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ELEMENTOS DE GEOMETRÍA EUCLIDIANA CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DEL CÁLCULO PROPOSICIONAL Y CUANTIFICACIONAL Introducción. Como ya lo expresé anteriormente, el desarrollo del texto está inscrito dentro de la estructura que corresponde a una Teoría Axiomática, de allí la necesidad de su formulación como también de los fundamentos del lenguaje de la Teoría de conjuntos que planteo iniciando con los elementos básicos de los cálculos proposicional y de cuantificadores. Objetivos Específicos. 1. Establecer las características propias de una teoría axiomática y como las definiciones y demostraciones se constituyen en los pilares para su desarrollo; mostrando su necesidad e importancia en la construcción de las matemáticas y en particular de la geometría. 2. Revisar los elementos fundamentales en la constitución del esquema de la implicación y mostrar su función vital en la construcción de las argumentaciones lógicas, y como se estructura en torno a ellas el proceso demostrativo. 3. Identificar en las argumentaciones los elementos básicos de la estructura demostrativa; hipótesis, tesis y la argumentación de soporte que conduce de la hipótesis a la tesis. 4. Presentar las reglas de inferencia que validan el proceso demostrativo y propiciar su identificación y aplicación en las demostraciones. 5. Señalar los métodos de demostración, como las estrategias generales empleadas en los procesos demostrativos, indicando cuándo y como se pueden utilizar en una demostración, según la naturaleza de ésta. Precisar en cada método su fundamentación lógica y el esquema operativo propio. Este objetivo es vital pues se constituye en un instrumento permanente de trabajo en el todo curso. 6. Mostrar en el desarrollo temático del curso, como se articula una teoría deductiva, indicando explícitamente los términos y las relaciones primitivas, los axiomas, Material educativo Uso no comercial

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ELEMENTOS DE GEOMETRÍA EUCLIDIANA

CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DEL CÁLCULO

PROPOSICIONAL Y CUANTIFICACIONAL

Introducción.

Como ya lo expresé anteriormente, el desarrollo del texto está inscrito dentro de la estructura

que corresponde a una Teoría Axiomática, de allí la necesidad de su formulación como también

de los fundamentos del lenguaje de la Teoría de conjuntos que planteo iniciando con los

elementos básicos de los cálculos proposicional y de cuantificadores.

Objetivos Específicos.

1. Establecer las características propias de una teoría axiomática y como las

definiciones y demostraciones se constituyen en los pilares para su desarrollo;

mostrando su necesidad e importancia en la construcción de las matemáticas y en

particular de la geometría.

2. Revisar los elementos fundamentales en la constitución del esquema de la

implicación y mostrar su función vital en la construcción de las argumentaciones

lógicas, y como se estructura en torno a ellas el proceso demostrativo.

3. Identificar en las argumentaciones los elementos básicos de la estructura

demostrativa; hipótesis, tesis y la argumentación de soporte que conduce de la

hipótesis a la tesis.

4. Presentar las reglas de inferencia que validan el proceso demostrativo y propiciar

su identificación y aplicación en las demostraciones.

5. Señalar los métodos de demostración, como las estrategias generales empleadas

en los procesos demostrativos, indicando cuándo y como se pueden utilizar en una

demostración, según la naturaleza de ésta. Precisar en cada método su

fundamentación lógica y el esquema operativo propio. Este objetivo es vital pues

se constituye en un instrumento permanente de trabajo en el todo curso.

6. Mostrar en el desarrollo temático del curso, como se articula una teoría deductiva,

indicando explícitamente los términos y las relaciones primitivas, los axiomas,

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introduciendo las definiciones correctas que surgen de manera natural para

designar nuevos objetos, nuevas relaciones y demostrar los teoremas más

importantes.

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ELEMENTOS DE GEOMETRÍA EUCLIDIANA

1.1 TEORÍA AXIOMÁTICA O DEDUCTIVA

Un sistema axiomático, es la forma acabada que toma hoy una teoría deductiva. Es un sistema

en donde todos los términos u objetos no definidos y las proposiciones no demostradas se

enuncian explícitamente, siendo estas últimas, fijadas como hipótesis a partir de las cuales

pueden construirse las demás proposiciones del sistema, siguiendo unas reglas lógicas

perfecta y expresamente determinadas.

El encadenamiento lógico que se hace a partir de la hipótesis, constituye la demostración.

La necesidad de términos no definidos y proposiciones no demostradas, se debe a que es

imposible llevar la definición y la demostración indefinidamente.

Mediante la demostración, se establecen nuevas proposiciones o relaciones entre los objetos a

partir de las relaciones dadas como axiomas; luego se hace necesario nombrar o definir los

nuevos objetos que verifican estas propiedades; es así como la demostración y la definición

avanzan en forma simultánea.

