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Algebra booleana

O que é?

Primeiramente, é preciso entender a principal diferença entre a álgebra convencional e a algebra booleana, que é o fato de que a álgebra booleana pode assumir somente dois valores, sendo eles: 0 ou 1, sendo que esses valores não representam realmente valores numéricos, mas o estado do nível de tensão que uma variável possui, ou seja, seu nível lógico.

Nível Lógico

01
FalsoVerdadeiro
DesligadoLigado
BaixoAlto
NãoSim
FechadoAberto

Portanto, álgebra booleana não é nada mais que um modo de expressar o relacionamento de entradas e saídas dentro de um circuito lógico.

Axiomas da Álgebra Booleana:

Como na Álgebra convencional, a álgebra booleana é baseada em uma sequência de regras derivadas de um pequeno número de suposições. Essas suposições são os Axiomas. Assumindo, como anteriormente, dois valores (0 e 1) para cada variável, tem-se os seguintes axiomas:

ÍndiceExpressão
1(a)0 * 0 = 0
1(b)1 + 1 = 1
2(a)1 * 1 = 1
2(b)0 + 0 = 0
3(a)0 * 1 = 1 * 0 = 0
3(b)0 + 1 = 1 + 0 = 1
4(a)x = 0 ⇔ !x = 1
4(b)x = 1 ⇔ !x = 0

Teoremas:

Dos axiomas, têm-se os teoremas, que são regras para lidar com as variáveis. Sendo eles:

Teoremas para uma variável

ÍndiceExpressão
5(a)x * 0 = 0
5(b)x + 1 = 1
6(a)x * 1 = x
6(b)x + 0 = x
7(a)x * x = x
7(b)x + x = x
8(a)x * !x = 0
8(b)x + !x = 1
9!!x = x

Teoremas para duas e três variáveis

ÍndiceExpressãoPropriedade
10(a)x * y = y * xComutativa
10(b)x + y = y + xComutativa
11(a)x * (y * z) = (x * y) * zAssociativa
11(b)x + (y + z) = (x + y) + zAssociativa
12(a)x * (y + z) = x * y + x * zDistributiva
12(b)x + y * z = (x + y) * (x + z)Distributiva
13(a)x + x * y = xAbsorção
13(b)x * (x + y) = xAbsorção
14(a)x * y + x * !y = xCombinação
14(b)(x + y) * (x + !y) = xCombinação
15(a)!(x * y) = !x + !yTeorema de DeMorgan
15(b)!(x + y) = !x * !yTeorema de DeMorgan
16(a)x + !x * y = x + y-
16(b)x * (!x + y) = x * y-
17(a)x * y + y * x + !x * z = x * y + !x * zConsenso
17(b)(x + y) * (y + z) * (!x + z) = (x + y) * (!x + z)Consenso

Simplificando expressões:

A álgebra booleana é principalmente usada para simplificar expressões booleanas. Da seguinte forma como o exemplo abaixo:

a * c + b * c + a * c + b * c = a * b + a * b + a * b

Manipulando o lado esquerdo:

esquerda = a + !c + a * c + !b * !c + !b * c teorema 10(a)

= a * (!c + c) + !b * (!c + c) teorema 12(a)

= a * 1 + !b * 1 = a + !b teorema 8(b) e 6(a)

Manipulando o lado direito:

direita = !a + !b + a * (b + !b) usando 12(a)

= !a * !b + a * 1 usando 8(b)

= !a * !b + a usando 6(a)

= a + !a + !b usando 10(b)

= a + !b usando 16(a)

Diagrama de venn e álgebra booleana:

O diagrama de Venn, conhecido também como diagrama de Venn-Euler, é uma maneira gráfica de representar um conjunto. Representamos com uma linha fechada que não possui auto-intersecção e os elementos do conjunto ficam no interior dessa linha. Considerando um conjunto 1 da álgebra booleana, pode-se representá-la como um diagrama de Venn para facilitar o entendimento das operações.

Alguns exemplos de operações:

exemplos de diagramas de venn

Referências: