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2025-01-02
数学
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目录

符号约定
基本定律
单变量定律
多变量定律
其他常用恒等式
恒等式 1
恒等式 2
恒等式 3
基本定理
代入规则
反演规则
对偶规则
香农展开定理

符号约定

逻辑变量用大写字母A,B,C,A,B,C,\cdots表示,逻辑常数用0,10,1表示。约定上划线表示逻辑非:

0=1,1=0\overline{0} = 1, \quad \overline{1} = 0

+ 表示逻辑或:

0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10 + 0 = 0, \quad 0 + 1 = 1, \quad 1 + 0 = 1, \quad 1 + 1 = 1

· 表示逻辑与:

00=0,01=0,10=0,11=10 \cdot 0 = 0, \quad 0 \cdot 1 = 0, \quad 1 \cdot 0 = 0, \quad 1 \cdot 1 = 1

表示逻辑异或:

00=0,01=1,10=1,11=00 \oplus 0 = 0, \quad 0 \oplus 1 = 1, \quad 1 \oplus 0 = 1, \quad 1 \oplus 1 = 0

基本定律

单变量定律

容易验证,单个的逻辑变量满足如下的定律:

  1. 恒等律

    A+1=1,A0=0A + 1 = 1, \quad A \cdot 0 = 0
  2. 零律

    A+0=A,A1=AA + 0 = A, \quad A \cdot 1 = A
  3. 同一律

    A+A=A,AA=AA + A = A, \quad A \cdot A = A
  4. 互补律

    A+A=1,AA=0A + \overline{A} = 1, \quad A \cdot \overline{A} = 0
  5. 还原律

    A=A\overline{\overline{A}} = A

多变量定律

以下多变量定律也是容易验证的:

  1. 交换律

    A+B=B+A,AB=BAA + B = B + A, \quad A \cdot B = B \cdot A
  2. 结合律

    A+(B+C)=(A+B)+C,A(BC)=(AB)CA + (B + C) = (A + B) + C, \quad A \cdot (B \cdot C) = (A \cdot B) \cdot C
  3. 分配律

    A(B+C)=AB+AC,A+(BC)=(A+B)(A+C)A \cdot (B + C) = A \cdot B + A \cdot C, \quad A + (B \cdot C) = (A + B) \cdot (A + C)
  4. 吸收律

    A+AB=A,A(A+B)=AA + A \cdot B = A, \quad A \cdot (A + B) = A
  5. 反演律(摩根定律)

    AB=A+B,A+B=AB\overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B}, \quad \overline{A + B} = \overline{A} \cdot \overline{B}

其他常用恒等式

恒等式 1

A+AB=A+BA + \overline{A} \cdot B = A + B

证明: 利用分配律:

A+AB=(A+A)(A+B)=1(A+B)=A+BA + \overline{A} \cdot B = (A + \overline{A}) \cdot (A + B) = 1 \cdot (A + B) = A + B

恒等式 2

A(A+B)=ABA \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot B

证明: 利用分配律:

A(A+B)=AA+AB=0+AB=ABA \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot \overline{A} + A \cdot B = 0 + A \cdot B = A \cdot B

恒等式 3

AB+AC+BC=AB+ACA \cdot B + \overline{A} \cdot C + B \cdot C = A \cdot B + \overline{A} \cdot C

证明: 利用互补律:

AB+AC+BC=AB+AC+(A+A)BCA \cdot B + \overline{A} \cdot C + B \cdot C = A \cdot B + \overline{A} \cdot C + (A + \overline{A}) \cdot B \cdot C

利用分配律:

AB+AC+(A+A)BC=AB+AC+ABC+ABCA \cdot B + \overline{A} \cdot C + (A + \overline{A}) \cdot B \cdot C = A \cdot B + \overline{A} \cdot C + A \cdot B \cdot C + \overline{A} \cdot B \cdot C

再反用分配律:

AB+AC+ABC+ABC=AB(1+C)+AC(1+B)A \cdot B + \overline{A} \cdot C + A \cdot B \cdot C + \overline{A} \cdot B \cdot C = A \cdot B \cdot (1 + C) + \overline{A} \cdot C \cdot (1 + B)

利用恒等率:

AB(1+C)+AC(1+B)=AB+ACA \cdot B \cdot (1 + C) + \overline{A} \cdot C \cdot (1 + B) = A \cdot B + \overline{A} \cdot C

基本定理

代入规则

在任意逻辑等式中,将某个变量全部替换为另一个逻辑表达式,等式仍然成立。

反演规则

根据反演律,在求原函数LL的非函数时,可以对LL做如下变换:

+,+,01,10,AA,AA\cdot \to +, \quad + \to \cdot, \quad 0 \to 1, \quad 1 \to 0, \quad A \to \overline{A}, \quad \overline{A} \to A

所得的函数即为LL的非函数。应用反演规则时需要注意,要保持原先的运算优先级,先与后或。例如:

AB+A(B+C)=(A+B)(A+BC)\overline{A \cdot B + \overline{A} \cdot (B + C)} = (\overline{A} + \overline{B}) \cdot (A + \overline{B} \cdot \overline{C})

对偶规则

在任意逻辑等式中,将逻辑与和逻辑或互换,将逻辑常数0011互换,等式仍然成立。例如:

A+AB=A+B    A(A+B)=ABA + \overline{A} \cdot B = A + B \iff A \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot B

与反演规则类似,对偶规则也需要保持原先的运算优先级。

香农展开定理

对于任意一个逻辑函数:

f(A,B,C,)f(A,B,C,\cdots)

可以用如下的方式展开:

f(A,B,C,)=Af(1,B,C,)+Af(0,B,C,)f(A,B,C,\cdots) = A \cdot f(1,B,C,\cdots) + \overline{A} \cdot f(0,B,C,\cdots)

本文作者:GBwater

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