Текст
                    U.Я. De пал. а н
ПЕРВОЕ
ЗНАКОМСТВО
с
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
ЛОГИКОМ

ОБЩЕСТВО «ЗНАНИЕ» РСФСР Ленинградское отделение И. Я. ДЕПМАН ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКОЙ ЛЕНИНГРАД 196 3
СОДЕРЖАНИЕ Стр. Из истории математической логики ... ... 4 Знакомство с математической логикой 12 Начальные идеи алгебры логики . . .14 Правила обычной алгебры . — Алгебра высказываний.................................. 15 Некоторые особенности алгебры высказываний ... 19 Физическое истолкование сложения и умножения в алгеб- ре логики............................................ 22 Решение логических уравнений ... . . 27 Напоминание начинающему.......................... . . — Примечания, к решению задач и ответы к упражнениям . , 49 Второй способ решения задачи . ................... Машина или наука лентяев? . . . 53 * * * * Иван Яковлевич Депман Первое знакомство с математической логикой Редактор издательства И. Н. Толстов Техн, редактор А. М. Гурджиева Обложка художника Э. И. Копеляна Корректор Н. Е. Кацнельсон М-49033 Подписано к печати 2/IX 1963 г. Объем 3,5 печ. л. уч.-изд. л. 2,55 Заказ 348-а Тираж 14100 экз. Цена 8 коп. Тип. № 11 УЦБ и ПП ЛСНХ г. Пушкин
Математическая логика — эти слова всё чаще можно услышать в разговорной речи, увидеть в газетных и жур- нальных статьях. Их употребляют «не только ученые, ин- женеры и техники, но и машиностроители, и учителя. Человек издавна стремился к созданию приборов и машин, которые выполняли бы за него не только физиче- скую, но и умственную работу. В настоящее время чело- вечество имеет такие машины. Они в миллион раз быстрее их создателя и считают и вычисляют. Построены эти ма- шины на основании данных математической логики. Ма- тематическая логика, и особенно ее -составная часть — алгебра логики, — имеет глубокую принципиальную связь с теорией построения автоматов. Она послужила основа- нием для развития кибернетики — «этого высшего раз- дела автоматики, служащего созданию машин, продол- жающих человеческий мозг».1 В великом документе современности — Программе КПСС записано, что в течение двадцатилетия будет осуществляться в массовом масштабе комплексная авто- 1 Э. К о л ь м а н. Значение символической логики. Сб. «Логиче- ские исследования». Изд. Академии наук, М., 1959, стр. 15. 3
матизация. Поэтому «получат широкое применение ки- бернетика, электронные счетно-решающие и управляю- щие устройства в производственных процессах промыш- ленности, строительной индустрии и транспорта, в науч- ных исследованиях, в плановых и проектно-конструктор- ских расчетах, в сфере учета и управления».1 Математическая логика является не только основа- нием для автоматизации, но и средством для изучения деятельности мозга — для решения этой самой важной проблемы биологии и науки вообще. Физико-математические науки сегодняшнего дня тре- буют также анализа таких тонких понятий, выполнить которые можно только при помощи методов математиче- ской логики. Вследствие этого математическая логика стала основным методом исследования многих вопросов современной физики. По этим и другим причинам математическая логика глубоко вторглась во многие отрасли промышленности, стала характерным явлением науки середины XX века. ИЗ ИСТОРИИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКИ1 2 Законы мышления, предмет изучения логики, устанав- ливались древнегреческими учеными уже с VI века до начала нашего летоисчисления. Формирование их проис- ходило в ответ на запросы математики и астрономии, Служило основой политических и юридических споро-в то- гб времени. Одновременно с возникновением наук у древ- них народов создавались и накапливались правила, при- водившие к истинным или ложным выводам. Человечество в первые века развития логики распо- лагал?) низким уровнем техники, примитивными знания- ми в области естествознания и математики. Исследова- тели той эпохи обходились самыми простыми приемами мышления. Логика как самостоятельная наука возникла лишь в IV веке до нашей эры. Создатель ее — греческий фило- соф Аристотель (384—322). Он свел отдельные разроз- 1 Материалы XXII съезда КПСС. Госполитиздат, 1961, стр. 372. 2 Рекомендуется читать после ознакомления с разделом о реше- нии уравнений.
ненные обрывкй Логических учёйий в систему, которая сохранилась до нашего времени в виде формальной ло- гики. Эта неизменность логики вызывала насмешки са- тириков всех времен (Рабле, Свифта, Сервантеса и дру- гих). Немецкий философ Кант в конце XVIII века гово- рил, что логика со времени Аристотеля не сделала ни ша- гу вперед и, по-видимому, имеет совершенно закончен- ный вид. С XVII века начинается бурное развитие наук, осо- бенно математики, в которой центральное положение за- нял анализ переменных величин. Анализ переменных величин произвел переворот во многих областях науки и техники. Зарождается высшая математика. Создатели ее — Декарт, Паскаль, Ньютон, Лейбниц и их продол- жатели ясно чувствуют недостаточность Аристотелевой логики. Начинаются поиски обновления и дополнения формальной логики. Заслуги выяснения возможности реформы- логики принадлежат немецкому ученому, великому математику Готфриду Вильгельму Лейбницу (1646—1716). У него в юношеские годы возникает идея о необходимости и возможности создания новой науки, в которой каждое основное понятие имело бы свой особый символ. "Для этих символов нужно установить правила их соединения, и тогда всякое рассуждение получит вид некоторого ис- числения, аналогичного ма- тематике. Логика, по мысли Лейбница, должна стать «искусством исчисления», споры ученых и философов .должны разрешаться спо- койным* вычислением. В конце своей жизни он пишет: «Когда я, будучи еще мальчиком, знакомился с предложениями обычной ло- гики и мне еще была незна- кома математика, у меня возникла, не знаю в резуль- тате какого мановения, мысль о том, что может быть изобретён анализ понятий, • 5
с помощью которого могут быть комбинированы истины и вычисляемы при помощи чисел». Лейбниц считал, что все наши знания можно разложить на простые элементы: обозначенные особыми символами, они составят алфавит человеческих мыслей, которые дают логическое исчисле- ние — «лучший из мыслимых инструментов исследова- ния». «Споры не придут к концу, если не отказаться от сло- весных рассуждений в пользу простого исчисления, если не заменить слова неясного и неопределенного смысла определенными символами. После введения их при воз- никающих противоречиях между двумя философами будет не больше надобности перекрикивать друг друга, чем между двумя бухгалте- рами. Не требуется ничего другого, как то,, чтобы про- тивники взяли в руки перья, сели за свои конторки и ска- зали друг другу: давайте-ка вычислять!» Создание единой всеоб- щей системы понятий — одно из многих неосуществлен- ных мечтаний гениального Лейбница. Через полтораста лет идеи Лейбница высказыва- ются вновь чешским матема- Джордж Буль ™К°М Бернардом Больцано (1781 —1848), но при его жизни они не получают рас- пространения, как и все другие передовые взгляды Больцано, считавшиеся католической церковью крамоль- ными. Частичное осуществление идей Лейбница началось в середине XIX века в трудах ирландского математика Джорджа Буля (1815—1864). Джордж Буль в своих трудах «Математический ана- лиз логики» (1847) и «Законы мышления» (1854) впер- вые излагает «алгебру логики» (называемую часто впос- ледствии «алгеброй Буля»), Буль пишет: «Тот, кто зна- 6
ком с современной алгеброй, знает, что справедливость процесса анализа не зависит от интерпретации (истол- кования) встречающихся символов. Всякая интерпрета- ция их, не нарушая предположенных отношений, одина- ково допустима, а поэтому один и тот же прием может дать при одном истолковании решение проблемы теории чисел, при другом -— решение проблемы геометрии, при третьем -— решение проблемы динамики или оптики и так далее». По Булю, формулы алгебры применимы независимо от того, что подразумевать под употребляемыми в ал- гебре буквами. Он создал алгебру, в которой буквы обоз- начают высказывания, и показал, что в этой новой ал- гебре все правила обычной алгебры остаются в силе. Так как все наши рассуждения состоят из высказываний или суждений, то эта новая алгебра является логикой и получила название алгебры логики. Это и есть уже частичное осуществление идеи Лейб- ница об универсальном научном- языке символов. Буль показал осуществимость своих идей в созданной им ал- гебре высказываний. Современники и ученые нашего времени высоко оце- нили Джорджа Буля, основоположника математической логики. «Буль совершил реформу, с которой едва ли мо- жет сравниться что-либо сделанное в логике, от далеких времен Аристотеля и до настоящего времени» (англий- ский логик Джевонс); «Джордж Буль сделал самый крупный шаг вперед в логике после Аристотеля» (фило- соф Спенсер); «чистая математика открыта Булем в его работе ,,Законы мышления*» (Бертран Рассел); «вве- дение символических обозначений в логику имело для этой науки такое же решающее значение, как, например, изобретение буквенных обозначений для математики. Известно, что благодаря введению буквенных обозначе- ний и символов математических действий (Виет, Декарт, Ферма и другие) математика, начиная с эпохи Возрож- дения, получила возможность дальнейшего столь гранди- озного развития. Только такие гении древности, как Ар- химед, Евклид, Диофант, смогли дать замечательные об- разцы математического творчества, не пользуясь языком формул и излагая свои мысли в словесной форме. Бла- годаря введению символов в девятнадцатом веке логика получила возможность дальнейшего развития и стало 7
