邏輯、集合與證明的語言

量詞的否定

對量化命題取否定遵循兩條簡單而機械的規則。「對所有 x,P(x)」的否定是「存在 x 使非 P(x)」;「存在 x 使 P(x)」的否定是「對所有 x,非 P(x)」。用話說:要否認某事對一切成立,只需一個例外;要否認某物存在,則須處處排除它。

這些規則讓你能把否定號穿過整疊量詞向內推:每個 ∀ 翻成 ∃,每個 ∃ 翻成 ∀,最裡層的謂詞最後被否定。對嵌套命題逐次施用這些規則,途中還要對聯結詞用德摩根律。這一過程機械而可靠,正是數學家珍視量詞記號的原因所在。

這就是分析中每個「反設不然」論證背後的實用引擎。要證一個序列不收斂到 L,你否定「對所有 epsilon > 0 存在 N 使對所有 n ≥ N,|a_n − L| < epsilon」,得到「存在 epsilon > 0 使對所有 N 存在 n ≥ N 滿足 |a_n − L| ≥ epsilon」。這個否定形式恰恰告訴你要造出什麼:一個頑固的 epsilon,以及對每個 N 都有一個仍在搗亂的靠後下標。

命題:「每個實數的平方都是有理數」——「對所有 x,x^2 是有理數」。否定:「存在 x 使 x^2 是無理數」。一個見證:x = 2^(1/4),因為 x^2 = √2 是無理數。該否定為真,故原命題為假。

否定一個「對所有」會產生一個可用單個見證滿足的「存在」。