A 数学语言、集合与条件控制 · 11

全称量词与存在量词

同一个性质,可以要求指定范围内“每一个对象都成立”,也可以只要求“至少有一个对象成立”。先把对象范围、量词和性质分别看清,才能准确判断一句含量词命题在说什么、真假为什么会改变。

对象范围

先确定对象范围与性质

量词说明要检查多少个对象,但在此之前,必须先知道对象从哪里取、要检查什么性质。

$$M:\text{对象范围},\qquad x\in M,\qquad p(x):\text{关于 }x\text{ 的性质}.$$

只写 $p(x)$ 时,性质的真假可能随 $x$ 改变。加入量词以后,句子才进一步说明:这个性质要对范围内的全部对象成立,还是只需对其中至少一个对象成立。

对象范围

$x\in M$ 确定哪些对象可以被检查,也给命题划定判断边界。

量词

“每一个”或“至少一个”规定性质需要对多少个对象成立。

性质

$p(x)$ 说明对每个被取到的对象,具体要判断什么。

对象范围本身就是命题的一部分。若不说明 $x$ 在哪个集合中取值,“所有”或“存在”就没有确定边界,命题的真假也无法确定。

全称量词

全称量词:要求每一个对象都成立

“所有”“任意”“每一个”“一切”表达的是对指定范围内全部对象的要求。

这些表示整体或全部的词称为全称量词,通常用符号 $\forall$ 表示。“对 $M$ 中任意一个 $x$,$p(x)$ 成立”写成

$$\forall x\in M,\ p(x).$$

这称为全称量词命题。

读这个命题时,三个部分各自承担不同作用。

范围 $x\in M$ 确定哪些对象必须接受检查。 检查边界
量词 $\forall$ 要求范围内每一个对象都不能遗漏。 全部对象
性质 $p(x)$ 规定每一个对象都必须满足的具体条件。 共同要求

全称量词命题要成为真命题,$M$ 中每一个对象都必须满足 $p(x)$;只要范围内有一个对象不满足,这个“全部成立”的要求就失败。

存在量词

存在量词:至少有一个对象成立

“存在一个”“至少有一个”“有些”把要求从“全部”改成了“能够找到一个”。

这些表示范围内存在某个对象的词称为存在量词,通常用符号 $\exists$ 表示。“存在 $M$ 中的一个 $x$,使 $p(x)$ 成立”写成

$$\exists x\in M,\ p(x).$$

这称为存在量词命题。

范围和性质没有少,改变的是需要找到的对象数量。

范围 $x\in M$ 限定可以从哪些对象中寻找。 寻找边界
量词 $\exists$ 只要求范围内至少能找到一个对象。 至少一个
性质 $p(x)$ 规定被找到的对象必须满足什么条件。 寻找目标

存在量词命题要成为真命题,只需在 $M$ 中找到至少一个满足 $p(x)$ 的对象;要判定它为假,则范围内不能有任何对象满足这个性质。

量词改变

同一性质:量词改变,命题也改变

把对象范围固定为整数,把性质固定为 $p(x):x^2=4$。下面两句话只有量词不同。

要求每一个整数成立

$\forall x\in\mathbb Z,\ x^2=4$

范围是整数,量词 $\forall$ 要求每一个整数都满足 $x^2=4$。整数 $0$ 不满足 $0^2=4$,所以命题为假。

只要求找到一个整数

$\exists x\in\mathbb Z,\ x^2=4$

范围仍是整数,量词 $\exists$ 只要求一个整数满足同一性质。整数 $2$ 满足 $2^2=4$,所以命题为真。

两句话的对象范围都是 $\mathbb Z$,性质都是 $x^2=4$;全称量词要求所有整数都通过,存在量词只要求至少一个整数通过。因此,只改变量词,就可能改变命题的真假。

范围改变

对象范围改变,真假可能改变

这一次固定存在量词和性质 $x^2=2$,只改变允许寻找对象的范围。

在整数中寻找

$\exists x\in\mathbb Z,\ x^2=2$

量词 $\exists$ 要在整数范围内找到一个满足 $x^2=2$ 的对象。若 $|x|\leq1$,则 $x^2\leq1$;若 $|x|\geq2$,则 $x^2\geq4$。整数的平方不可能等于 $2$,所以命题为假。

在实数中寻找

$\exists x\in\mathbb R,\ x^2=2$

量词仍是 $\exists$,性质仍是 $x^2=2$,但范围改为实数。因为 $\sqrt2\in\mathbb R$ 且 $(\sqrt2)^2=2$,所以命题为真。

量词没有改变,性质也没有改变,但对象范围不同,允许寻找的对象随之不同。命题“存在 $x$,使 $x^2=2$”只有在给定对象范围后,才有确定的真假。

核心结论

核心理解:量词规定要检查多少对象

全称量词要求指定范围内每一个对象都满足性质,存在量词只要求其中至少一个对象满足性质。

对象范围、量词和性质共同组成含量词命题:范围决定检查谁,量词决定检查多少对象,性质决定检查什么。

先锁定对象范围 → 再看“全部”还是“至少一个” → 最后检查性质 $p(x)$。