возможным образование новой науки — математической логики».1 Работы Буля также не привлекли к себе вначале вни- мания философов, для которых были малодоступны ма- тематические изложения и символика Буля, действитель- но сложные и недоработанные. Алгебру Буля считали, как и геометрию Лобачевского, воображаемой, не имею- щей конкретного смысла. К концу XIX века в матем атике возникли большие трудности в обосновании ее основ- ных понятий и идей. В сложных вопросах это- го обоснования фор- мальная логика оказа- лась бессильной. Это вызвало интерес мате- матиков к символиче- ской логике. Немецкий математик Готлиб Фре- ге (1848—1925) в конце XIX века предпринял сложную работу логи- ческого обоснования арифметики при помо- щи математической ло- гики и вместе с тем П. С. Борецкий дал дальнейшую разра- ботку новой логики. То же в более широких областях математики и других наук сделал итальянский математик Джузеппе Пеано (1858— 1932). В России вопросами математической логики занимал- ся астроном-наблюдатель Казанского университета Платон Сергеевич Порецкий (1846—1907). В 1887 и 1888 годах впервые в России он читал в Казанском универси- тете лекции по математической логике. П. С. Порецкий разрабатывал преимущественно логику классов и логику высказываний, где, в частности, занимался отысканием 1 Журн. «Математическое просвещение». Гос. изд. физ.-мат. лит. 1958, № 3, стр. 195. 8
систематических приемов, позволяющих обозревать мно- жество следствий, вытекающих из данных посылок, и множество гипотез, при допущении которых оказываются справедливыми данные положения. Ему принадлежит Давид Гильберт Бертран Рассел полное решение этого вопроса для исчисления высказы- ваний. В трудах П. С. Порецкого дан критический анализ предшествующего развития математической логики. Из математиков XIX века значительные труды по мате- матической логике дали еще Р. Грассман (1815—1905) — младший брат знаменитого ма- тематика Германа Грассмана, Э. Шредер (1853—1901) и-дру- гие. В начале XX века матема- тическая логика привлекает очень многих исследователей. Ее развивают крупный немец- кий математик Д. Гильберт (1862—1943), англичане — фи- лософ и логик Бертран Рассел Курт Гёдель 9
(родился в 1872 году) и мате- матик Уайтхед (1861—1947), польские математики Лукасе- вич и Тарский и другие. Круп- нейшим представителем мате- матической логики на Западе в настоящее время является ‘КуртТёдель. Из советских математиков наибольший вклад в развитие математической логики внесли И. И. Жегалкин (1860—1947), П. С. Новиков (родился в 1901 году) и А. А. Марков (родился в 1903 году). Ивану Ивановичу Жегал- кину в математической логи- ке принадлежит построение И. И. Жегалкин алгебры логики как ариф- метики вычетов по модулю 2 и ряд’работ, посвященных некоторым важным случаям, допускающим алгоритмиче- ское решение так называемой проблемы разрешаемое™. П. С. Новиков Действительный член Академии наук СССР Петр Сергеевич Новиков занимается вопросами те- ории множеств и матема- тической логикой. Его об- ширный труд «Об алго- ритмической неразреши- мости проблемы тождест- ва слов в теории групп» представляет высшее до- стижение в теории мате- матической логики. Советский математик, член-корреспондент Ака- демии наук СССР Андрей Андреевич Марков дока- зал методами математиче- ской логики невозмож- ность алгоритмического решения некоторых задач 10
теории ассоциативных систем и задач, относящихся к це- лочисленным матрицам. Своей работой «Теория алго- ритмов» А. А. Марков внес большой вклад в развитие теории математической логики. Широкий интерес математическая логика приобрела в середине нашего века. С пятидесятых го- дов формируются но- вые м атем атические науки — кибернетика, теория информации, те- ория игр, которые не- мыслимы без матема- тической логики. Акси- оматическое построение математики в целом, считающееся единст- венно приемлемым в .наши дни, опирается на математическую л оп- тику. Таким образом, основным потребите- лем, а вследствие этого и первым толкачом развития математиче- ской логики была мате- матика. Однако математика не была единственным А. А. Марков пространения-, как и все другие передовые взгляды шую роль в ее развитии играла физика и основывающая- ся на ней техника. В начале нынешнего века Павел Сигизмундович Эрен- фест (1880—1933), преподававший в то время физику в Политехническом институте в Петербурге, указал на воз- можность применения логики в технике (при составле- нии схемы проводов телефонной станции и в.электрони- ке). Эренфест пишет: «Символическая формулировка дает возможность вычислять следствия из таких слож- ных систем посылок, в которых при словесном изложе- нии почти или совершенно невозможно разобраться. Де- ло в том, чтов физике и технике действи- тельно существуют такие сложные си* 11
с т е м ы посылок». Эренфест указывает, что симво- лическая алгебра в физике и технике играет такую же роль, как формулы химии, которые «доставляют не толь- П. С. Эренфест ко систематическую" регистрацию различ- ных веществ, но кро- ме этого — пути пре- образования этих формул, произведен- ные по определен- ным правилам, соот- ветствующим хими- ческим преобразова- ниям».1 Это замеча- ние имеет боль- шой методологиче- ский смысл, так как подчеркивает прин- ципиальное единство природы логической и естественнонауч- ной символики. Сим- волика в логике столь же необходи- ма, как язык формул для математики и химии. Любой автомат, все быстродействующие счетные ма- шины опираются на применение математической логики. Техника является не менее мощным толкачом для разви- тия математической логики, чем математика. Работы П. С. Эренфеста имеют такое же значение в истории развития математической логики, как труды П. С. Порецкого. И тем и другим отечественная наука имеет основание гордиться. ЗНАКОМСТВО С МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКОЙ Математическая логика — это наука, изучающая ма- тематические доказательства. Она является особой вет- вью общей логики, развивающейся применительно к по- требностям математики. Существенным для математической логики является употребление символов. В первый период существования 1 Журн. Русского физико-химического общества при Петербург- ском университете, 1910, отдел физики, т. 42, от, II, стр. 387.
математической логики каждый ученый употреблял свою систему символов, что сильно затрудняло усвоение и рас- пространение новой алгебры. Только в первые* десятиле- тия нашего века устанавливается единообразная симво- лика. Вот образчик её из книги Бертрана Рассела. F: :ссе2. D: з! ДД 4 -. Дет 2^/77. Н.жАМ. DF::cx ДС (Х.з : Д=Л. v./З-ъ'х. ty. v. ?Д-* [*24-5356.* 51-151] - tp-Vx.v.p-t'y. v.p-ct (?) Н* 54-25. Transp. * 52'22. D г ф у. D. I ‘х v t'y 4= t 4х. t‘y : [* 1372j Э F: == t t * у, x 1 у. D, zt ф t f-1 ‘ у (2) h(l).(2).D F:'ce= ьx 4= y.□:» [*51'235] ‘ ^:(^z).z^p-ez: [*37'6] ^/3et^ (3) \-.(3).* 11'11-35.* 54-101. D КР7Ж Ж 54-43. F:. cc, |Sе!-Э:а:п v/5>?2 Dem. H *54-26. Э F:. - i /3=16y. Э:or. wpe2. . x Ф у. [*51'231] •1-A, [*13‘12] Д - A (f) V.(1).*11-U35.D 4:.(^x,y).cc^t3x.p ^ь4у.Э:оСире2 (2) F.(2).*11'54:*52-1. ЭК Prep Первое знакомство с математической логикой нужно начинать с алгебры логики, а именно: с решения логиче- ских уравнений, в которых немного символов. Начинать с этого раздела следует и потому, что историческое раз- витие математической логики началось с алгебры логики. Алгебра является важнейшей частью школьной мате- матики — той частью, которая усваивается более проч- но. Алгебра логики, прибавляя очень немного к сведениям по школьной алгебре, является самым удобным путем введения учащегося в круг начальных сведений матема- тической логики. Ведь недаром распространено изре- чение: «Человеческий ум не придумал ни одной машины, в такой мере облегчающей его труд, как алгебра». Подход к понятиям математической логики через ре- шение логических уравнений имеет и другое основание. 13