Definición y demostración son en consecuencia, las dos componentes fundamentales mediante

las cuales se desarrolla una teoría deductiva.

Dentro del desarrollo axiomático griego, las nociones y principios se construían con

fundamentación en el mundo exterior, es decir, se pretendía que los axiomas respondieran a

la realidad y fueran así mismo auto-evidentes. Este tipo de axiomáticas se han denominado

genéticas o materiales, aquí los axiomas tienen un contenido y un sentido.

En la geometría desarrollada por Euclides, los términos primitivos como son: punto, recta,

relaciones de incidencia, orden y congruencia tienen un contenido “material” e intuitivo

evidentemente, sin embargo, en el desarrollo de su fundamentación se prescinde de este

desarrollo material e intuitivo.

En oposición a la axiomática material, se estructuró lo que se ha denominado un sistema

axiomático formal, en el cual los elementos primitivos carecen en absoluto de contenido y son

las piezas de un puro juego sin sentido material en sí mismo. El sentido viene definido

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implícitamente por las reglas del juego construidas por los axiomas y las reglas lógicas de

demostración.

En un sistema formal, los axiomas no tienen características de auto-evidencia, son

simplemente premisas, puntos de partida para el desarrollo de resultados posteriores. En este

sentido, de las proposiciones que se concluyen de los axiomas por medio de reglas lógicas,

diremos que son formalmente válidas, es decir, que existe una filiación lógica entre los

axiomas y dichas conclusiones.

De otra manera, podemos entender la “verdad” matemática como una verdad implicada,

donde el antecedente está constituido por los axiomas y el consecuente por las conclusiones.

En síntesis, una teoría deductiva bien estructurada, debe cumplir las siguientes condiciones:

1. Enunciar explícitamente los términos primeros y las relaciones primeras, con ayuda de

los cuales (y las cuales) se propone definir todos los otros (y las otras relaciones).

2. Enunciar explícitamente las proposiciones primeras, con ayuda de las cuales se

propone demostrar todas las demás. Estas proposiciones se denominan axiomas. Los

axiomas deben verificar a su vez tres propiedades:

a. Consistencia: Se refiere a la no introducción de contradicciones entre ellos en la

teoría.

b. Suficiencia: Implica el hecho de que los resultados requeridos en la teoría, pueda

concluirse de ellos.

c. Independencia: Esta característica establece que ningún axioma debe deducirse a

partir de los otros.

3. Que las relaciones establecidas entre los términos sean únicamente relaciones lógicas,

permaneciendo independiente del sentido concreto que pueda darse a los términos.

4. Que en las demostraciones sólo intervengan estas relaciones, lo que prohíbe “tomar

prestado algo” a la consideración de las figuras.

Debe aclararse que la condición de independencia entre los axiomas, no es requisito

indispensable en el desarrollo de una teoría axiomática, simplemente asegura que la teoría

tenga el mínimo de supuestos teóricamente necesarios (axiomas).

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En la práctica, esta condición no se respeta, ya que no introduce contradicciones y permite

agilizar el desarrollo de la teoría.

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1.2 LA IMPLICACIÓN LÓGICA

Dada la función vital que tiene la implicación en la construcción de las argumentaciones

lógicas y en consecuencia en la estructuración del proceso demostrativo, es necesario

adelantar su estudio; y por ello se consideran los siguientes elementos:

1.2.1 Definición. El condicional.

Si R y S son proposiciones, entonces la proposición SR se denomina condicional de R y S.

La figura lógica del condicional responde a la conexión de dos proposiciones mediante el

esquema “Si….., entonces,….”.

La proposición SR puede leerse de cualquiera de las siguientes formas:

Si R, entonces S.

R es suficiente para S.

S es necesario para R.

R sólo si S.

S siempre que R.

En este condicional, la proposición R se denomina antecedente y la preposición S se denomina

consecuente.

1.2.2 Definición. La implicación lógica.

Cuando el condicional es lógicamente verdadero, se dice que existe la implicación lógica y, en

este caso, se lee la expresión como:

R implica S.

La cual se denota SR .

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Es importante anotar, en este caso, el significado intuitivo que adquieren el antecedente y el

consecuente en las diferentes lecturas del condicional, así:

R es suficiente para S. Se entiende como “basta que se dé R para que ocurra S”. Se puede

concebir la implicación en estos términos como un compromiso en el sentido de que si se da el

antecedente, entonces tiene que darse el consecuente.

Ahora, si no se da el antecedente, no hay compromiso y, por tanto, el consecuente puede darse o

no. Bien podría hablarse de un consecuente multicausado, en el sentido que causas diferentes

pueden conducir a la misma consecuencia.

