partea a II-a Claudia MUREŞAN Universitatea din Bucureşti Facultatea de Matematică ş

Facultatea de Matematică Anul II Master, Geometrie Algebrică Mulţimi algebrice ireductibile. Dimensiune 1 Mulţimi ireductibile Propoziţia 1.1. Fie X u

LOGICA MATEMATICA SI COMPUTATIONALA Sem. I,

Logică și structuri discrete Mulțimi Casandra Holotescu

L4. TEOREMELE ALGEBREI BINARE. FUNCȚII LOGICE ELEMENTARE. OPERAȚII LOGICE PE BIT. SINTEZA FUNCȚIILOR LOGICE DIN TABELE DE ADEVĂR 1. Obiective Prin par

D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 6 MĂSURA LEBESGUE Cursul 5 Teorema 6.26 Există submulţimi ale lui R care nu sunt măsurabile Lebesgue. Dem

Cursul 12 (plan de curs) Integrale prime 1 Sisteme diferenţiale autonome. Spaţiul fazelor. Fie Ω R n o mulţime deschisă şi f : Ω R n R n o funcţie de

TEORIA MĂSURII Liviu C. Florescu Universitatea Al.I.Cuza, Facultatea de Matematică, Bd. Carol I, 11, R Iaşi, ROMANIA, e mail:

Distanţa euclidiană (indusă de norma euclidiană) (în R k ). Introducem în continuare o altă aplicaţie, de această dată pe produsul cartezian R k XR k,

FIŞA DISCIPLINEI

Cursul 6 Cadru topologic pentru R n În continuarea precedentei părţi, din cursul 5, dedicată, în întregime, unor aspecte de ordin algebric (relative l

L4. TEOREMELE ALGEBREI BINARE. FUNCȚII LOGICE ELEMENTARE. OPERAȚII LOGICE PE BIT. SINTEZA FUNCȚIILOR LOGICE DIN TABELE DE ADEVĂR 1. Obiective Prin par

Gheorghe IUREA Adrian ZANOSCHI algebră geometrie clasa a VII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA 45 Matematică. Clasa a VII-

Geometrie afină Conf. Univ. Dr. Cornel Pintea cpintea math.ubbcluj.ro Cuprins 1 Săptămâna Endomorfismele unui spaţiu afin Transla

Logică și structuri discrete Relații. Funcții parțiale Marius Minea marius/curs/lsd/ 20 octombrie 2014

MD.09. Teoria stabilităţii 1

Logică și structuri discrete Logică propozițională Marius Minea marius/curs/lsd/ 3 noiembrie 2014

DAN LASCU ADRIANA-LIGIA SPORIŞ ANDA OLTEANU PAUL VASILIU MATEMATICĂ. CULEGERE DE PROBLEME TIP GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂT

Teoreme cu nume 1. Problema (Năstăsescu IX, p 147, propoziţia 5) Formula lui Chasles Pentru orice puncte M, N şi P avem MN + NP = MP.

Limbaje de ordinul I LOGICA DE ORDINUL I Un limbaj L de ordinul I este format din: o mulţime numărabilă V = {v n n N} de variabile; conectorii şi ; pa

Dorel LUCHIAN Gabriel POPA Adrian ZANOSCHI Gheorghe IUREA algebră geometrie clasa a VIII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA

Şiruri de numere reale Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi Iaşi, 2015 Analiză Matematică Lucian Maticiuc 1 / 29

Microsoft Word - a5+s1-5.doc

Matematica VI

Pachete de lecţii disponibile pentru platforma AeL

Examenul de bacalaureat 2012

Spatii vectoriale

Analiz¼a Matematic¼a - Curs 6 M¼ad¼alina Roxana Buneci

Examenul de bacalaureat 2012

matematica

Examenul de bacalaureat 2012

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

Logică și structuri discrete Limbaje regulate și automate Marius Minea marius/curs/lsd/ 24 noiembrie 2014

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 36 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Cursul 8 Funcţii analitice Vom studia acum comportarea şirurilor şi seriilor de funcţii olomorfe, cu scopul de a dezvălui o proprietate esenţială a ac

