De Morgansche Gesetze

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De Morgansches Gesetz mit Logikgattern dargestellt

Die De Morganschen Gesetze (oft auch De Morgansche Regeln) sind zwei grundlegende Regeln für logische Aussagen. Sie wurden nach dem Mathematiker Augustus De Morgan benannt, obwohl sie bereits dem mittelalterlichen Logiker Wilhelm von Ockham bekannt waren. Sie gelten in allen Booleschen Algebren. Insbesondere sind sie in der Aussagenlogik und der Mengenlehre bedeutsam. In der Technik sind sie bedeutsam für die Erstellung von Verriegelungen und Programmen.

Gesetze[Bearbeiten]

Sie lauten in der Logik:

nicht (a und b) = (nicht a) oder (nicht b)
nicht (a oder b) = (nicht a) und (nicht b)

In der Mathematik findet man zahlreiche unterschiedliche Darstellungen der De Morganschen Gesetze der Aussagenlogik:

\begin{matrix}
\neg {(a \wedge b)} = \neg{a} \vee \neg{b} \\
\neg {(a \vee b)} = \neg{a} \wedge \neg{b}
\end{matrix} bzw. mit anderer Notation: \begin{matrix}
\overline{(a \wedge b)} = \overline{a} \vee \overline{b} \\
\overline{(a \vee b)} = \overline{a} \wedge \overline{b}
\end{matrix}

Die Gültigkeit der De Morganschen Gesetze kann mithilfe von Wahrheitstabellen bewiesen werden.

Ihre Entsprechung in der Mengenlehre lautet (dabei sind A das Komplement von A, \cap das Symbol für den Schnitt zweier Mengen und \cup das Symbol für die Vereinigung zweier Mengen):

\overline{A \cap B} = \overline{A} \cup \overline{B}
\overline{A \cup B} = \overline{A} \cap \overline{B}

Die Regeln lassen sich auch für Verknüpfungen beliebig vieler Elemente erweitern. So gilt für jede beliebige endliche, abzählbare oder auch nicht abzählbare Indexmenge I:

\overline{\bigcap_{i \in I} A_i} = \bigcup_{i \in I} \overline{A_i} und \overline{\bigcup_{i \in I} A_i} = \bigcap_{i \in I} \overline{A_i}.

Folgerungen[Bearbeiten]

Eine Konjunktion (UND-Verknüpfung) lässt sich mithilfe des De Morganschen Gesetzes durch drei Negationen und einer Disjunktion (NICHT- beziehungsweise ODER-Verknüpfungen) darstellen:

a \wedge b = \neg(\neg{a} \vee \neg{b})

Entsprechend lässt sich eine Disjunktion durch drei Negationen und eine Konjunktion darstellen:

 a \vee b = \neg(\neg{a} \wedge \neg{b})

Anwendung[Bearbeiten]

Die De Morganschen Gesetze haben wichtige Anwendungen in der diskreten Mathematik, der Elektrotechnik, der Physik und der Informatik. Die De Morganschen Gesetze werden häufig in der Entwicklung digitaler Schaltkreise genutzt, um die Typen verwendeter logischer Schaltelemente gegeneinander auszutauschen oder Bauteile einzusparen.

Beispiele[Bearbeiten]

Beispiel aus dem Alltag[Bearbeiten]

Angenommen, eine Person trinkt gerne Kaffee: Um nun auszudrücken, dass sie diesen immer nur schwarz und ohne Zucker trinkt, kann sie folgende Aussagen formulieren:

Milch oder Zucker (im Kaffee), genau dann trinke ich den Kaffee nicht.

Umgewandelt nach de Morgan:

Keine Milch und kein Zucker (im Kaffee), genau dann trinke ich den Kaffee.

Beide Aussagen sind wertgleich.

Beispiel in der Mengenlehre[Bearbeiten]

Es soll anhand der Beziehung

 \overline{A} \cup \overline{B} = \overline{A \cap B}

die Gültigkeit der De Morganschen Regeln illustriert werden. Es sind zwei Mengen A und B gegeben, die Teilmengen einer Obermenge Ω sind. Die Grafik 1 zeigt die Lage der Mengen und ihrer Gegenmengen A und B.

In der Grafik 2 wird gezeigt, wie \overline{A} \cup \overline{B} gebildet wird. In der Grafik 3 wird das Komplement zu A \cap B dargestellt und man sieht, dass beide Mengen gleich sind.

DeMorgan1.svg DeMorgan2.svg DeMorgan3.svg
Aufteilung der Obermenge in A und B \overline{A}\cup\overline{B} \overline{A\cap B}


Eine Interpretation wäre:
In einer Abnahmeprüfung werden hochwertige Kochmesser darauf hin überprüft, ob die Schneide fehlerfrei ist (Menge A) und ob die Schneide ordnungsgemäß im Griff verankert ist (Menge B). Ein Messer wird nicht angenommen, wenn es zur Menge A oder zur Menge B oder zu beiden gehört, also wenn mindestens eine Beanstandung vorliegt: \overline{A} \cup \overline{B}. Das Messer wird angenommen, wenn es beide Anforderungen erfüllt, wenn es also zur Menge A \cap B gehört, das heißt, es wird nicht angenommen, wenn es zu \overline{A \cap B} gehört.

Weblinks[Bearbeiten]