S es necesario para R. Se entiende como: “Si no se da S, entonces, no se da R”. Ésta acepción es

en la práctica muy importante para comprender como se verá posteriormente la equivalencia

entre una implicación y su contrarrecíproca.

Además, puede utilizarse como un excelente criterio para determinar, en situaciones

concretas, si un condicional es o no verdadero, cuando la lectura directa “Si R, entonces S” no

es clara para el lector, si lo puede ser “Si no S, entonces, no R”.

Nota: Aunque el término implicación se utiliza estrictamente para designar un condicional

lógicamente verdadero, es usual en el lenguaje corriente llamar implicaciones a todas las

proposiciones de la forma si…., entonces,…., y en este sentido amplio la utilizaremos.2

1.2.3 Definición. El bicondicional.

Si R y S son proposiciones, entonces, la proposición SR y RS se nota SR y se

denomina bicondicional de R y S.

La proposición SR puede leerse de cualquiera de las siguientes formas:

R si y solo si S.

2 Las convenciones usuales utilizadas para diferenciar en la escritura el condicional de la

implicación lógica , no se emplearan en adelante, pero el contexto permite precisarlas. Lo

mismo ocurre con el bicondicional y la equivalencia lógica . N del A.

,

,

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R es suficiente y necesario para S.

Y recíprocamente de S respecto a R.

1.2.4 Definición. Equivalencia lógica.

Cuando el bicondicional es lógicamente verdadero, se dice que hay equivalencia. En este caso

se lee:

R equivale a S.

Y se denota: SR .

1.2.5 Definición. Implicaciones asociadas.

Dada una implicación SR se identifican las siguientes implicaciones asociadas:

noSnoR que se llama implicación contraria.

RS que se llama implicación recíproca.

noRnoS que se llama implicación contrarrecíproca (contraria de la recíproca).

Se puede establecer el siguiente cuadro de relaciones entre las implicaciones asociadas.

Figura 1

Ilustración Nº1

Contrarrecíprocas

Recíprocas

Contrarias Contrarias

Recíprocas

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Dada la proposición: “Si un triángulo es rectángulo, entonces tiene dos ángulos agudos”.

Tomado esta implicación, que es verdadera, determinemos las implicaciones asociadas y sus

respectivos valores de verdad.

Implicación contraria: “Si un triángulo no es rectángulo, entonces, no tiene dos ángulos

agudos”.

Esta proposición es falsa, porque podemos mostrar al menos un caso (contraejemplo)3 en el

cual el antecedente es verdadero, pero el consecuente es falso, como lo indica la figura

siguiente.

Figura 2

Implicación recíproca: “Si un triángulo tiene dos ángulos agudos, entonces, es un triángulo

rectángulo”.

Esta proposición es falsa, y podemos utilizar el contraejemplo anterior.

Implicación contrarrecíproca: “Si un triángulo no tiene dos ángulos agudos, entonces, el

triángulo no es rectángulo”.

Esta proposición es verdadera. ¿Por qué?

Ilustración Nº2

Dada la proposición: “Si un cuadrilátero convexo tiene sus cuatro ángulos congruentes,

entonces, el cuadrilátero tiene sus cuatro lados congruentes”.

3 Consultar en la sección 1.4.5.

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Determinemos, el valor de verdad de esta implicación y el de las implicaciones asociadas.

La implicación anterior es falsa, puesto que en la figura siguiente podemos indicar un

contraejemplo.

Figura 3

Implicación contraria. “Si un cuadrilátero convexo, no tiene sus cuatro ángulos congruentes,

entonces, el cuadrilátero no tiene sus cuatro lados congruentes”.

Esta proposición es falsa porque podemos mostrar al menos un caso (contraejemplo) en el

cual el antecedente es verdadero, pero el consecuente es falso, como lo indica la figura

siguiente.

CA , DB pero BA

Figura 4

Implicación recíproca. “Si un cuadrilátero convexo tiene sus cuatro lados congruentes,

entonces, el cuadrilátero tiene sus cuatro ángulos congruentes”.

Esta proposición es falsa, la figura inmediatamente anterior es un contraejemplo.

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Implicación contrarrecíproca. “Si un cuadrilátero convexo no tiene sus cuatro lados

congruentes, entonces, el cuadrilátero no tiene sus cuatro ángulos congruentes”.

Esta proposición es falsa, y la primera figura nos muestra un contraejemplo.

Como veremos posteriormente, toda implicación y su contrarrecíproca tienen el mismo valor

de verdad pues son proposiciones equivalentes.