Cursul 1 1. Introducere Corpul numerelor complexe Dezvoltarea istorică a gândirii matematice a urmărit îndeaproape evoluţia ideii de număr. Această ev

Retele Petri si Aplicatii

Tiberiu Trif Analiză matematică 2 Calcul diferențial și integral în R n

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS ETTI /msetti.dvi

Microsoft Word - Lab1a.doc

PowerPoint Presentation

Microsoft Word - Programa finala olimpiadei matematica 2007 gimnaziu.doc

Şcoala ………

Noțiuni matematice de bază

Consultatii ELa123, 06 ianuarie 2014

Cursul 7 Formula integrală a lui Cauchy Am demonstrat în cursul precedent că, dacă D C un domeniu simplu conex şi f : D C o funcţie olomorfă cu f cont

De la BIT la procesor

ALGEBRA PENTRU INFORMATICĂ GEORGE CIPRIAN MODOI Cuprins Bibliografie 2 1. Mulţimi, Funcţii, Relaţii Preliminarii logice 3 Exerciţii la Prelimin

PowerPoint Presentation

I

gaussx.dvi

Clasa IX 1. O lăcustă face salturi, fiecare salt în linie dreaptă şi de două ori mai lung ca precedentul. Poate vreodată lăcusta să revină în punctul

Grafuri neorinetate Aplicatii 1 Care este numărul maxim de componente conexe pe care le poate avea un graf neorientat cu 20 noduri şi 12 muchii? a. 6

O metodă de rafinare a unor inegalităţi geometrice Temistocle BÎRSAN 1, Marius DRĂGAN 2, Neculai STANCIU 3 Abstract. This paper presents a method to o

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iaşi 1.2 Facultatea Facultatea de

ASDN

{ 3x + 3, x < 1 Exemple. 1) Fie f : R R, f(x) = 2x + 4, x 1. Funcţia f este derivabilă pe R\{1} (compunere de funcţii elementare), deci rămâne să stud

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_jav_utmut0513V28_roman.doc

20 SUBIECTE DE EXAMEN - De fapt, în pofida acestor probleme, până la urmă tot vom logaritma, căci aceasta este tehnica naturală în context. Trebuie do

Prezentarea cursului Didactica Matematicii Oana Constantinescu

Lucian L. TURDEANU Georgeta D. POP (MANEA) BAZELE GEOMETRICE ALE FOTOGRAMETRIEI CONSPRESS BUCUREŞTI 2009

Elemente de aritmetica

O teoremă de reprezentare (II) Marian TETIVA 1 Abstract. In this paper some (in general well-known) results on complete sequences are exposed, with ap

8.1. Elemente de Aritmetică. 8. Aplicatii (15 aprilie 2019) Lema 8.1. Fie (A, +) un grup abelian şi H, K A. Atunci H K şi H + K = {h + k h H şi k K} s

carteInvataturaEd_2.0_lectia5.pdf

Aproximarea functiilor prin metoda celor mai mici patrate

C10: Teoria clasică a împrăștierii Considerăm un potențial infinit în interiorul unui domeniu sferic de rază a și o particulă incidentă (Figura 1) la

Capitolul MD. 10 Metoda funcţiilor Liapunov Fie sistemul diferenţial x = f (t, x), t t 0, x D R n. (10.1) Presupunem că x = 0 este punct de echilibru,

Microsoft Word - _arbori.docx

ETTI-AM2, , M. Joița & A. Niță Notițe de Adrian Manea Seminar 11 Transformarea Laplace Aplicații Transformarea Z Ecuații și sisteme diferenți

Slide 1

ALGORITMICĂ. Seminar 3: Analiza eficienţei algoritmilor - estimarea timpului de execuţie şi notaţii asimptotice. Problema 1 (L) Să se determine număru

ALGORITMII ŞI REPREZENTAREA LOR Noţiunea de algoritm Noţiunea de algoritm este foarte veche. Ea a fost introdusă în secolele VIII-IX de către Abu Ja f