Учащийся средней школы знает о перевороте, который произвели идеи Н. И. Лобачевского (1792—1856) в гео- метрии, имевшей к тому времени 25-вековой возраст. Любознательный учащийся, естественно, спросит: проис- ходило ли в алгебре что-нибудь подобное? Знакомство с решением логических уравнений покажет такому любо- знательному человеку, чтон последние годы жизни Лоба- чевского, в середине XIX века, в алгебре трудами Джор- джа Буля был совершен переворот, весьма похожий на обновление геометрии идеями нашего великого геометра. И судьбы обоих переворотов — в геометрии и в алгеб- ре — весьма сходны: потребовалось несколько десятиле- тий, чтобы смысл, того и другого переворота был понят и оценен. И только после этого наступило время самого широкого использования идей Лобачевского и Буля. Знакомство с решением логических уравнений важно и для расширения кругозора учащихся. Уроки школьной алгебры создают у учащихся взгляд, согласно которому основную задачу алгебры как будто составляет решение уравнений. Но современная алгебра видит главную задачу алгебры.не в вычислении корней уравнений, а в изучении свойств алгебраических функ- ций, в частности, в изучении таких множеств элементов произвольной природы, к которым применимы правила обычной алгебры, хотя элементы этих множеств не яв- ляются числами. Изучение логических уравнений знако- мит читателя с одной из таких алгебр и помогает ему ус- воить современный взгляд на алгебру. НАЧАЛЬНЫЕ ИДЕИ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ Правила обычной алгебры Действия и преобразования, применяемые в обычной алгебре, в которой буквами обозначаются числа, осно- вываются на небольшом числе определений и формул. I. Существует арифметическое действие, называемое сложением и обозначаемое знаком +. Устанавливается, что для каждой пары данных двух чисел а и Ъ существу- ет единственное определенное число с, называемое сум- мой чисел а и Ь. Действие сложения обладает перемести- тельным и сочетательным свойствами. Отсюда формулы: 14
1) a + b = с (существование единственной суммы чи- сел а и &), 2) а + b = b + а (переместительное свойство), 3) а + (Ь + с) = (а + Ь) + с (сочетательное свойст- во). II. Существует второе арифметическое действие, на- зываемое умножением и обозначаемое знаком X или • (последний знак при употреблении буквенных обозначе- ний обычно не ставится). Действие умножения обладает теми же свойствами, что и сложение: для каждых двух чисел а и b существует определенное единственное про- изведение ab, и действие умножения обладает перемести- тельным и сочетательным свойствами, которые дают фор- мулы: 4) ab = d (-существование произведения), 5) ab = Ьа (переместительное свойство), 6) a (be) = (ab) с (сочетательное свойство). Сложение и умножение обладают распределительным свойством: чтобы умножить сумму двух слагаемых на третье число, можно умножить -каждое слагаемое отдель- но на это число и полученные произведения сложить: 7) (а + Ь) с = ас + Ьс (распределительное свойство). III. Существует такое число, обозначаемое знаком О (нуль), при сложении которого с любым числом а полу- чается в сумме то же число а, а при перемножении его (то есть нуля) с любым числом а получается в произве- дении 0. Отсюда формулы: 8)а + 0 = 0 + а = а, 9) а«0 = 0*а = 0. IV. Существует еще число, обозначаемое знаком 1 и называемое единицей, при перемножении с которым лю- бого числа а получается в произведении то же число а: 10) а -1 = 1 - а = а. Отмеченные десять формул являются основными за- конами обычной арифметики и алгебры. Алгебра высказываний Джордж Буль, давший в 1847 году первое положение алгебры логики, сделал предположение, что буквы в за- писанных десяти формулах обозначают не числа, а выс- 15
называния, и показал, что можно выбрать такие опреде- ления действий сложения и умножения, при которых все десять, формул остаются в силе. Не должен удивлять нас тот факт, что надо выбрать новые определения сложения и умножения. Это делается и в обычной алгебре. Действия сложения и умножения для дробных, отрицательных или комплексных чисел имеют иной смысл, чем для натуральных чисел. При пе- реходе от одной числовой области к другой надо опреде- лять, что будет называться суммой или произведением новых чисел. Может показаться бессмысленным понятие арифмети- ческих действий над высказываниями. Что понимать, например, под «суммой» таких высказываний: «В огоро- де бузина, а в Киеве дядька»? Как будто никакого смыс- ла для «суммы» таких высказываний нельзя указать. В алгебре логики высказывание рассматривается не по содержанию или смыслу его, а только в отношении того, истинно оно или ложно. Принимается, что каждое высказывание может быть или истинно, или ложно. Ус- ловимся истинность высказывания обозначать единицей, а ложность — нулем. Тогда каждое высказывание может быть охарактеризовано цифрами 1 или 0, которые яв- ляются мерами или функциями истинности высказыва- ния а. Для любого высказывания а либо а = 1, либо а = 0. Сумма двух высказываний а и &, то есть а + &, яв- ляется сложным высказыванием, которое, как всякое высказывание, может быть истинно или ложно. Сумма двух высказываний считается истинной, то есть равной единице, если хоть одно из складываемых высказыва- ний истинно: а + b = 1, если или а = 1 или b = 1, что согласно с обычной ариф- метикой: 1 + 0-0+1 = 1. Если оба складываемых высказывания истинны, то сумма считается также истинной, поэтому в алгебре логики (1) + (1) = 1. . Скобки поставлены для того, чтобы подчеркнуть ус- ловный, необычный смысл этого сложения. 16
Это особенность алгебры логики, вытекающая из то- го, что и для суммы двух высказываний, которая являет- ся сложным высказыванием, можно поставить только вопрос: считается ли она истинной или ложной; поэтому сумма должна иметь меру истинности или 1 или 0. Сумма двух высказываний считается ложной и рав- ной нулю тогда и только тогда, когда оба слагаемых ложны, то есть 0 + 0 = 0. Итак, «сумма» двух высказываний а + b считается истинной, если истинно или а, или Ь, или оба слагаемых. Таким образом, слово «или» обозначается знаком +. Мы этим выполняем частичку плана Лейбница о замене слов символами. В алгебре логики «сумма» а + b часто называется .дизъюнкцией и знак + обозначается знаком v (первой буквой латинского слова «vel» — или). Нет надо.бности при первом ознакомлении с новой алгеброй вводить но- вый термин и новый знак. «Суть дела (в математике) за- ключается не в названиях, а в понятиях», — учит нас великий математик Гаусс. Итак, мы рассмотрели действие сложения в алгебре логики. Произведение ab двух высказываний а и b яв- ляется также сложным высказыванием. Оно считается истинным (равным единице) тогда и только тогда, когда оба сомножителя истинны, и ложным (равным нулю), если хоть один из сомножителей ложен. Это определение произведения соответствует обычной арифметике: 1-1 = 1, 1. о =\0 • 1 = о, 0-0 = 0. Первое равенство читается так: если и а, и b истинны, то произведение ab истинно. Значит, знак умножения X или • заменяет союз «и». В алгебре логики «умножение» часто называется конъюнкцией и обозначается особым знаком Д. В на- шем изложении мы не будем этого делать. Определения сложения и умножения алгебры логики можно выразить следующими таблицами, помня, что 2 И. Депман 17
а и b могут быть истинными или ложными, значит, иметь меру истинности 1 или 0: а ь а + b а ь ab 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Установив данные определения сложения и умноже- ния, легко доказать, что все десять правил обычной ал- гебры остаются верными и в алгебре логики. Докажем в качестве примера переместительные за- коны. Для этого составим соответствующие таблицы, да- вая буквам а и b по порядку значения 1 или 0, комбини- руя их и находя по данным правилам меру истинности суммы и произведения. а ь а + Ъ b а ab Ьа 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Меры истинности сумм а + b и b + а (третий и чет- вертый столбцы) при всех возможных комбинациях мер истинности а и b совпадают, следовательно а + b и b + а в отношении истинности всегда «равны». То же происхо- дит с произведениями ab и Ьа (пятый и шестой столбцы таблицы). Дадим еще доказательство распределительного за- кона • (а + Ь) с = ас + Ьс; 18
а ь а-\-Ь с ас Ьс ас+Ьс 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 В первом, втором и четвертом столбцах содержатся все возможные комбинации значений меры истинности для а, Ь и с; в пятом и восьмом столбцах стоят значения меры истинности для выражений (а + Ь) с и ас + Ьс. Во всех случаях меры истинности обоих выражений одинаковы: если (а + Ь) с истинно (1), то так же истинны и ас + Ьс. Если (а + Ь) с ложно (0), то ложно и ас + Ьс. Значит, в отношении истинности при всех возможных комбинациях а, Ь, с имеет место распределительный закон (а + Ь) с = ас + Ьс. Так же можно проверить, что все законы обычной алгебры остаются в силе и для алгебры высказываний при указанном выше определении действий сложения и умножения. (Проверьте справедливость сочетательных законов!). Некоторые особенности алгебры высказываний В алгебре высказываний вводится действие, которого нет в обычной алгебре, — отрицание данного выс- казывания. Для каждого высказывания а существует его отрицание «не-tz», которое будем обозначать символом а (иногда для этого употребляются символы а' или ~ d)L Если высказывание а истинно (и), то его отрицание а 2* 19