1.2.6 Equivalencias lógicas fundamentales, en el cálculo proposicional,

cuantificacional y la teoría de conjuntos

1. QP:QP .

2. PQQP:QP .

3. a. PP , b. PP , c. PPP , d. PPP .

4. PQQP Ley del contrarrecíproco.

5. QPQP .

6. a. QPQP , b. QPQP

c. QPQP

7. a. RPQPRQP , b. RPQPRQP .

8. a. RQPRQP , b. RQPRQP .

9. PxxPxx .

10. PxxPxx .

11. QxPxQPx .

12. QxPxQPx .

Las siguientes equivalencias se cumplen siendo A y B conjuntos.

13. BxAxx:BA .

14. BxAxx:BA .

15. BxAxxBA .

16. BxAxBAx BxAxBAx .

17. BxAxBAx BxAxBAx .

18. BxAxBAx BxAxBAx .

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1.3 LA DEMOSTRACIÓN

1.3.1 El proceso demostrativo

En el lenguaje de la lógica el proceso demostrativo consiste básicamente en que, a partir de

unas proposiciones dadas que llamaremos premisas o hipótesis, que se admiten como

verdaderas, obtener mediante una cadena de implicaciones lógicas, una proposición final que

se denomina conclusión o tesis. Este proceso está regido por unas reglas lógicas que lo

regulan, denominadas reglas de validez y se reducen a las siguientes:

Regla de validez 1: Los axiomas pueden figurar en cualquier paso de una demostración,

cuando se necesiten. Igualmente ocurre con los teoremas ya demostrados.

Regla de validez 2: Si en una demostración figura QP y en la misma demostración también

figura P, entonces, en dicha demostración se puede concluir Q. Esta regla universal se conoce

con el nombre del Modus Ponendo Ponens ó Modus Ponens.

Regla de validez 3: Si dos proposiciones son equivalentes, se puede sustituir la una por la otra

en cualquier parte de una demostración. Esta regla se conoce como sustitución por

equivalencia.

Para probar que una proposición determinada (conclusión) se deduce (demuestra) a partir de

las premisas dadas, se aplican reiteradamente las tres reglas señaladas, partiendo de las

premisas y generando nuevas proposiciones, el número de veces necesario hasta obtener la

conclusión.

En demostraciones en áreas específicas, como la geometría, en nuestro caso, utilizamos

además de los axiomas y teoremas probados, las definiciones y las relaciones construidas a

través de este proceso, en todas las ocasiones en que se requieran. Como lo observaremos en

el desarrollo de este trabajo, a medida que se avanza en la construcción de la teoría, las

demostraciones tienden a ser más ágiles puesto que se dispone de más teoremas y

herramientas propias, que facilitan esta labor.

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Como el proceso demostrativo puede hacerse muy largo, utilizando únicamente las reglas

anteriores, recurrimos a unas reglas más dinámicas y, desde luego, fundamentadas en ellas

que se llaman Reglas de inferencia ó Reglas de prueba y que se definen así:

1.3.2 Reglas de inferencia

Son reglas que nos sirven para probar que a partir de unas premisas dadas, es posible hacer

la demostración para una conclusión específica. Su objetivo es abreviar las demostraciones.

A continuación se destacan las reglas de mayor utilización en las demostraciones

matemáticas.

1.3.2.1 Modus Ponens

QP

P . Premisas

Q Conclusión

1.3.2.2 Modus Tollendo Ponens

P ó Q P ó Q

no P. Premisas no Q. Premisas

Q Conclusión P Conclusión

1.3.2.3 Modus Tollendo Tollens

QP

no Q. Premisas

no P Conclusión

1.3.2.4 Transitividad en la implicación ó silogismo hipotético

QP

RQ

Premisas

RP Conclusión

Nota: Se destaca nuevamente por su importancia no obstante

ser una regla de validez.

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1.3.2.5 Inferencia Conjuntiva ó Conjunción

P

Q. Premisas

P y Q Conclusión

1.3.2.6 Simplificación de la conjunción

P y Q Premisas

P Conclusión

Q Conclusión

1.3.2.7 Adjunción

P Premisa

P ó Q Conclusión

1.3.2.8 Método de casos o Silogismo disyuntivo

P ó Q Caso particular: P ó Q

RP RP

SQ Premisas RQ Premisas

R ó S Conclusión R Conclusión

Ilustración Nº3

Elaboremos, utilizando las reglas de validez e inferencias necesarias, una demostración para

probar que de las premisas dadas, es posible obtener la conclusión establecida.

P.noQ.

KH.no.

P.y.S.

TQ.noS.ó.RP.

T.noH.

5

4

3

2

1

Premisas Conclusión: K ó V.