Microsoft Word - Programa_Evaluare_Nationala_2011_Matematica.doc

Universtitatea Babeş-Bolyai Cluj-Napoca Facultatea de Matematică şi Informatică Anca Grad (născută Dumitru) Condiţii de optim îmbunătăţite pentru prob

Microsoft Word - 03 Dominica MOISE.doc

Retele Petri si Aplicatii

Microsoft Word - TIC5

02. Analiza matematica 3 - MI 2

Slide 1

Microsoft Word - matem_aplicate in Economie aa FD Bala.doc

Probleme rezolvate de fizică traducere de Nicolae Coman după lucrarea

Curs 10 Aplicaţii ale calculului diferenţial. Puncte de extrem 10.1 Diferenţiale de ordin superior S¼a trecem acum la de nirea diferenţialelor de ordi

Algebra si Geometri pentru Computer Science

Aero-BCD, , Prof. L. Costache & M. Olteanu Notițe de Adrian Manea Seminar 5 Șiruri și serii de funcții. Serii de puteri 1 Șiruri de funcții D

Teoria Grafurilor şi Combinatorică recapitulare Principii de numărare Reţineţi că: P (n, r) este numărul de şiruri (sau r-permutări) de forma A 1,...,

CURBE BÉZIER În CAGD se utilizează adesea curbele polinomiale, adică acele curbe definite de o parametrizare polinomială: C : [a, b] R 3 C(t) = (x(t),

ExamView Pro - Untitled.tst

MergedFile

Investeşte în oameni

BARAJ NR. 1 JUNIORI FRANŢA ianuarie Fie x şi y două numere întregi astfel încât 5x + 6y şi 6x + 5y să fie pătrate perfecte. Arătaţi că

Curs 3 Permutari cu repetitie. Combinari. Algoritmi de ordonare si generare

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iaşi 1.2 Facultatea Facultatea de

Microsoft Word - 4_Fd_Teoria_sist_I_2013_2014_MLF_Calc

Grafuri - Concepte de baza. Tipuri de grafuri. Modalitati de reprezentare

Transcriere:

Prelegerea 4 În această prelegere vom învăţa despre: Algebre booleene; Funcţii booleene; Mintermi şi cuburi n - dimensionale. 4.1 Definirea algebrelor booleene Definiţia 4.1 Se numeşte algebră Boole (booleană) o latice B complementată şi distributivă. Deci, o algebră booleeană B verifică cele şase postulate ale laticilor, condiţiile de distributivitate, existenţa elementelor 0, 1 şi postulatul Pentru orice element a B, există a B astfel încât a a = 1, a a = 0. O algebră Boole poate fi definită şi direct, în felul următor: Definiţia 4.2 O algebră Boole este un sistem B= (B,,, 0, 1) unde: 1. a, b, c B (a b) c = a (b c); (asociativitatea lui ) 2. a, b, c B (a b) c = a (b c); (asociativitatea lui ) 3. a, b B a b = b a; (comutativitatea lui ) 4. a, b B a b = b a; (comutativitatea lui ) 5. 0 B unic astfel încât a B a 0 = 0 a = a; (element unitate pentru ) 37

