obigen impliziten Darstellung relativ leicht die Rekursion ⎧ ⎪⎨ glog 2 (x) = ⎪⎩ 0 falls x = 1 glog 2 ( x) + 1 falls x ≠ 1 und x gerade 2 glog 2 ( x−1 ) + 1 falls x ≠ 1 und x ungerade 2 zeigen, welche sofort zu einem funktionalen Programm führt. Aus der expliziten Definition glog 2 (x) = max {y ∈ N | 2 y ≤ x} der Funktion glog 2 , mit der Operation max wie oben eingeführt, bekommt man diese Rekursion nicht so leicht. 30
2 Logische Grundlagen Neben der Mengenlehre ist die Logik das zweite Fundament der <strong>Mathematik</strong>. Die Mengenlehre wird gebraucht, um die Objekte, <strong>für</strong> die man sich in der <strong>Mathematik</strong> interessiert, zu konstruieren, zu modellieren und zu manipulieren. Bisher kennen wir Paare, Relationen und Funktionen. Später werden noch lineare Listen, Bäume und Graphen dazukommen. Die Logik wird gebraucht, wenn in der <strong>Mathematik</strong> Beweise geführt werden, also in einer gewissen (logischen) Art und Weise argumentiert wird, um zu zeigen, dass eine Aussage wahr ist. Im Folgenden gehen wir auf die logischen Grundlagen der <strong>Mathematik</strong> ein. Auch hier wählen wir wieder einen naiven Zugang. Für die formale mathematische Logik gibt es im Laufe des <strong>Informatik</strong>-Studiums eigene Vorlesungen. 2.1 Sprache und Ausdrucksweise der <strong>Mathematik</strong> Das Hauptgeschäft der <strong>Mathematik</strong>erinnen und <strong>Mathematik</strong>er ist das Beweisen. Dies heißt, zu einer aufgestellten Behauptung – einer Aussage im Sinne von Definition 1.1.4, normalerweise Satz genannt (oder Lemma, Hauptsatz, Proposition, Theorem etc.) – eine Rechtfertigung zu liefern, bei der, neben den schon bewiesenen Aussagen und einigen Grundannahmen (den sogenannten Axiomen), nur Regeln des logischen Schließens verwendet werden. Wir haben Beweise im ersten Kapitel des Texts bisher mit den Mitteln der Umgangssprache geführt. Dabei ist vielleicht vielen Leserinnen und Lesern aufgefallen, dass bei der Formulierung der zu beweisenden Aussagen (welche wir dort immer als Sätze bezeichneten) gewisse Konstruktionen (Redewendungen, Formulierungen) immer wieder verwendet wurden und bei den Beweisen der Sätze, d.h. den logischen Rechtfertigungen der entsprechenden Aussagen, ebenfalls gewisse Konstruktionen (logische Schlussweisen und Argumentationen) immer wieder verwendet wurden. Die immer wieder verwendeten Konstruktionen beim Aufbau von Aussagen sind die nachfolgend angegebenen, in denen A, A 1 und A 2 <strong>für</strong> Aussagen stehen, x <strong>für</strong> ein Objekt steht und A(x) wiederum <strong>für</strong> eine Aussage, nun über das Objekt x, steht. (1) A gilt nicht, bzw. A ist falsch (Negation von A). (2) A 1 gilt und A 2 gilt, bzw. A 1 und A 2 gelten (Konjunktion von A 1 und A 2 ). (3) A 1 gilt oder A 2 gilt, bzw. A 1 oder A 2 gilt (Disjunktion von A 1 und A 2 ). (4) Aus A 1 folgt A 2 , bzw. A 1 impliziert A 2 , bzw. wenn A 1 gilt, dann gilt auch A 2 (Implikation von A 2 aus A 1 ). (5) A 1 und A 2 sind äquivalent, bzw. A 1 und A 2 sind gleichwertig, bzw. es gilt A 1 genau dann, wenn A 2 gilt (Äquivalenz von A 1 und A 2 ). (6) Für alle x gilt A(x) (Allquantifizierung mittels x). (7) Es gibt ein x mit A(x), bzw. es existiert ein x, sodass A(x) gilt (Existenzquantifizierung mittels x). Einige der bei den Beweisen von Kapitel 1 verwendeten umgangssprachlichen Schlussweisen sind etwa die nachfolgend aufgeführten, wobei wir auch jeweils eine Verwendungsstelle angeben. 31
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4.3.2 Festlegung In Weiteren bezeic
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Zur Negation dieser Formel empfiehl
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(2) Induktion durch Rückgriff: Hie
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Induktionsbeginn: Es ist A(0) zu ze
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a ∈ R und n ∈ N und dies ist ge
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|t| = |u| + 1, also |u| < |t|, und
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zugrunde, welche man durch eine lei
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Wenn wir nun auf der rechten Seite
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aus der Aufschreibung von oben nach
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Durch diese Zuordnung werden auch d
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4.5.11 Sinnvolle Fallunterscheidung
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Die Rekursionsstruktur von g ist vo
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5 Spezielle Funktionen In Abschnitt
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hinreichend vertraut ist, und erwä
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Bezeichnungsweise im Zusammenhang m
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(2) Die identische Funktion auf ein
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(2) Die Bijektivität der Funktion
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das Urbild oder die Urbildmenge von
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5.1.19 Satz: Surjektivität und Rec
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man nämlich zeigen, dass die leere
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Mengen M mit |M| = |N| heißen abz
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(c) Die Mengen X ◦ und g 1 (X ◦
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Die Bezeichnung in der Literatur hi
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Nachfolgend sind die ersten zwei Po
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da dieser für die Informatik der w
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Beweis: Wir beweisen durch vollstä
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n ∈ N mit n ≥ m gilt. Mit O(f)
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5.4 Einige Bemerkungen zur Berechen