ложно (л); если а ложно, то его отрицание а истинно. Это можно выразить таблицами: а | а а а и л или 1 О ли 0 1 Из определения смысла действия отрицания, именно из того положения, что из противоположных высказыва- ний а и а всегда истинно одно и только одно, следую; новые формулы алгебры логики: 11) а + а = 1, 12) аа = 0. Формулы (11) и (12) следуют из того, что из проти- воположных высказываний а и не-я всегда одно ложно, другое истинно, поэтому согласно определениям сумма их а + а истинна, произведение аа — ложно. В обычной алгебре формулы (11) и (12) не имеют смысла. В алгебре логики они существуют и позволяют при преобразованиях выражений делать указываемые в формулах (11) и (12) замены, чем значительно упроща- ют выкладки. Предупреждаем, что понятие отрицания суждения требует очень внимательного к нему отношения. Надо помнить что отрицанием данного выска- зывания называется такое суждение, которое не совмест- но с данным при любом конкретном содержа- нии его, так как высказывание и его отрицание не должны быть оба истинными или оба ложными ни при каком конкретном содержании. Пример из двух высказываний: «Никто из членов нашего третьего пионерского зве- на не стал отличником учебы», и «Все 'члены нашего третьего пионерского звена — отличники учебы». Ни одно предложение не является отрицанием друго- го, так как оба одновременно могут быть ложными. 20
В алгебре логики существуют еще другие упрощаю- щие формулы, которых нет в обычной алгебре. Вот не- которые примеры их: . . , « + ... а + а—а а 4- а = а, а-\- а-\- а, . . . , —-— ------при лю- п раз бом числе слагаемых (иными словами: па — п). Точно так же аа = а2 = а, а3 = а, аа ... а~-=^ ап а (в обоих случаях п — целое положительное число). Равенства па = а и ап = а вытекают из определений действий сложения и умножения в алгебре логики: если а означает высказывание «стол черный», то сколько бы раз мы ни повторяли «стол черный» или говорили «стол черный и стол черный», ничего иного, как высказывание «стол черный», мы не получили бы, то есть па = а и ап = а. Итак, в алгебре логики нет коэффициентов, отличаю- щихся от единицы, нет степеней выше первой; поэтому многочлены в этой алгебре проще, чем в обычной алгеб- ре, и преобразования выражений легче. Кроме того, име- ют место еще другие упрощения выкладок, из которых здесь приведем только одно, так как оно нам понадобит- ся три решении задачи 9 (стр. 46). Кроме распределительного закона обычной алгебры (а + Ь) с = ас + Ьс, в алгебре логики имеется еще другой распределительный закон: (а + с) (6 + с) = ab + с. (*) Докажем справедливость этого закона в алгебре ло- гики обычным методом применения таблицы истинности, давая буквами а, Ь, с значения единицы и нуля и рас- сматривая все комбинации этих значений (см. стр. 22) Мера истинности в седьмом и восьмом столбцах во всех случаях одинакова, формула (*) всегда верна. Можно получть еще ряд других «формул поглощения» аналогичным методом или простыми соображениями. Например: 1 + а = 1, так как, согласно определению сло- жения, в случае, когда одно слагаемое равно единице,— 21
а ь с ab а-\-с \b-Yc (а+с)(6-}-с) ab + с 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 сумма равна единице, независимо от того, будет ли а = О или а = 1. Дальнейшие примеры формул поглощения: а + ab = а(1 + Ь) = а-1 = а\ а(а + 6) = а2 + ab = а + ab = п(1 + Ь) = а - 1 == а. Формулы поглощения упрощают выкладки по сравне- нию с преобразованиями для соответствующих действий в обычной алгебре. Всё изложенное приводит к заключению: так как в<се основные формулы обычной алгебры верны и для алгеб- ры высказываний, то все преобразования, употребляемые в обычной алгебре при решении уравнений, остаются вер- ными и в алгебре высказываний (в первую очередь воз- можность почленного перемножения частей уравнений). Особенности алгебры высказываний — действие отрица- ния, отсутствие показателей степеней и коэффициентов, отличных от единицы, — должны всегда учитываться. Нужно помнить, что в алгебре высказываний мы склады- ваем и умножаем не числа, и поэтому нас не должны смущать равенства а + а = а, аа = а2 = а, 1 + а = 1 и другие, идущие вразрез с обычной алгеброй, в которой а означает число. Физическое истолкование сложения и умножения в алгебре логики Имеют ли сложение и умножение по правилам алгеб- ры логики какое-нибудь конкретное истолкование? Да. Еще петербургский физик П. С. Эренфест обратил вни- 22
мание на возможность иллюстрации этих правил на фи- зических и технических явлениях. Простейшим примером такой иллюстрации является действие выключателей. Предположим, что ток идет из какого-нибудь источни- ка Q к потребителю через выключатель 5. Выключатель может быть либо включен, либо выклю- чен. Цепь соответственно будет или замкнута, или разом- кнута. Эти два состояния представляют аналогию с ме- рой истинности высказываний (истинно или ложно). Включение выключателя и замкнутость цепи обозначает- ся единицей, а выключение и - разомкнутость цепи — нулем. Рис. 1 Аналогию можно продолжить и ввести операции, ко- торые соответствуют понятиям алгебры высказываний. 1) Можно выключатель S соединить с другим выклю- чателем S так, что при включении S выключатель S будет выключен, и, наоборот, при выключении S выключатель S будет включен. Явление может быть выражено таблицей: 1 s 1 0 0 1 Это — таблица истинности противоположных высказы- ваний. Действие такой установки показано на рисунке 2 (стр. 24). 2) Имеются два выключателя, которые соединены па- раллельно (рис. 3). Обозначим одного S, другого Т. 23
Параллельную комбинацию выключателей обозначим через 5 + Т. В результате такая комбинация выключате- лей, как и единственный выключатель, может замыкать или размыкать цепь. Если S иТ оба включены, то S + Т замыкает цепь, и мы имеем S + T= (l) + (1) = 1. Цепь будет замкнута и в том случае, если один из выключате- лей включен, другой выключен: S-4-T =1+0-1, s + t = o+i-i. Когда оба выключателя выключены, цепь будет ра- зомкнута: s = о, т = о, s + т = о + а- о. Результат действия S + Т определяется таблицей: S т S+ т 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 Это таблица истинности суммы двух высказываний. 3) Перед нами выключатели S и Т, которые соединены последовательно (рис. 4). Обозначим их совместное действие символом ST. Такая комбинация двух выключа- телей дает в результате замыкание или размыкание цепи. Цепь будет замкнута лишь в том случае, если оба выключателя S и Т включены: S = 1 и 7= 1, ST= 1-1 = 1. 24
Q s T J’/, Г=/, S-T=(1}^(l)=l J‘l, T*0, 3**7= /*<> = / Q S*0, T-1, ^*7 = 0*/-/ J=0, T = 0, S*T =0*0-0 Рис. 3 25
ST - I 0 ; T°0 ST-0 S--0 Г = 1 ST = Q S--0, 1=0, Рис. 4 ST = 0 26
Если же хоть один из выключателей не включен, то цепь будет разомкнута. Замкнутость и разомкнутость цепи выражены табли- цей: S т ST 1 1 0 0 1 .0 1 0 1 0 0 0 Эта таблица показывает меру истинности произведе- ния двух высказываний. Таблицы, которые были составлены выше, свидетель- ствуют, что операции с выключателями подчиняются правилам алгебры логики и могут быть изучаемы сред- ствами этой алгебры. В зарубежных книгах открытие этого факта приписы- вается английскому физику Клоду Шеннону. Однако, как говорилось в начале брошюры, П. С. Эренфест уже в 1910 году указал на это явление и другие возможности применения алгебры логики в технике. . * * * После краткого объяснения смысла алгебры логики можно приступить к решению, задач. Каждую задачу будем решать сначала общими рас- суждениями, арифметически, не применяя символов ал- гебры логики. Так как обычно это решение длиннее, чем решение при помощи уравнений, то, вероятно, читатель вскоре перестанет применять первый способ решения и сразу приступит к решению при помощи алгебры логики. Этим он подтвердит мысль о полезности новой алгебры.. РЕШЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ Напоминание начинающему 1) Помните, что все правила решения систем уравне- ний, известные вам из школьной алгебры, остаются в си- ле (почленное перемножение уравнений). 27