38 PRELEGEREA 4. 6. 1 B unic astfel încât a B a 1 = 1 a = a; (element unitate pentru ) 7. a, b, c B a (b c) = (a b) (a c); (distributivitatea lui faţă de ) 8. a, b, c B a (b c) = (a b) (a c); (distributivitatea lui faţă de ) 9. a B, a B a a = 0, a a = 1. (complement) Echivalenţa dintre cele două Definiţii 4.1 şi 4.2 este imediată. O primă observaţie este că o algebră booleană are cel puţin două elemente 0 şi 1, iar 0 1. Exemplul 4.1 Fie Q o mulţime. Mulţimea Q= {P P Q} = 2 Q formează o algebră Boole cu operaţiile de reuniune şi intersecţie. Elementul 0 este mulţimea vidă, iar elementul 1 este mulţimea Q. Axiomele din Definiţia 4.2 se verifică imediat. Exemplul 4.2 Mulţimea B = {0, 1} cu operaţiile 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 formează de asemenea o algebră booleană B= (B,,, 0, 1). 4.2 Proprietăţi ale algebrelor booleene Toate proprietăţile laticilor modulare, distributive şi complementate sunt valabile într-o algebră Boole. Ele pot rezulta direct din Definiţia 4.1 sau pot fi deduse pe baza Definiţiei 4.2. Teorema 4.1 Într-o algebră booleană sunt verificate legile de idempotenţă: a a = a, a a = a. Demonstraţie: Vom avea a a = (a a) 1 = (a a) (a a ) = a (a a ) = a 0 = a. A doua relaţie este adevărată conform principiului dualităţii. Ea poate fi demonstrată şi direct, astfel: a a = (a a) 0 = (a a) (a a ) = a (a a ) = a 1 = a. Teorema 4.2 a 1 = 1, a 0 = 0.

4.2. PROPRIETĂŢI ALE ALGEBRELOR BOOLEENE 39 Demonstraţie: a 1 = (a 1) 1 = (a 1) (a a ) = a (1 a ) = a a = 1, a 0 = (a 0) 0 = (a 0) (a a ) = a (0 a ) = a a = 0. (a doua relaţie poate fi dedusă şi prin dualitate). Teorema 4.3 a (a b) = a, a (a b) = a. (absorbţie) Demonstraţie: a (a b) = (a 1) (a b) = a (1 b) = a (b 1) = a 1 = a, a (a b) = (a a) (a b) = a (a b) = a. Teorema 4.4 Pentru orice a B, a este unic. Demonstraţie: presupunem prin absurd că există două complemente a, a 1 ale lui a. Conform Definiţiei 4.2, avem a a = a a 1 = 1, a a = a a 1 = 0. Atunci a 1 = 1 a 1 = (a a ) a 1 = a 1 (a a ) = (a 1 a) (a 1 a ) = 0 (a 1 a ) = (a a ) (a 1 a ) = (a a 1) a = 1 a = a. Teorema 4.5 (a ) = a. Demonstraţie: (a ) este complementul lui a. Dar şi a este complementul lui a. Deoarece complementul este unic (Teorema 4.4), rezultă (a ) = a. Deci, putem considera complementara ca o aplicaţie bijectivă : B B. Teorema 4.6 (a b) = a b, (a b) = a b. (regulile De Morgan) Demonstraţie: Vom demonstra că (a b) (a b ) = 1 şi (a b) (a b ) = 0; deci a b şi a b sunt complementare. Din Teorema 4.4 rezultă că (a b) = a b. Deci (a b) (a b ) = [(a b) a ] [(a b) b ] = [(b a) a ] [a (b b )] = [b (a a )] (a 1) = (b 1) 1 = 1 şi (a b) (a b ) = [a (a b )] [b (a b )] = [(a a ) b ] [b (b a )] = 0 [(b b ) a ] = 0. Pentru a doua relaţie se procedează similar. Teorema 4.7 Într-o algebră Boole, a b a b. Demonstraţie: Avem a b = a b = b, deci a b = (a b) = b, adică tocmai a b

40 PRELEGEREA 4. Teorema 4.8 a b a b = 0 a b = 1. Demonstraţie: Din a b, folosind proprietatea de izotonie, avem a b b b = 0, deci a b = 0. Invers, dacă a b = 0, atunci a b = (a b) 1 = (a b) (b b ) = (a b ) b = 0 b = b, deci a b. La fel, a b a b = (a b ) = 0 = 1. Propoziţia 4.1 a b = 0 b a. Demonstraţie: a = a 0 = a (a b) = (a a) (a b) = 1 (a b) = a b, deci b a. Implicaţia inversă se verifică similar. 4.3 Alte operaţii booleene Înafara celor trei operaţii folosite până acum de o algebră booleană (,, ), mai sunt cunoscute şi alte operaţii. Astfel, putem enumera: 1. Diferenţa simetrică: a b = (a b ) (a b); 2. Operatorul Sheffer: a b = (a b) ; 3. Echivalenţa: a b = (a b ) (a b); 4. Implicaţia: a b = b a. Ele au o serie de proprietăţi a căror demonstrare o lăsăm ca exerciţiu. Propoziţia 4.2 1. 0 0 = 1 1 = 0, 0 1 = 1 0 = 1; 2. este asociativă şi comutativă; 3. a 0 = a, a 1 = a ; 4. a a = 0, a a = 1; 5. a b = c = a c = b; 6. a b = c = a b c = 0; 7. a (b c) = (a b) (a c). Propoziţia 4.3 1. a b = (a b) ;