Demostración

Nota: Q es una proposición cualquiera, sin importar su valor de

verdad.

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P.noQ.

KH.no.

P.y.S.

TQ.noS.ó.RP.

T.noH.

5

4

3

2

1

Premisas

S.6 Simplificación en 3.

P.7 Simplificación en 3.

TQ.noS.ó.R. 8 Modus Ponens de 7. y 2.

S.ó.R.9 Adjunción en 6.

TQ.no. 10 Modus Ponens de 9. y 8.

H.noT.no.no. 11 Equivalencia por el contrarreciproco en 1. Regla de

validez 3.

H.noT. 12 Equivalencia por doble negación en 11.

KT. 13 Transitividad entre 12. y 4.

Q.no.14 Modus Tollendo Tollens de 7.y 5.

T.15 Modus Ponens de 14. y 10.

K.16 Modus Ponens de 15. y 13.

V.ó.K.17 Adjunción en 16.

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1.4 MÉTODOS DE DEMOSTRACIÓN

Designamos en esta forma las estrategias o esquemas más generales que identificamos en los

procesos deductivos. Estos modelos están fundamentados lógicamente en teoremas o reglas

de inferencia establecidas.

1.4.1 Método directo o Método de la hipótesis auxiliar

“Dado un conjunto de premisas en una teoría, si bajo el supuesto de que una proposición P es

verdadera y utilizando las premisas disponibles se puede hacer una demostración de que una

proposición Q es verdadera, entonces en esa teoría puede concluirse que QP es

verdadera”.

Esquema operativo general:

Para demostrar que una proposición específica de la forma QP es teorema, se procede

así:

1. Suponemos como verdadero el antecedente P. Esta proposición la denominamos

hipótesis auxiliar.

2. A partir de la hipótesis construimos una argumentación lógica en la cual podemos

utilizar los axiomas y los teoremas ya demostrados para obtener mediante las reglas

de validez y de inferencia, la validez de Q.

3. En este punto concluye la prueba y queda establecida la validez de QP .

Nota: De una manera intuitiva podemos fundamentar la validez de este método, con el hecho

de que la implicación es falsa únicamente en el caso en el cual partiendo de un antecedente

verdadero llegáramos a una conclusión falsa; este es precisamente el caso que queda

descartado cuando asumiendo la verdad del antecedente concluimos la verdad del

consecuente. Como con antecedente falso la implicación siempre es verdadera, no se requiere

ninguna otra consideración.

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Ilustración Nº4

Dadas las siguientes premisas, demostremos la conclusión pedida, utilizando el método

directo.

HT.

HKFS.

SR.

3

2

1

Premisas. Conclusión: TKR

Demostración

HT.

HKFS.

SR.

3

2

1

Premisas.

4. Supongamos: R Hipótesis auxiliar.

5. S Modus tollendo ponens de 4.y 1.

6. FS Adjunción en 5.

7. HK Modus ponens de 6. y 2.

8. K Simplificación en 7.

9. H Simplificación en 7.

10. T Modus tollendo tollens de 9. y 3.

11. TK Conjunción de 8. y 10.

12. TKR Método directo desde 4. hasta 11.

Ilustración Nº5.

Demostrar el siguiente teorema de la aritmética, utilizando el método directo.

Para t, a, b enteros, si t divide a a y t divide a b, para m y n enteros t divide a nbma .

1. Supongamos: Zb,a,t , Zn,m , t divide a a y t divide a b. Hipótesis auxiliar.

2. Existe Zk y tka . De la hipótesis, definición divisibilidad.

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3. Existe Ks y t.sb . De la hipótesis, definición divisibilidad.

4. k.t.ma.m Ley uniforme del producto en 2.

5. s.t.nb.n Ley uniforme del producto en 3.

6. s.t.nk.t.mb.na.m Ley uniforme de la suma de 4 y 5.

7. s.nk.m.tb.na.m Factorizando en 6.

8. Zs.nk.m Leyes clausurativa en el producto y en la

suma en Z .

9. t divide a nbma . Definición de divisibilidad de 7 y 8.

1.4.2 Método del Contrarrecíproco

El teorema del contrarrecíproco P.noQ.noQP da lugar a una variante del

método directo, que se utiliza mucho en matemáticas y es conocido como método del

contrarrecíproco. Este método puede resumirse así:

Supongamos que se quiere demostrar que una proposición específica QP es teorema y al

intentar su demostración por el método directo no logramos obtener la conclusión deseada.

Se procede entonces a demostrar por el método directo su contrarrecíproco P.noQ.no , si

se consigue este objetivo, entonces queda establecida la validez de QP al hacer

sustitución por equivalencia.