2) Если после преобразований получилось уравнение, левая половина которого есть многочлен, а в правой по- ловине стоит единица, то это означает, что по крайней мере одно слагаемое равно единице, то есть выражает ис- тину. Однако истинными могут быть и несколько слагае- мых высказываний, так как в алгебре логики (1) + (1) 4~ + (1) + ... = 1. 3) Если сумма нескольких слагаемых равна нулю, то все они выражают ложные высказывания. 4) Помните, что знак + обозначает слово «или». Все высказывания, имеющие формулу: «верно или то, или другое предположение», записываются в виде суммы, приравненной единице. 5) Высказывание, имеющее формулу «имеет место и А и В и С» и так далее, записывается уравнением АВС... = 1, так как союз «и» обозначается знаком умно- жения и соответственное сложное высказывание — про- изведением. 6) Если получилось уравнение АВС... = 1, то все пе- ремноженные высказывания истинны и А = 1, В = 1, С-1,... 7) Уравнение АВС = ® выражает лишь то, что пб крайней мере одно из высказываний А, В, С,... ложно Однако среди них могут быть и истинные высказывания . 8) Для каждого высказывания а существует его отри- цание а: если а истинйо, то а ложно, если а ложно, то а инстинно. Нельзя считать отрицание истины а отрица- тельным числом в смысле обычной алгебры. В алгебре логики отрицательных чисел нет. 9) Помните и применяйте где возможно формулы, вы- текающие из определений сложения и умножения: а + а = 1, аа = 0. 10) Помните, что при натуральном значении гт л Ц- о -4- • •. -4- CL „ —L—Z—z = па = а,ап = а. п раз И) Получив при решении задачи уравнение в виде приравненного единице многочлена, рассмотрите все сла- гаемые. Если какое-нибудь из них содержит противоре- чие, то для упрощения дальнейших преобразований от- киньте это слагаемое, как равное нулю. 28
Помня все это, принимайтесь за решение задач, при- меняя правила обычной алгебры. Задача 1. Четыре ученицы: Мария (М), Нина (N)r. Ольга (О) и Поля (Р) ходили на соревнование и заняли первые четыре места. На вопрос, кто из них какое место* занял, три девушки ответили: 1) Ольга была вторая, Поля — третья; 2) Ольга была первая, Нина — вторая; 3) Мария была вторая, Поля — четвертая. В каждом из этих трех ответов одна часть верна, дру- гая неверна. Какое место заняла каждая из четырех учениц? Решение. Задачу можно было бы решить так. Со- ставим все возможные перестановки четырех букв Л4, N, О, Р. Таких перестановок будет 24 (составьте их) Каждую из перестановок надо сравнить с тремя условия- ми задачи и найти ту перестановку, которая удовлетво- ряет им, то есть такую перестановку, чтобы в каждом из трех условий одна часть оказалась верной, другая — не- верной. Решение потребует 24 • 3 = 72 проверки. Решение можно сократить следующими рассужде- ниями. В каждом из данных трех ответов можно предполо- жить верной первую или вторую часть. Рассмотрим возможные предположения. Предположим, что верно: Ольга была вторая. При таком предположении во втором ответе было бы неверно, что Ольга была первая, и, значит, верно, что Нина была вторая; это приводит к противоречию: Ольга — вторая (по предположению) и Нина — вторая (по следствию). Значит, предположение: Ольга была вторая — ложно, а верно, что Поля была третья, так как в каждом ответе одна часть верна, другая неверна: если высказывание Ольга была вторая неверно, то верно, что Поля была третья. Если Поля была третья, то в третьем ответе неверно,, что она была четвертая, и верно, что Мария была вторая. Во втором ответе неверно, что Нина была вторая, зна- чит'верно, что Ольга была первая. Остается, что Нина1 была четвертая. К этим же результатам мы придем, начиная с любого из предположений: Ольга была первая, Мария была вто- 2&
рая, Нина была вторая, Поля была четвертая и так да- лее. Решение с помощью логических урав- нений. Вводим обозначения для высказываний: «Ольга была первая» — Мария была вторая — Л12, Нина не была первая — Поля не была вторая — Р2 и так да- лее. Приступая к решению, мы по первому условному от- вету не можем сказать, будет ли О2 = 1 или О2 = О, Р3 = 1 или Р3 = 0. Но одна часть ответа верна, то есть или О2= 1, или Рз = 1, поэтому О 2 + Рз = 1- Так же из условных ответов второго и третьего имеем: Oi + N2 = 1, М2 + Р4 = 1. Итак, имеем три логических уравнения, которые все должны удовлетворяться одновременно, то есть имеем си- стему уравнений: О2 + Рз — 1 01 + n2 = 1 е) м2 + Р4 = 1 Мы ищем ответ, в котором говорится, что: Ольга за- няла такое-то место, и Нина — такое-то, и Мария — такое-то, и Поля — такое-то. Союз «и» обозначается зна- ком умножения, поэтому мы должны получить ответ в виде произведения букв О, 7И, N, Р. Все правила обычной алгебры имеют место в алгебре высказываний. Перемножим почленно два первых урав- нения системы (*). Получаем: O2Oi + O2N2 + Р3О1 + P^N2 = 1. Это уравнение утверждает, что по крайней мере одно из слагаемых в левой части уравнения истинно и рав- няется единице. O2Oi = 0, так как это утверждение противоречиво: Ольга заняла и второе, и первое место; O2N2 = 0, так как О и N обе не могли быть вторыми.. Остается: РзО\ + P$N2 — 1. 30
Помножим это уравнение почленно на третье уравне- ние системы (*). Имеем: Р%О\Мъ + Р3О1Р4 + Р3Л/2М2 + РзМ2Р4 = 1- я В этом уравнении Р3О1Р4 = 0 и P3N2P4 = 0 (Поля не может занимать третье и четвертое место); PzN2M^ = О (Нина и Мария не могут обе занимать второе место). Остается P30iM2 = 1 или ОХМ2Р3 = 1. Ольга заняла первое, Мария — второе, Поля — третье место. Если так, то Нина заняла четвертое место, и ответ будет 0{М2Р^4 = 1. После решения задачи необходимо проверить пра- вильность ответа. Это делается, как в любой задаче, ис- ходя из условий задачи. В нашей задаче условия были следующие: в каждом из трех ответов учениц одна часть была верна, другая неверна: 1) Ольга — вторая, Поля — третья; сравнив с полу- ченным ответом, видим, что первое утверждение (О2) не- верно, второе (Р3) — верно; 2) Ольга — первая, Нина — вторая: О\ — верно, *N2— неверно; 3) Мария — вторая, Поля — четвертая: М2 — верно, Р4 — неверно. Наше решение задачи верно. Если выпустить словес- ные пояснения в решении, которые для изучающего вско- ре будут лишними, то решение задачи займет не более пяти строк. Само решение выполняется автоматически, как решение систем уравнений в обычной алгебре, кото- рое учащийся 7-го класса выполняет без рассуждений. Для решения этой задачи, как и всех аналогичных, можно составить другую систему уравнений. Второе ре- шение будет дано на стр. 49, чтобы не усложнять для начинающего на первых порах изучение нового мате- риала. 31
Не спешите с заявлением, что данное решение длин- ное. Длинно вы решали в школе в начале занятий и пер- вые системы обычных уравнений, объясняя каждое пре- образование. Решая логические уравнения, вы могли бы не писать тех произведений, в которых повторяется одна и та же буква с двумя разными индексами или две бук- вы с одинаковыми индексами: такие произведения равны нулю, и их потом пришлось вычеркивать. Следующие за- дачи вы можете решить уже гораздо короче. Упражнение 1 Задача 2. При составлении расписания на опреде- ленный день в определенном классе преподавателями были высказаны просьбы: 1) математика, желающего иметь первый или второй урок; 2) историка, желающего иметь первый или третий урок; 3) литератора, желающего иметь второй или третий урок. Как удовлетворить всем пожеланиям и можно ли это сделать одним только способом? Ответы и указания ко всем упражнениям даны на стр. 50. Упражнение 2 Задача 3. Четыре марсианки на вопрос об их возра- сте дали ответы: 1) Ми — 22 года, Me — 21 год; 2) Мо — Г9 лет, Ми — 21 год; 3) Ма — 21 год, Мо — 18 лет. Все марсианки — разных возрастов. В каждом отве- те одна часть верна, другая неверна. Сколько лет каждой из марсианок? Задача 4. Три девушки: Аня (Л), Варя (В) и Кйа- ва (А) ходили на демонстрацию. Одна из них была в красном платье, другая — в белом, третья — в синем. На вопрос, какое на каждой из девушек было платье» они дали ответ: Аня была в красном, ] Варя — в некрасном, (*) Клава — в несинем. J 32
В этом условном ответе из трех частей одна верна, две неверны. В каком платье была каждая из девушек? Решение. Решим задачу рассуждением, не поль- зуясь логическими уравнениями. В условном ответе (*) только одна часть верна. Мож- но предположить верною или первую часть (Аня — в красном), или вторую (Варя — в некрасном), или третью (Клава — в несинем). При каждом из этих предположений остальные две части условного ответа (*) должны быть неверны. Рас- смотрим вытекающие из каждого предположения вы- воды. 1) Предположение «Аня — в красном» невозможно, так как при этом предположении Варя окажется в не- красном, и в условном ответе (*) две части — первая и вторая — верны, чего не должно быть по условию задачи. 2) Предположим, что верна вторая часть условного ответа: Варя — в некрасном. При таком предположении Варя одета или в белое, или в синее платье. Аня не может быть в красном платье, так как в таком . случае в ответах (*) две части были бы верны; значит, она одета в белое или синее, то есть в некрасное, как и Варя. Значит, для Клавы остается только красное пла- тье. Итак, при втором предположении: Аня — в некрасном, Варя — в некрасно1М, Клава — в красном, то есть в несинем. Сравнивая этот результат с условным ответом (*), видим, что в нем верны две части: Варя — в некрасном (по предположению) и Клава — в несинем (следствие). Это противоречит условию задачи, по которому в услов- ном ответе должна быть верна только одна часть. Второе предположение — «Варя — в некрасном» приводит к противоречию с условием. Это предположение невоз- можно. 3) Остается только третье предположение, верна третья часть условного ответа (*), а именно: Клава — в несинем, и неверны первые две части условия (*). Если неверно, что Варя — в некрасном платье, то верно, что Варя в красном. В таком случае Клава должна быть одета в белое, а Аня — в синее платье, и мы имеем воз- можное предположение: 3 И. Депман 33