4.4. FUNCŢII BOOLEENE 41 2. a b = a b ; 3. a b = (a b) (b a); 4. a b a b = 1. Propoziţia 4.4 Afirmaţiile 1. a b = 0; 2. a b = 1; 3. a = b; sunt echivalente. Propoziţia 4.5 şi verifică axiomele unei distanţe. 4.4 Funcţii booleene În continuare vom considera o algebră booleană particulară (vezi şi Exemplul 4.2) A= ({0, 1}, +,, 0, 1) unde + 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 Mai avem 0 = 1, 1 = 0. Axiomele unei algebre booleene se verifică imediat. În mod uzual, operatorul se omite (similar cu operatorul de înmulţire din matematică). Vom nota de asemenea {0, 1} n = {0, 1} {0, 1}... {0, 1}. }{{} n ori Definiţia 4.3 O funcţie booleană f(x 1, x 2,..., x n ) este o aplicaţie f : {0, 1} n {0, 1}. Exemplul 4.3 Pentru n = 2 se pot construi 16 funcţii booleene de două variabile: x 1 x 2 f 0 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 11 f 12 f 13 f 14 f 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 În general pentru n oarecare vom avea:

42 PRELEGEREA 4. Propoziţia 4.6 Pentru orice n 1 se pot defini 2 2n variabile. funcţii booleene de n Demonstraţie: Este imediată, deoarece {0, 1} n are 2 n elemente, iar {0, 1} numai două. Definiţia 4.4 Fie f, g : {0, 1} n {0, 1}. Definim f + g = h prin h(x 1, x 2,..., x n ) = f(x 1, x 2,..., x n ) + g(x 1, x 2,..., x n ); fg = h prin h(x 1, x 2,..., x n ) = f(x 1, x 2,..., x n ) g(x 1, x 2,..., x n ); f = g prin g(x 1, x 2,..., x n ) = (f(x 1, x 2,..., x n )). Exemplul 4.4 Să considerăm n = 2 şi funcţiile booleene (f 5 şi f 1 din Exemplul 4.3 f 0 1 g 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 Atunci funcţiile f +g, fg, f şi g sunt definite conform următorului tablou: x 1 x 2 f g f + g fg f g 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 Deci operaţiile cu funcţii sunt definite punct cu punct; reprezentarea lor sub formă tabelară constituie o modalitate convenabilă de calcul deoarece folosesc în mod direct formulele din tabelele de operaţii ale algebrei booleene A. Teorema 4.9 Fie F n mulţimea funcţiilor booleene de n (n 1) variabile. Sistemul F n = (F n, +,, 0, 1) formează o algebră booleană (algebra Boole a funcţiilor booleene de n variabile). Demonstraţie: Axiomele algebrei boolene se verifică uşor, folosind Definiţia 4.4. Funcţia 0 este definită iar funcţia 1 prin 0(x 1, x 2,..., x n ) = 0, x i {0, 1} (1 i n), 1(x 1, x 2,..., x n ) = 1, x i {0, 1} (1 i n).