Esquema operativo general

Para demostrar que una proposición especifica de la forma QP es un teorema, por el

método del contrarrecíproco, se procede así:

1. Suponemos como hipótesis auxiliar no Q.

2. Utilizando el método directo construimos una argumentación lógica hasta concluir

no P.

3. Concluimos por el método directo que P.noQ.no es teorema.

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4. La regla de validez 3 nos permite concluir que QP es verdadera mediante la

equivalencia del contrarrecíproco.

Ilustración Nº6

Demostrar el siguiente teorema, utilizando el método del contrarrecíproco: “Si el cuadrado de

un número es impar, entonces el número es impar”.

El enunciado explícito del teorema corresponde a:

Si 2a es impar, entonces a es impar.

1. Supongamos: a es par. Hipótesis auxiliar.

2. na 2 y Zn De 1. Definición de número par.

3. 2222 2242 nnna Ley uniforme y asociativa en el producto.

4. Zn 22 Ley clausurativa en el producto de enteros.

5. 2a es un número par. De 3 y 4 definición de número par.

6. Si a es par, entonces 2a es par. Método directo.

7. Si 2a es impar, entonces a es impar. Equivalencia por el contrarrecíproco.

Nota: Trata de demostrar la implicación original, por el Método directo.

1.4.3 Método de demostración por contradicción o reducción al absurdo.

Antes de presentar este método precisemos los siguientes conceptos que hacen parte de su

estructura.

Contradicción: Designamos en esta forma, toda proposición correspondiente a la conjunción

entre una proposición y su negación, y en consecuencia esta proposición es falsa.

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Teoría contradictoria o inconsistente: Se designa en esta forma, toda teoría en la que es posible

concluir una contradicción.

En una teoría contradictoria podemos concluir que una proposición es verdadera y falsa a la

vez.

El método de demostración por reducción al absurdo se fundamenta en la condición de

consistencia que debe caracterizar a una teoría (no presencia de contradicciones en su

interior), básicamente la estrategia consiste en suponer explícitamente la negación de la

proposición a demostrar, a partir de esta hipótesis se busca generar una contradicción, esto

es: que la teoría con este nuevo supuesto es inconsistente y, en consecuencia, tal hipótesis es

falsa, o lo que es equivalente, que su negación es verdadera, quedando en esta forma validada

la proposición inicial.

La estructura lógica subyacente de lo que hemos expresado, se puede resumir en la siguiente

Regla de inferencia denominada Regla de la contradicción y que se ilustra y se demuestra a

continuación.

Ilustración Nº7

Regla de la contradición

De la siguiente premisa, demostrar la conclusión indicada.

Q.no.y.QP.no Premisa

P Conclusión

1. Q.no.y.QP.no Premisa

2. P.no.nonoQ.y.Q.no Equivalencia en 1. por el contrarrecíproco. Regla de

validez 3.

3. PQ.no.no.ó.Q.no Equivalencia en 2. Negación de la conjunción y doble

negación. Regla de validez 3.

4. PQ.ó.Q.no Equivalencia en 3. doble negación. Regla de validez 3.

5. Q.ó.Q.no Teorema del medio excluido.

6. P Modus Ponens de 4 y 5.

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Esquema operativo general

Supongamos que se quiere demostrar que una proposición específica P es teorema. Por este

método procedemos así:

1. Suponemos la negación de la tesis (no P) como hipótesis auxiliar.

2. A partir de las premisas de la teoría y de la hipótesis auxiliar se razona por el

método directo, hasta obtener como conclusión una contradicción, por ejemplo Q y

no Q.

3. Por el método directo concluimos Q.no.y.QP.no .

4. Por la Regla de contradicción probada en la ilustración Nº7, concluimos la validez

de P.

Ilustración Nº 8

Demostrar, utilizando el Método de reducción al absurdo, el siguiente teorema:

Si 2a es par, entonces a es par.

1. Supongamos que 2a es par. Hipótesis auxiliar.

2. Supongamos que a no es par. Hipótesis auxiliar. Reducción al absurdo.

3. 12 ka y Zk De 2, definición de número impar.

4. 22 12 ka Ley uniforme del producto en 3.

5. 144 22 kka Leyes distributivas y conmutativas en 4.

6. 1222 22 kka Leyes distributivas del producto en 5.

7. Zkk 22 2 Leyes clausurativas en el producto y la suma.

8. 2a es un número impar. De 6 y 7, definición de número impar.

9. 2a es par y 2a es impar. Conjunción de 1 y 8. Contradicción.

10. a es par. Método de reducción al absurdo entre 2 y 9.

