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用韦恩图理解布尔关系

第四幅图显示集合A部分重叠集合B。我们先看代表两集合并集的完整阴影区,再单独看交集。

左下图中,红色水平阴影代表A;蓝色垂直阴影代表B。用韦恩图理解布尔关系

聚合所有阴影区(不分阴影样式)得到的区域对应 A 和 B 的包含性或函数。布尔表达式为A + B。

图中 45° 阴影带代表并集。此阴影区外部为补集,(A + B)′。

接下来看A和B的交集。左图双重阴影区代表排他性与函数,表达式为AB。双重阴影区外部为(AB)′。

用韦恩图理解布尔关系

观察可知:A某些元素属于(AB)′,B同理。但(AB)′无元素落在双重阴影AB区内。

用韦恩图理解布尔关系

左图重复第二例。右图为先前草图的第五例,供对比。后续章节将用卡诺图识别完全包含于另一集合的元素。

现引入含补码变量的布尔表达式。

用韦恩图理解布尔关系

示例:用韦恩图展示表达式A′B(A 非 与 B)。

解:左上从A′开始,红色水平阴影。右上B用蓝色垂直阴影。左下重叠区代表A′B。多数学生为清晰起见在右图绘制整个双重阴影区。补集(A′B)′为该区域外的未阴影部分。

接下来处理含补码变量的或运算。

示例:确定B′ + A区域。

用韦恩图理解布尔关系

解:右图从B开始阴影,再补为B′。叠加A。所有阴影区并集(不分样式)给出A + B′。左图用单一阴影区展示以示清晰。

用韦恩图理解布尔关系

示例:求补集(A + B′)′。

解:左图白色清晰区对应(A + B′)′。绿色 45° 阴影带先前展示了并集A + B′。对比补集与右图双重阴影区AB′,两形状完全一致,验证了德摩根定理和双重否定。

韦恩图提供直观视觉检验,但非形式证明;严格验证需布尔代数。尽管如此,它们对阐释德摩根定理等概念极有价值。

示例:在韦恩图上描绘A′ + B′。

用韦恩图理解布尔关系

解:A′用红色水平阴影,B′用蓝色垂直阴影。结果图显示所有至少含一重阴影的区域,对应A′ + B′。唯一未阴影区为原圆圈中心重叠区。

示例:可视化(A′ + B′)′。

解:中心白色区域即前图补集。这正是(A′ + B′)′区域。

示例:验证(A′ + B′)′ = AB。

解:左下图显示(A′ + B′)′开放区域。左、中图描绘双重阴影交集AB。两者完美匹配,通过德摩根定理和双重否定确认恒等式。

用韦恩图理解布尔关系

最后展示三变量韦恩图:A(红)、B(蓝)、C(绿 45°)。中心三重重叠区代表ABC。较大花瓣状区域展示两两交集:AB、AC、BC。与项变量数增加时,对应区域缩小:A单独为大圆;AB为较小花瓣;ABC为最小区域。


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