Lógica: conectivos y cuantificadores
La sintaxis oculta de cada prueba: el "para todo existe " de los límites, el "si y solo si" de los teoremas, el orden que lo cambia todo. Cada definición rigurosa es una frase lógica disfrazada —"continua" es ; "definida positiva" es , —. La lógica es la gramática; las matemáticas, las oraciones.
Proposiciones y conectivos
Una proposición tiene un valor de verdad definido (verdadera o falsa). Los conectivos las combinan: (no), (y), (o inclusivo), (si… entonces), (si y solo si). Tocá los valores y mirá la tabla:
| P | Q | ¬P | P ∧ Q | P ∨ Q | P ⟹ Q | P ⟺ Q |
|---|---|---|---|---|---|---|
| V | V | F | V | V | V | V |
| V | F | F | F | V | F | F |
| F | V | V | F | V | V | F |
| F | F | V | F | F | V | V |
Tocá P y Q para moverte por las filas. Fijate en P ⟹ Q: es falsa una sola vez —cuando P es verdadera y Q falsa—. Con P falsa (las dos últimas filas) la implicación es verdadera pase lo que pase con Q: es la verdad vacua, la razón de que "todo elemento del conjunto vacío cumple P" sea siempre cierto.
La verdad vacua. Cuando es falsa, es verdadera sin importar . Desconcierta al principio, pero es clave: "todo elemento del conjunto vacío cumple " es siempre verdadero, porque la premisa nunca se cumple y la implicación nunca se viola. La implicación solo es falsa cuando es verdadera y falsa.
La implicación y sus variantes
Casi todo teorema es (hipótesis ⟹ tesis). Distinguir sus variantes evita el error lógico más común:
| Nombre | Forma | ¿Equivale a ? |
|---|---|---|
| Directa | — | |
| Recíproca | NO (el error clásico) | |
| Contrarrecíproca | SÍ (siempre) | |
| Inversa | NO |
La contrarrecíproca es tu mejor amiga: y son idénticas, y a veces probar la segunda es mucho más fácil (es la base de la prueba por contrarrecíproco). "Todo cuadrado es rectángulo" no dice "todo rectángulo es cuadrado": confundir un teorema con su recíproca es el desliz más frecuente —y por eso el si y solo si es tan fuerte, afirma las dos direcciones y exige probar ambas.
Predicados y cuantificadores
Un predicado tiene una variable libre y no tiene valor de verdad hasta cuantificarlo. Los cuantificadores lo cierran:
- — "para todo ": una sola excepción la vuelve falsa.
- — "existe ": un solo testigo la vuelve verdadera.
Y eso dicta la estrategia de la prueba: para probar tomás un arbitrario ("sea cualquiera…") y no usás nada particular de él; para refutarlo, basta un contraejemplo. Para probar exhibís un testigo concreto; para refutarlo, mostrás que ninguno sirve.
El orden importa: vs.
Acá está lo que separa entender la lógica de recitarla. Cambiar el orden cambia el significado:
Con = " es la madre de ": es "todo tiene madre" ( depende de —cada quien la suya—, verdadero); es "existe alguien que es madre de todos" (un solo universal, falso). En elegís después de ver (se adapta); en fijás primero y debe servir para todo —mucho más fuerte—.
Es el corazón de ε-δ. La continuidad es . Primero te dan (el reto), después producís —que puede depender de (por eso escribís "")—. Si el orden fuera , necesitarías un universal: eso es continuidad uniforme, una propiedad mucho más fuerte. El orden de los cuantificadores es, literalmente, la diferencia entre continuidad y continuidad uniforme.
Negación: intercambia cuantificadores
Para probar por contradicción —o entender qué significa que algo falle— hay que negar. La regla es mecánica: negar intercambia y niega el interior.
Para conectivos, De Morgan: y . Negando la continuidad (cada cuantificador se voltea, y ):
"hay un malo tal que, para cualquier , existe un cerca de cuya imagen se escapa". Así se prueba que algo no es continuo: exhibiendo ese .
Cuantificadores acotados
Casi nunca cuantificás sobre "todo lo que existe", sino sobre un dominio . Cómo se desempaquetan —y por qué cada uno usa un conectivo distinto—:
El usa implicación (para los se cumple vacuamente, sin afirmar nada de ellos); el usa conjunción (querés un testigo que de verdad esté en y cumpla ). Al negar, el dominio sobrevive y se niega la conclusión: la negación de " es definida positiva" () es con —el vector testigo que se exhibe para probar que no es PD—.
Leer definiciones como lógica
El hábito que vale oro: traducir cada definición a su esqueleto lógico y mirar el cuantificador más externo —él dicta el arranque de la prueba—.
| Definición | Forma lógica |
|---|---|
| Acotado superiormente | |
| continua en | |
| independiente | |
| definida positiva | |
Si empieza con , la prueba arranca "sea [algo] arbitrario"; si con , "propongo [testigo]"; si es , vas a construir en función de . La estructura lógica te da el esqueleto de la demostración antes de pensar en el contenido.
Recall activo
- Escribí la contrarrecíproca de "si entonces ".
- Negá: .
- ¿Cuál es más fuerte, o ?
- Desempaquetá y negá "" (acotado superiormente).
Soluciones: (1) "si entonces "; (2) ; (3) (un universal); (4) negación: —para toda cota hay un elemento que la supera, o sea no acotado—.
Con esta gramática, las definiciones dejan de ser fórmulas a memorizar: son frases que se leen, y cuyo esqueleto de prueba se ve de inmediato.