11. Si 2a es par, entonces, a es par. Método directo, entre 1 y 10.

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1.4.4 Método de casos (Silogismo disyuntivo)

La regla de inferencia de ese nombre da lugar a este método de demostración, casi de forzosa

utilización cuando la hipótesis o una de las hipótesis es una disyunción de dos o más

proposiciones, en cuyo caso procedemos así:

1. Suponemos la hipótesis dada correspondiente a una disyunción.

2. A partir de cada una de las proposiciones que integran la disyunción se obtiene

una conclusión parcial por el método directo.

3. Se concluye finalmente la disyunción de las conclusiones parciales.

Ilustración Nº 9

Demostrar el siguiente teorema:

Para a, b números reales, si 0a ó 0b , entonces, 0b.a .

1. Supongamos que: 0a ó 0b Hipótesis auxiliar 1.

2. Supongamos que: 0a Hipótesis auxiliar 2 (2º nivel).

3. b.b.a 0 Ley uniforme del producto en 2.

4. 00 b. Teorema en el conjunto de los números reales.

5. 0b.a Transitividad en la igualdad de 3 y 4.

6. 00 b.aa Método directo de 2 a 5.

7. Supongamos que: 0b Hipótesis auxiliar 2. (2º nivel).

8. 0.ab.a Ley uniforme del producto en 7.

9. 00 .a Teorema en el conjunto de los números reales.

10. 0b.a Transitividad en la igualdad de 8 y 9.

11. 00 b.ab Método directo de 7 a 10.

12 0b.a Regla de inferencia Método de casos de 1, 6 y 11.

13. 0.0 0 babóa Método directo de 1 a12.

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1.4.5 Método del contraejemplo

La equivalencia establecida en el numeral 9 de la sección 1.2.6 da lugar al método de

demostración designado con el nombre de Contraejemplo, de gran aplicación en las

matemáticas y que se describe a continuación.

Esquema operativo

Se busca demostrar que una proposición específica de la forma Pxx.no es teorema, o

también que Pxx es falsa.

1. Es suficiente demostrar, por la equivalencia establecida, que Px.nox es teorema.

2. Para validar lo anterior debe verificarse que para un objeto concreto a, la proposición

Pa.no es verdadera. En este caso del término a decimos que es un “contraejemplo” con

relación a la proposición Pxx .

Ilustración Nº 10

Mostrar un contraejemplo para probar que la siguiente proposición es falsa.

“El cuadrado de todo número real, es mayor que el número”.

Esta proposición lo podemos simbolizar así:

xxRxx 2.

En consecuencia, probemos que xxRxx.no 2 es verdadera.

La proposición anterior equivale a xxRxx 2 ¿por qué?

A su vez 0 es un contraejemplo, porque 000 2 R es verdadera.

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1.5 EJERCICIOS PROPUESTOS

Temas: Elementos básicos del cálculo proposicional y cuantificacional.

Nociones preliminares sobre una teoría deductiva.

Métodos de demostración.

Sean P, Q, R, S proposiciones.

1. Si se sabe que P es verdadera, Q es verdadera y R es falsa, que puede concluirse sobre el

valor de verdad de las siguientes fórmulas:

1.1 SP 1.6 )()( SRQP 1.11 )( RQP

1.2 RP 1.7 )( SRQ 1.12 )( SPR

1.3 SR 1.8 )( PRQ 1.13 )()( QSRP

1.4 SR 1.9 )()( PRSQ 1.14 )()( PRS

1.5 RP 1.10 )())(( SPQRP 1.15 ))(( RSRS

2. Para cada una de las siguientes proposiciones, conociendo el valor de verdad de la

proposición compuesta, determina en cada caso, si es posible, el valor de verdad de cada

una de las proposiciones simples.

2.1 QP es verdadera 2.9 RQP )( es falsa

2.2 QP es falsa 2.10 )()( QPQP es verdadera

2.3 QP es verdadera 2.11 )( RQP es verdadera

2.4 QP es falsa 2.12 )QR()QP( es falsa

2.5 RQP )( es verdadera 2.13 ))(()( PSQPT es falsa

2.6 RQP )( es falsa 2.14 ))QS()PQ((P es falsa

2.7 RQP )( es falsa 2.15 )( PPQ es verdadera

2.8 RQP )( es verdadera

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3. A continuación se indican los pasos que supuestamente permiten, a partir de las

hipótesis, llegar a las conclusiones respectivas. Analice cada paso indicando la regla de

validez, de inferencia que lo justifique, e indique finalmente, si la argumentación es ó no

válida

3.1 1. QP

2. SP

3. )( HTQ

4. HS

5. )( HTP

6. S

7. H

8. P

9. HT

10. T

11. HT

Premisas

Conclusión: HT

3.2 1. HT

2. QP

3. TS

4. SQ

5. P

6. Q

7. S

8. HS

9. HS

10. HS

11. H

Premisas

Conclusión: H

3.3 1. HQ

2. TQ

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3. TP

4. PT

5. PQ

6. Q

7. P

Premisas

Conclusión: P

3.4 1.