4.4. FUNCŢII BOOLEENE 43 Definiţia 4.5 Fie F n algebra Boole a funcţiilor booleene de n variabile. Se numeşte pondere o aplicaţie w : F n N definită w(f) = card(f 1 (1)) (numărul de elemente din {0, 1} n care au imaginea 1 prin f). Exemplul 4.5 În Exemplul 4.3 sunt listate elementele algebrei F 2. Ponderile acestor elemente sunt listate în tabelul următor: f 0 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 11 f 12 f 13 f 14 f 15 w 0 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 2 3 3 4 Următorul rezultat este imediat. Teorema 4.10 1. w(f) + w(f ) = 2 n ; 2. w(f + g) + w(fg) = w(f) + w(g). Exemplul 4.6 Folosind Teorema 4.8 se poate defini şi o relaţie de ordine parţială pe F n. Astfel f g fg = 0 f + g = 1 Algebra F 1 a funcţiilor booleene de o variabilă este x f 0 f 1 f 2 f 3 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 Pe baza relaţiei de ordine definite mai sus, ele se pot aranja sub următoarea diagramă Venn: f 0 f 1 f 2 f 3 Vom încerca în continuare să definim o reprezentare a funcţiilor booleene, utilă în construirea circuitelor liniare. Această reprezentare se bazează pe noţiunea de minterm. Definiţia 4.6 Fie n (n 1) un număr întreg şi i [0, 2 n 1]. Considerăm (i 1, i 2,..., i n ) 2 reprezentarea binară a lui i: n i = i k 2 n k (0 i k 1). k=1 Atunci funcţia minterm m i (x { 1, x 2,..., x n ) F n este definită prin 1 dacă x1 = i m i (x 1, x 2,..., x n ) = 1, x 2 = i 2,..., x n = i n 0 altfel

44 PRELEGEREA 4. Vom nota în continuare i = (i 1, i 2,..., i n ) 2 reprezentarea binară a numărului întreg i [0, 2 n 1]. Propoziţia 4.7 1. m i m j = 0 dacă i j. 2. m i m i = m i. Demonstraţie: Imediat. Teorema 4.11 Orice funcţie booleană poate fi reprezentată în mod unic ca sumă de mintermi. Demonstraţie: Prin inducţie după k = w(f). k = 0: trivial; k = 1: orice astfel de funcţie este un minterm. k k +1: Să presupunem că f este o funcţie de pondere k +1. Deci există un întreg i = (i 1, i 2,..., i n ) 2 astfel ca f(i 1, i 2,..., i n ) = 1. Atunci conform Teoremei 4.10 f(x 1, x 2,..., x n ) = m i (x 1, x 2,..., x n ) + g(x 1, x 2,..., x n ) unde w(g) k. Unicitatea este şi ea imediată. Corolarul 4.1 Orice funcţie booleană f F n este de forma f(x 1, x 2,..., x n ) = i I m i (x 1, x 2,..., x n ) unde I {0, 1,..., 2 n 1}. Corolarul 4.2 Dacă f(x 1, x 2,..., x n ) = m i (x 1, x 2,..., x n ), i I g(x 1, x 2,..., x n ) = m i (x 1, x 2,..., x n ), atunci i J f(x 1, x 2,..., x n ) + g(x 1, x 2,..., x n ) = m i (x 1, x 2,..., x n ), f(x 1, x 2,..., x n )g(x 1, x 2,..., x n ) = i I J i I J f (x 1, x 2,..., x n ) = i I m i (x 1, x 2,..., x n ). m i (x 1, x 2,..., x n ), Exemplul 4.7 Fie n = 2 şi funcţia booleană: f(x 1, x 2 ) = m 0 (x 1, x 2 ) + m 2 (x 1, x 2 ) + m 3 (x 1, x 2 ) Un tabel cu valorile tuturor funcţiilor minterm de două variabile şi cu valorile funcţiei f este: x 1 x 2 m 0 (x 1, x 2 ) m 1 (x 1, x 2 ) m 2 (x 1, x 2 ) m 3 (x 1, x 2 ) f 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1