Аня — в синем, Варя — в красном, Клава — в белом платье. В этом ответе первые две части несогласны с услов- ным ответом (*), третья — согласна. Наблюдения показывают, что это рассуждение с тру- дом усваивается. Решение с помощью логических урав- нений. Введем обозначения высказываний: А к — Аня — в красном, — Варя в некрасном, /<с — Клава — в несинем платье. Условный ответ (*) выражается символом АДА;. (**) Верной может быть лишь одна из трех частей этого ответа (**), причем остальные две части неверны. Воз- можны три предположения: 1) Если верно, что Аня была в красном платье_(Ак), то неверны утверждения: Варя — в некрасном (Вк) и Клава — в несинем (Кс), и верны: Варя — в красном (Вк) и Клава — в синем (Кс)« Этот вывод выражается произведением АкВкКс. (1) Это произведение равно единице, если первое предпо- ложение верно, и равно нулю, если предположение не- верно. __ 2) Если верно, что Варя — в некрасном (Вк), то не- верны утверждения: Аня— в красном (Ак) и Клава —в несинем (Кс), а верны: Аня — в некрасном (Ак) и Кла^ ва — в синем (Кс), что выражается произведением АкВкКс. (2) Произведение (2) равно единице или нулю, в зависи- мости от того, верно или неверно второе предположение. 3) Если в (**) верна третья часть — Клава — в не- синем (Кс), то неверны утверждения Аня — в красном (Ак) и Варя — в некрасном (Вк), а верны: Аня — в не красном (Ак) и Варя — в красном (Вк). Это предполо- жение дает произведение A£?Krc. (3) 34
Какое из трех предположений (1), (2), (3) верно, мы не знаем, но знаем, что по крайней мере одно из них вер- но. Поэтому имеем уравнение: Лкадс + AkBkKz ~\АкВкКс — 1. AkBkKz = 0, так как Л и В не могли быть обе в крас- ном платье. Дк Вк Kz = О» так как при таком предположении си- нее платье занято Клавой, и для Ани и Вари не остается двух некрасных платьев. Можно было бы_ рассуждать и так: AkBkKz можно записать в виде АкВкКк ; это предположение невоз- можно, так как по нему ни одна из девушек не одета в красное, значит АкВкКк =0и равнозначное ему ВкКс = 0. Следовательно, остается: Это возможно: Ас Вк /<б — 1. Аня — в синем платье, Варя — в красном, Клава — в белом. Примечание. Словесное объяснение дано для на- чинающих изучать алгебру логики. Сколько-нибудь зна- комый с нею мог бы ограничиться следующим: в условном ответе AkBkKz можно предполагать вер- ной любую из трех частей ответа, считая каждый раз ос- тальные два неверными. Из трех возможных комбинаций АкВкКс, АкВкКс и AkBkKz по крайней мере одна вер- на, значит: AkBkKz+AkBkKz + AkBkKz = 1. Первые два слагаемые равны нулю, остается: Ак£к/Сс==1 или АсВк/<б = 1. Сравнение полученного ответа с условным (*) пока- зывает, что он удовлетворяет условиям задачи: в полу- ченном ответе при сравнении с (*) оказывается: Ас — неверно, Вк — неверно, /<б — верно. 3* 35
Задача 5. Шесть школьников С, D, Н, I, G, Т ходи- ли на олимпиаду. Двое из них решили задачи. На вопрос, кто решил, они ответили: 1) Си G; 2) D и Г; 3) Т и С; 4) D и /; 5) Н и С. В четырех из ответов одна часть верна (1), другая неверна (0); в одном из ответов обе части неверны (0 + 0). Кто из учеников решил задачи не олимпиаде? Решение без уравнений. Обозначим выска- зывания: С решил, G решил и так далее символами С, Gf... Предположение, что школьник С решил запишет- ся равенством С= 1, G не решил задач — равенством G = 0. Выясним, в каком ответе обе части неверны. 1) Положим, что в первом ответе обе части неверны, то есть С = 0, G == 0; тогда имеем: из третьего ответа, что Т решил, Т = 1, из второго D = 0, из пятого Н = 1, из четвертого I = 1, то есть предположение (1) приводит к тому, что решили трое: Я, /, Т, что противоречит усло- вию. Значит, первое наше предположение, что С — 0 и 6 = 0, невозможно. 2) Предположим, что во втором ответе обе части не- верны: D = 0, Т = 0; тогда из третьего ответа 6=1, из четвертого I = 1, из пятого Я = 0, из первого G = 0. Задачи решили Си/. Предположение (2) возможно. 3) Предположим, что в третьем ответе обе части не- верны: Т = 0, С = 0; тогда имеем: из первого ответа G = 1, из второго D = 1, из пятого Я = 1. При этом пред- положении трое оказываются решившими, что противо- речит условию; третье предположение отпадает. 4) Пусть в четвертом ответе обе части неверны. 0 = 0, / = 0. Тогда имеем: из второго ответа Т = 1, из третьего С = 0, из первого G= 1, из пятого Я = 1. Ока- залось трое решивших; предположение (4) невозможно. 5) Пусть в пятом ответе обе части неверны: Я = 0, С = 0. Тогда имеем: из первого ответа G = 1, из третьего Т = 1, из второго D = 0, из четвертого I = 1. Опять ока- 36
залось трое решивших, что делает пятое предположение невозможным. Итак, возможно только одно решение: решили Си/, С/ = 1. Проверка решения по пяти условиям задачи показы- вает, что решение CI = 1 верно и оно единственное. В ответах: в первом: С решил, G не решил; во втором: D не решил, Т не решил; в третьем; Т не решил, С решил; в четвертом: D не решил, I решил; в пятом: Н не решил, С решил. В одном ответе (втором) обе части неверны, в осталь- ных — одна часть верна, другая неверна. Решение CI = 1 удовлетворяет всем условиям задачи. Решение при помощи уравнений. Усло- вия задачи можно записать так: CG = DT = ТС = DI = НС = 0. (*) (С + G) (D + Т) (Т + С) (D + /) (Я + С) = 0 (**) Равенства нулю в (*) следуют из того, что в каждом произведении по крайней мере один сомножитель равен нулю. В произведении (**) одна из скобок (неизвестно которая) равна нулю (0 + 0, оба слагаемых ее нули), остальные четыре скобки равны единице (0 + 1). Раскроем скобки в (**) и уничтожим на основании (*) отдельные слагаемые: перемножим первый сомно- житель на второй, результат — на третий, новый резуль- тат — на четвертый, третий результат — на пятый со- множитель: (С + G) (D + Т) = CD + СТ + G/?H- GT = = CD 4- GD + GT, так как СТ = 0 по (*); (CD+GD + DT) (Т + С) = CDT + GDT + DT2+ + СЮ + CGD + CDT = GT + CD, так как по (*) DT = CG = СТ = 0, a DT2 + C2D = GT + CD; (GT + CD) (D + I) = GTD + CD2 + GTI + CDI = CD, 37
так как по (*) DT — DI = 0, a GTI — 0 потому, что GTI означает, что задачу решили трое, что неверно; CD (Я + С) = CDH + C2D = CD Итак, левая часть выражения (**) равна CD и со- гласно условию** CD = 0. Можно этого результата добиться гораздо скорее. Представим, что в выражении (**) все скобки раскрыты. Получается многочлен, отдельные слагаемые которого по- сле замены степеней букв первыми степенями их содер- жат два, три, четыре или пять множителей, например: CD, CDI, CDTI, CDTIH. Произведение из трех, четырех или пяти букв озна- чает, что решили 3, 4 или 5 учеников, что по условию за- дачи неверно, и такие произведения равны нулю. Нам не- обходимо найти в развернутом выражении (**) только слагаемые, состоящие из двух букв. Таким произведени- ем будет только С3£>2 = CD. Итак, по раскрытии скобок в выражении (**) и от- брасывании всех слагаемых из трех, четырех и пяти букв, равных нулю, имеем в дополнении к (*) еще СЯ = 0. По смыслу задачи мы должны получить произведение двух из содержащихся в условии букв, равное единице. Полученные же пока уравнения имеют в правой части нули. В уравнении (**) правая часть есть нуль, потому что четыре скобки равны каждая единице, одна скобка равна нулю. Мы не знаем, какая из скобок дает нуль. Если мы из пяти множителей выражения (**) соста- вим все произведения по четыре множителя в каждом произведении, то таких произведений будет пять: (С + G) (£> + Л (T + Q (£> + /), (С+ G) (П + Л (Т+С) (Я+ С), (С+ G) (Р + Л (£> + Л (Я+ С), (С+ G) (Т + С) (/) + /) (Я+ С), (£> + л (Т + С) Р + /) (Я + С). 38