2. PS

3. SQ

4. QH

5. RF

6. P

7. R

8. S

9. Q

10. H

11. F

12. FH

Premisas

Conclusión: FH

4. A partir de las premisas en cada numeral anterior, elabore demostraciones que lleven a

las conclusiones que se indican así:

4.1 De las premisas del numeral 3.1 concluir KP

4.2 De las premisas del numeral 3.2 concluir SH

4.3 De las premisas del numeral 3.3 concluir PH

4.4 De las premisas del numeral 3.4 concluir HF

5. Utiliza las reglas de inferencia, las reglas de validez y las equivalencias necesarias para

determinar en cada caso, si de las premisas dadas, es posible obtener la conclusión

establecida.

5.1 QP

RP

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noP Premisas

noQ Conclusión

5.2 QP

SQ Premisas

S Conclusión

5.3 TS

noTnoR

noR Premisas

noS Conclusión

5.4 TK

noTS

HnoS Premisas

HK Conclusión

5.5 FS

FK

noFnoH

S ó K Premisas

H Conclusión

5.6 noRS

no (T y no R)

S.y.DH

FnoH

no F Premisas

no T Conclusión

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6. Dado el siguiente teorema: “Si un triángulo es rectángulo, entonces, el triángulo tiene

exactamente dos ángulos agudos”.

Indique para los siguientes condicionales derivados, su nombre relativo respecto a la

implicación inicial y el valor de verdad de cada uno.

6.1 Si un triángulo tiene exactamente dos ángulos agudos, entonces el triángulo es

rectángulo.

6.2 Si un triángulo no es rectángulo, entonces, el triángulo no tiene exactamente

dos ángulos agudos.

6.3 Si un triángulo no tiene exactamente dos ángulos agudos, entonces, no es un

triángulo rectángulo

7. Dada la siguiente proposición: “Si un triángulo es equilátero, entonces el triángulo es

isósceles”.

7.1 Indique si la proposición anterior es verdadera o falsa.

7.2 Determine con relación a la proposición anterior, los condicionales derivados

(recíproco, contrario y contrarrecíproco) e indique el valor de verdad de cada

uno.

8. Utilice el método directo para demostrar la conclusión pedida, en cada una de los

siguientes numerales.

8.1 QP

QR Premisas

QRP Conclusión

8.2 RQP Premisa

RP Conclusión

8.3 RQP Premisa

RQ Conclusión

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8.4 QP

R Premisas

RQP Conclusión

9. Utilice el Método de reducción al absurdo para demostrar la conclusión pedida, en

cada uno de los siguientes numerales.

9.1 PQno

QnoR

RnoP Premisas

R Conclusión

9.2 WP

noWS

SPno Premisas

noP Conclusión

10. Demuestre utilizando el Método directo, el siguiente teorema: “La suma de tres

enteros consecutivos, es un múltiplo de 3”.

11. Demuestre utilizando el Método directo, el siguiente teorema: “Si m es un número par,

entonces, para cualquier entero k, m.k es par”.

12. Demuestre utilizando el Método directo, el siguiente teorema: “En los números

enteros, si a divide a b y b divide a c, entonces a divide a c”

13. Demuestre utilizando el Método del contrarrecíproco, el siguiente teorema: “Si el

producto de dos números enteros es par, entonces, al menos uno de ellos es par”.

14. Demuestre utilizando el Método de reducción al absurdo, el siguiente teorema: Para x,

y números reales. “Si 0y.x ”, entonces 0x ó 0y ”.

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15. Demuestre utilizando el Método de reducción al absurdo, la siguiente proposición: “

2 es un número irracional”.

16. Utilice el método del contraejemplo para probar que la siguiente proposición es falsa.

“Para t, b, c números enteros. Si t divide a cb , entonces t divide a b ó t divide a c”.

17. Utilice el Método del contraejemplo para probar que la siguiente proposición es falsa:

“Todo número primo es un número impar”.

18. Utilice el Método del contraejemplo para probar que la siguiente proposición es falsa:

“Si un triángulo no es equilátero, entonces, no es escaleno”.

19. Utilice el Método del contraejemplo para probar que la siguiente proposición es falsa:

“Si un cuadrilátero convexo no es regular, entonces, no es equilátero”.

20. Utilice el Método del contraejemplo para probar que la siguiente proposición es falsa:

“En todo triángulo, cada ángulo es menor que la suma de los otros dos”.

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