4.4. FUNCŢII BOOLEENE 45 Teorema 4.11 are şi o interpretare geometrică, deosebit de utilă pentru verificarea anumitor proprietăţi legate de aplicaţii la circuite. Astfel, să considerăm un cub n dimensional. Acesta are 2 n vârfuri, notate cu vectori de n elemente binare {0, 1}. Din fiecare vârf pleacă n laturi. O latură leagă două vârfuri dacă şi numai dacă notarea acestora diferă printr-o singură poziţie. În figura de mai jos sunt prezentate 1 - cub, 2 - cub şi 3 - cubul. 1 0 n = 1 11 10 01 00 n = 2 111 011 101 110 001 010 100 000 n = 3 Teorema 4.12 O funcţie booleană f F n se poate exprima în mod unic ca o submulţime de vârfuri ale unui n - cub. Demonstraţie: Se poate stabili o corespondenţă biunivocă între funcţiile minterm şi vârfurile unui n - cub astfel: m i (x 1, x 2,..., x n ) (i 1, i 2,..., i n ) 2 = i. Teorema 4.11 asigură unicitatea acestei reprezentări. Exemplul 4.8 Fie funcţia booleană f(x, y, z) = m 0 (x, y, z) + m 2 (x, y, z) + m 4 (x, y, z) + m 6 (x, y, z) + m 7 (x, y, z) O notaţie des utilizată este f(x, y, z) = (0, 2, 4, 6, 7), sau f are mulţimea de indici I = {0, 2, 4, 6, 7}. În reprezentare geometrică, funcţia are forma de jos, unde vârfurile care o definesc sunt marcate cu cercuri albe. 111 011 101 110 001 010 100 000 Pe un n - cub se poate defini şi o distanţă în modul următor:

46 PRELEGEREA 4. Definiţia 4.7 Fie i = (i 1, i 2,..., i n ) 2, j = (j 1, j 2,..., j n ) 2 două vârfuri ale unui n - cub. Distanţa dintre i şi j se defineşte prin n d(i, j) = (i k j k ). k=1 Expresia i k j k are valoarea 0 sau 1 după cum cei doi operanzi au sau nu aceeaşi valoare. Suma se face în mulţimea N a numerelor naturale. d(i, j) desemnează numărul de poziţii prin care diferă reprezentările binare ale lui i şi j. Se verifică uşor că d este o distanţă. Exemplul 4.9 Fie punctele i = (0, 1, 0, 1) şi j = (1, 0, 0, 1) într-un 4 - cub. Distanţa dintre ele este d(i, j) = 1 + 1 + 0 + 0 = 2. 4.5 Exerciţii Exerciţiul 4.1 Să se arate că într-o algebră booleană au loc relaţiile: a (a b) = a b, a (a b) = a b. Exerciţiul 4.2 Într-o algebră booleană: (a b c) (a b c) (a b c) (a b c ) = (a b) (b c) (a c) Exerciţiul 4.3 Demonstraţi afirmaţiile din Propoziţiile 4.2, 4.3 şi 4.4. Exerciţiul 4.4 Demonstraţi Propoziţia 4.5 Exerciţiul 4.5 Să se arate că aplicaţia pondere este o funcţie de evaluare pozitivă a laticii F n. Exerciţiul 4.6 Să se construiască diagrama Venn a elementelor laticii F 2. Exerciţiul 4.7 Să se arate că pe F n se poate defini o distanţă prin relaţia δ(f, g) = w(f + g) w(fg). Să se construiască un tabel cu distanţele elementelor lui F 2. Exerciţiul 4.8 Demonstraţi Teorema 4.10, Propoziţia 4.7 şi Corolarul 4.2. Exerciţiul 4.9 Demonstraţi unicitatea reprezentării unei funcţii booleene ca sumă de mintermi (Teorema 4.11). Exerciţiul 4.10 Să se reprezinte un 4 - cub. Care sunt reprezentările geometrice ale funcţiilor f(x 1, x 2, x 3, x 4 ) scrise compact astfel: (1, 5, 8, 10, 12); (0, 4, 5, 6, 9, 10, 14, 15); (3, 11, 15). Exerciţiul 4.11 Să se arate că funcţia d din Definiţia 4.7 verifică postulatele unei distanţe.