Четыре из пяти скобок равны единице, одна скобка равна нулю, так как в ней оба слагаемых равны нулю. Такая скобка войдет в четыре произведения и обращает их в «нуль; в одно из пяти произведений она не войдет, и это произведение равно единице (например, если С + О = 0, то пятое произведение равно единице, если D + 7 = 0, то четвертое произведение равно единице и так далее). Следовательно, одно из пяти произведений равно единице, и сумма fC+G) (D‘+T) (7-ф-С) (D + /) + + (С+ G) (D + Т) (7 +С) (Я+С) + + (С + G) (D + Т) (D + 1)(Н+С) + + (С+ G) (Т + С) (£> + /) (Н + С) + + (D + Т) (Т + С) (£>Ч~/) (Я + С) = 1. Предполагая, что в каждом из слагаемых раскрыты скобки, выпишем в получаемых многочленах слагаемые, состоящие из двух букв (таковые из трех или четырех букв равны нулю). Имеем из первого слагаемого C2D2 = CD = 0; из второго слагаемого C3D = CD — 0 и С37 = СТ = 0; из третьего слагаемого СЧ)2 = CD = 0; из четвертого слагаемого С3/) = CD = 0 >и С3/ = CI (равенства нулю CI имеющиеся у нас уравнения не да- ют!) ; из пятого слагаемого С2/)2 = CD = 0. Итак, из левой части уравнения (***) осталось только CI, и мы имеем С1= 1. Ответ. Задачи решили Си/. 3 а д а ч а 6. У автора брошюры в детстве было четыре друга/Звали их Альберт, Карл, Дидрих и Фридрих. В один из осенних дней они впервые переступили порог школы. Учительница сказала им, что с этого дня она бу- дет их называть по имени и фамилии. Оказалось, что у друзей фамилии те же, что и имена, только так, что ни у кого из них имя и фамилия не были одинаковы. Кроме того, фамилия Дидриха не была Альберт. Определить фамилию каждого из мальчиков, если дано, что имя 39
мальчика, у которого фамилия Фридрих, есть фамилия того мальчика, имя которого — (фамилия Карла. Решение при помощи уравнений. Усло- вимся обозначать имена первыми буквами и фамилии указателями при обозначении имени. Так, если имя мальчика Л, а фамилия С, то это за- пишется символом Ае и Ас =1; если же фамилия маль- чика с именем А не С, то Ас = 0. При такой записи по условиям задачи Дл = Сс = Dd — Ff = Da = 0. По последнему условию задачи есть: мальчик по име- ни X с фамилией F, мальчик по имени Y с фамилией X и мальчик С с фамилией У, иными словами xfrxcr=i. Непосредственный путь для нахождения значений X и У (состоит в подстановке вместо X и У по порядку всех четырех букв А, С, D, F, то есть в вычислении сум- мы (суммирование обозначается символом 2). 2 АД. YxCy ПРИ замене X и У буквами Л, С, D, F. Для привития навыков вычисления и рассуждения по- лезно выполнить подстановки, хотя, как увидим далее, можно обойтись без них. Делаем подстановки. Ясно, что ХфС, X=FF, Y=FC, Y=FF, так как нет двух мальчиков с одинаковыми именами или с одинаковыми фамилиями. Остается в 2 XF YxCy вместо X и Y подставлять толь- ко Л и D. Начнем с подстановки в первый множитель X = А и X = D- 2 xF Yxcy— 2 AF yх Cy+2 df yx Cy — af 2 yx cy 4- + Df^YxCy= (AF+DF)^YxCy (ЛР и Dp как постоянные множители можно вынести X Г Г за знак 2)- Аналогично делаем подстановку в последнем множи- теле: ^f + Df^Yx(Ca + Cd) = {Af+Df^Ca+Cd^Yx^ = (л F сА + Л F CD + Df Са Д- Df cd ) 2 Yx. 40
Подставляя в Ух значения А и D для У и X, имеем: (ЛгСл-|-ЛгСо+ DfCa^DfCd) (Аа + Ad^Da -фОо) = = (AF СА + Ар СD -ф- Dp СА -|- Dp СD) Ad (так как Аа = DA = Dd = Q) = AfCaAd + AFCDAD+ A-DfCaAd + DfCdAd = DfCA Ad, поскольку AfCA AD= = 0, AfCdAd = 0 (у двух мальчиков не может быть одно и то же имя A),DfCdAd=Q (у двух мальчиков не может быть одна и та же фамилия D). Итак, О,Л„Сл-1: D имеет фамилию F, А имеет фамилию D, С имеет фамилию Л, F имеет фамилию С. Ответ соответствует всем условиям задачи. Второе решение. Надо решить уравнение УхСу = 1, в котором видно, что X и Y могут получить только значение А и D. Так как произведение X fYxCy = 1, то все множители равны единице и Yx — 1. Подстановка вместо X и Y букв • А и D может дать только два результата — AD и DA. Dл= 0 по условию. Остается единственная возмож- ность Ad = 1, то есть в уравнении Yx = 1, Y = Л, X == D. Это решение легко выразить рассуждениями без урав- нений. Задача 7. В журнале «Техника молодежи» (№ 5 за 1960 год) была предложена задача. При решении одной задачи ученики дали три ответа: 1) X есть число иррациональное, равное площади пра- вильного треугольника, у которого сторона а = 2; 2) X — число кратное 4 и равно радиусу окружности, длина которой 2; 3) X < 3 и равно диагонали квадрата, сторона кото- рого 2. В каждом из ответов одна часть верна, другая не- верна. Чему равно X? 41
Замечание. Упростим выражение вторых частей ответов. 1) Площадь правильного треугольника, сторона кото- рого равна 2, есть —д—]/ 3 = У 3 . 2) Радиус окружности, длина которой 2, дает: 2т: г = 2 , Г = ~ . 3) Диагональ квадрата, сторона которого равна 2» есть 2 У 2 . После этого условные ответы задачи можно записать так: 1) X — число иррациональное, равное ]/ 3 ; 2) X кратно четырем и равно —; 3) X < 3 и равно 2 У 2 . Решение без применения уравнений, так как при предположении X = У 3 мы име- ли бы <в первом условном ответе обе части верные, .а имен- но: X = |/з^которое является иррациональным числом. Первый ответ не соответствует условию. 2) Третий ответ также невозможен, так как 2У 2 < 3, и при предположении, что X = 2 У 2 в этом ответе, обе части верные. 3) Второй ответ удовлетворяет условию задачи: при предположении, что X = — первая часть условного от- вета «X кратно 4» неверна, так как кратным числа 4 мо- жет быть только целое число, а вторая часть ответа верна. О т в е т: X = ~~. Он удовлетворяет всем трем условиям: 1) число иррациональное, но не равно У~3. Зна- чит, в первом условном ответе первая часть верна, вторая неверна; 2) во втором условном ответе вторая часть верна, первая неверна: X = —, но — не является кратным 4; 42
3) в третьем условном ответе первая часть верна: — = — < 3, но вторая часть неверна: Ф 2]/ 2 . Очевидно, редакция журнала ожидала такого реше- ния. Решение при помощи уравнений. Вве- дем обозначения для высказываний: [/]—X число иррациональное, [ V 3 ] —X равно V 3 , Кр. 4] — X кратно 4, Г И V 1 — —X равно —, < 3] — X меньше 3, [2 V 2] — X равно 2 ]/ 2 . Как и при решении первых з?адач, имеем систему уравнений: и+ггз-]^, [кр. 4]+[^] = 1, [<3] + [2/-Т] = 1. Почленное перемножение первых двух уравнений дает: И [кр. 4] + [ J] [4-]+ [Цз-] [кр. 4] + [ЦТ] = [/] [кр. 4] = 0, так как число X не может быть одно- временно иррациональным и целым; г „ г 1 1 * 1 [J] — — возможно, так как — иррациональное чис- ло; ____ ___ [Vз ] [кр. 4] = 0, так как 3 не кратно 4; ,__ ГЯ1 1 П .----- [ ЦТ] — =0, так как “ Ц 3 . Уравнение получает вид: = 1 . 43
Таким образом, получено, что X =— ,которое есть иррациональное число. Проверим, не противоречит ли этому третье условное уравнение. Перемножим почленно полученный результат с третьим условным уравнением: В нервом слагаемом нет противоречий: — — числ иррациональное и меньше 3, второе слагаемое [/] [-- г г—1 ~ 1 1 В нервом слагаемом нет противоречий: — — число [ 2 Д/" 2 ] = 0, так как оно утверждает, что X = ~==У14’ и в то же время равно 2 ]/2. Последнее неверно. Итак, имеем для значения X уравнение: и[4-]кз] = 1, *=4- Задача 8. В велогонке участвовали пять учащихся и заняли первые пять мест. На вопрос, кто из них какое место занял, ребята ответили: 1) Сережа (S) занял второе место, Коля (К) — третье; 2) Надя (AQ — третье, Толя (Т) — пятое; 3) Толя (Т) — первое, Надя (N) — второе; 4) Сережа (S) — второе, Ваня (V) — четвертое; 5) Коля (К) — первое, Ваня (V) — четвертое место. В каждом ответе одна часть верна, другая неверна. Найти, кто какое место занял. Решение без уравнений. Если верно, что Сережа занял второе место, то в третьем ответе неверно, что Надя заняла второе, а верно, что Толя занял пер- вое место. Но тогда по 4 ,и 5 ответам Коля занял первое место, что невозможно, так как это место занял при сде- ланном предположении Толя. Предположение, что Сере- жа занял второе место, невозможно. Если это предположение невозможно, то по первому ответу верно, что Коля занял третье место. По пятому от- вету утверждение, что Коля занял первое.место, неверно; значит, Ваня занял четвертое; по второму ответу предпо- ложение, что Надя заняла третье место, также неверно; значит, Толя занял пятое место,’ а по третьему ответу 44
Надя — второе. Итак, при сделанном предположении заняли места: Коля — третье, Ваня — четвертое, Толя — пятое и Надя — второе. Следовательно, Сережа занял первое место. Решение при помощи уравнений. При употреблении введенного нами в предыдущих задачах способа обозначать высказывания символами, имеем: 1) 52ед = 1 ед=о 2) 2V3 +A6=l 3) Л + М = 1 ледо 4) s2 + ед 1 и s, едо () 5) едед1 АЛ к 0 Почленное перемножение второго и третьего уравне- ний дает: 6) N3T 1 + Л/3Л/2 + Т$Т\ -|- Т$N% = N3T1 Т2 — 1 (N3N2 = 0 и Т5Л = 0, как выражающие невозможные высказывания). Почленное перемножение уравнений (4) и (5) дает: 7) S2Ki + S2V4 + V4Ki + V4 = S2Ki + V4 = 1, так как S2V4 = 0 и V4Ki = 0. Почленное перемножение уравнений (1) и (6) дает: 52МЛ + адм + ММ Л + МЛМ = 1, а так как s s2n2 = о, ММ = о, то имеем: 8) адл+м^м-i. Почленное перемножение результатов (7) и (8) дает. + S2K.K3 ВД+ ед2МЛ + ед ВД = 1; первое, второе и третье слагаемые равны нулю, как со держащие к, т\ -- о, к>к3 = о, ед = о. Остается = 1 или 9) S^K.V.T, = 1. 45
Ответ. Сережа был первым, Надя — второй, Коля — третьим, Ваня — четвертым, Толя — пятым. Проверьте выполнение всех пяти условий задачи: в каждом условном высказывании одна часть верна, дру- гая неверна. Задача 9. Семья, состоящая из отца Л, матери В и трех дочерей — С, D и Е, — купила телевизор, Услови- лись, что в первый вечер будут смотреть передачи в та- ком порядке: I) когда отец А смотрит передачу, то мать В делает то же; II) дочери D и Е, обе или одна из них, смотрят пере- дачу; III) из двух членов семьи — мать В и дочь С — смот- рит передачу одна и только одна; IV) дочери С и D или обе смотрят* или обе не смот- рят; V) если дочь Е смотрит передачу, то и отец А и дочь D делают то же. t Кто из членов семьи в этот вечер смотрел передачу? Решение. Обозначим буквами А, В, Cf D, Е выска- зывания (предположения): что А, В и так далее.смот- р я т передачу; тогда А, В, С, D, Е означают, что А, В и так далее не смотрят. Имеем: 1) на основании первого условия имеет место одна из возможностей: либо отец и мать вдвоем смотрят, либо отец не смотрит, а мать смотрит, либо оба не смотрят, то есть АВ + АВ + АВ = 1; но АВ-+АВ + АВ =АВ + А(В + В) = АВ-±А = 1 (так как В + В = 1); имеем уравнение Л+ЛВ-1. (1) 2) Из второго условия имеем DE + DE + DE=^ 1; E(D + D) +DE = E + DE, то есть e+de=\. (2) 46
3) Третье условие дает уравнение вс + вс=1. ~ (3) 4) Четвертое условие DC + DC=1. (4) 5) Из пятого условия имеем: если дочь Е смотрит пе- редачу, то имеем EAD-, если же Е не смотрит, то остают- ся возможности, что А и D оба или смотрят, или оба не смотрят, или смотрит только отец Л, или только -сестра D. Имеем: EAD + EAD + EAD + EAD + EAD =-- = EAD + ED (А + Л) + ED (Л + А) = - EAD-YED + ED = EADA-^(D + D) = EAD-j-Ё, отсюда EAD + E=1. % (5) Использование второго распределительного закона дает возможность упростить уравнения (1) и (2), как бу- дет показано во втором решении этой же задачи. Все пять уравнений должны удовлетворяться одно- временно, поэтому (71 + ЛЯ) (£ + DE) (BC-^BC) (DC + DC) (EAD+E)=A. Раскрытие скобок можно произвести в любом по- рядке: а) перемножаем почленно (2) и (5): E + DE= 1 , E-\-EAD = 1, ЕЁ + DE + ЕА D + EADE = 1. (квадраты заменены первыми степенями); если учесть, что £Я = 0, то остается DE+ EAD^i. (I) 47
б) перемножаем почленно (3) и (4): ВС + ВС = \, DC-^DC = 1, ВС DC + BCD + BCD + BCDC = 1 или BCD + BCD = 1 ; в) перемножив (I) и (1): DE + EAD = 1, а + ав = \, (И) имеем DEА 4- DEAB ЕАDA + EADB = 1; EADA—Q и ADE + ABDE~\-ABDE = = ADE + ABD (Ё+Е)^ ADE-\- ABD и ABD-\-ADE=\, (III) г) перемножив почленно (II) и (III): BCD + BCD = 1, ABD + ADE = 1, имеем BCDAD + BCDAB 4- BCDADE-}-BCDAE= 1 или ABCDE = 1. Ответ. Передачу смотрели только дочери С и D. Решение будет гораздо короче, если помнить форму- лы поглощения алгебры высказываний (стр. 20): аа = 0, а 4- а = I для любого высказывания а и его отрицания. Ограничимся решением этой одной более сложной за- дачи. Таких задач, и гораздо более сложных, решаемых при помощи алгебры логики, можно было бы дать много. Методические соображения заставляют воздержаться по- ка от этого 48
ПРИМЕЧАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ И ОТВЕТЫ К УПРАЖНЕНИЯМ Второй способ решения задачи № 1 Для упражнения в решении логических уравнений можно предложить второй способ решения нашей задачи. Согласно первому условному ответу, верно одно из двух: или Ольга — вторая, и тогда Поля не третья, или Ольга не вторая, но Поля — третья. Иными словами, из двух произведений О2Р3 и О2Р3 одно верно, но которое из них верно, нам неизвестно. Но верно равенство оЛ+о2Л = 1. Из других условных ответов получаем подобные же уравнения: + OrN2 = 1 М2Р, + М2Р,= L Имеем систему уравнений: O2PS + О2Р3 = 1 OtN2 + OiM = 1 (**) м2р< + Ял = i. .2 Перемножим почленно два первых уравнения: О2Р3О1Я + О2Р,О^2 + О2Р3О^2 + = 1; O2PiOlN2 — 0 (Ольга не может занимать два места); O2P3OXN2 = 0 (Ольга и Нина не могут занимать обе второе место). Остается уравнение: О2Р3О1М + О2РЪО^2 = 1. Умножение его почленно на третье уравнение систе- мы (**) дает: О2Р3О^2М2Р, 4- O2P3O1N2M2Pi + О2Р2О^2М2Р, + + о2р.ДмЯЛ = 1. 4 И. Депман 49
Второе и четвертое слагаемые равны нулю, так как содержат противоречие Р3Р4, третье слагаемое равно ну- лю, как содержащее противоречие N2M2. Остаётся O^O^M.P^l, или О±М2Р3 = 1, или О±М2Р^=\. Упражнение 1 Задача 2. Решение системы приводит к уравнению МХЛ2И^ + ИгМ2Л^ 1. Оба слагаемых удовлетворяют условиям задачи. Здесь мы имеем равенство (1) + (1) = 1. Возможны два варианта расписания. Ответ. М\Л2Из = 1. И\М2Л 3=1. Найдите эти ответы рассуждением. Упражнение 2 Задача 3. Обозначайте высказывания символами Ма2\, Ми22 и так далее. Ответ. Ма — 21 год, Ми — 22 года, Мо — 19 лет. Me— 18 лет. Решайте задачу рассуждением. Примечание к решению задачи 4. Мы приводим его только для того, чтобы дать пример вычис- ления, который может быть использован и в других зада- чах. Предположим, что рассуждениями, приведенными в решении, мы пришли к результату: АкВкКс + АкВкКс^ 1. (1) Дальнейшие же соображения, использованные при ре- шении, не пришли в голову. Дальше можно поступать следующим образом. Имеем (2) 50
так как это уравнение выражает тот несомненный факт, что одна из девушек была в красном платье. Перемножим почленно уравнения (1) и (2). Имеем: АкАкВкКс + АкАкВкКс^ВкА^ВкКс-уВкАкКс+КкАкВкК<:+ + КкАкВЛ=1. Первое, второе и третье слагаемые равны нулю, как содержащие АКАК или ВКВК\ пятое и шестое слагаемые также равны нулю, как содержащие противоречия КкКс и КкВк. Остается равенство: АкВкКс=\. (3) Отсюда уже следует ответ: ВкАсКб. Этот ответ можно получить и выкладками. Имеем оче- видные равенства: Аб-[~ Вб + Кб — 1 и Ас~1~ Вс Кс — 1. Умножив почленно уравнение (3) на первое из этих очевидных равенств, а результат — на второе равенство (проделайте для упражнения эти выкладки!), получим, после отбрасывания равных нулю слагаемых, АкВкКсКбАс = 1. Так как множители Ак и Кс поглощаются значениями Ас=1 и Кб~ 1 (А&и Кене могут быть равными нулю, так как произведение равно 1), то имеем ЛсВкКб= 1. Ответ получен при тТомощи Одних только выкладок. Второе решение задачи 9. В системе урав- нений (1 до 5) можно упростить два первых уравнения при помощи формулы, которая часто применяется: (Л + Л)(5+А)=АВ-]-АА + АВ + А = АВ-ф-~А (В + Г) = - АВ + А- применяя это равенство в обратном порядке, имеем: АВ + А = (Л + Д)(В + Д)=Ь(^ + Л)=-^ + Л. 4* 51
Полученное равенство есть частный случай второгд распределительного закона (Д + В) (В + С) = АС^В. Итак, формула (1) первого решения получает вид в-4-д = 1. Формулу (2) можно упростить аналогично: (Г> + £) (E + £)=DE + E = (D + E)-1 =d + e. Формула (2) принимает вид Г> + £=1. Получаем для решения задачи 9 систему уравнений: 1) В + Д = 1, 2) D + Е = 1; преобразованиями, данными в первом решении, полу- чаем: 3) ВС + ВС= 1, 4) CD-\-CD = 1, 5) EAD-\-E = 1. Из (1) и (2): &О + ЛГ)+^£ + Л£= 1. Из (3) и (4): BCCD + BCD+BCD-]-BCCD= — BCD-у- BCD=\. Перемножая почленно полученные выводные уравне- ния, имеем: BDBCA-BDCD+AD В С+A.DBCD-+ BE BCD+BECD+ +AEBCD+AEBCD = ADBC+BECD+AEBCD+ +AEBCD = 1. Умножая этот результат почленно на (5), то есть EAD+E = 1, имеем: ADBCEA+ADBCE+BECDEAD+BECDE+AEBCDA + + AEBCDE + AEBCDAD+AEBCDE== 1. 52
Все слагаемые, кроме второго, равны нулю, как содер- жащие произведение одного из высказываний на его от- рицание; остается ABCDE= 1, то есть DC = 1; смотрели передачу D и С. МАШИНА ИЛИ НАУКА ЛЕНТЯЕВ? Мы решили несколько задач. Почти для всех рассмот- ренных примеров было показано, как решение задачи мо- жет быть достигнуто без символики и приемов алгебры логики, когда счастливая догадка подсказала способ рас- суждения. Такая возможность не лишает алгебру логики ее значения. По этому поводу поучительно вспомнить рассуждения академика А. Н. Крылова по вопросу о вза- имоотношениях математики и техники. Встречались представители техники, которые недооце- нивали значения математики. Они ссылались на тот факт, что, например, «в средние века и в древности воз- водились неподражаемые дворцы и храмы, поражающие не только размерами, красотою форм и линий, но и лег- костью сооружения, разумным использованием материа- ла, соблюдением даже в деталях, например в контрфор- сах, истинных принципов строительной механики, кото- рой тогда не было, да и быть не могло, так как даже пра- вило параллелограмма сил известно не было».1 Это вну- шало противникам математики мнение, что математика в сущности есть переливание из пустого в порожнее, ибо «всё, что в ней есть, взято из ее основных, до тривиально- сти очевидных, аксиом; значит, всеобъемлющий ум видел бы сразу в этих аксиомах и все их следствия, то есть — всю математику».1 2 На это А. Н. Крылов отвечает: «Д а, ум всеобъем- лющий (разрядка наша. — И. Д.) это видел бы, но известно, что ум человеческий ограничен — глупость беспредельна. Математика и нужна уму ограниченному, как подспорье для правильных умозаключений».3 1 А. Н. Крылов. Прикладная математика и ее значение для техники. Изд. АН СССР, 1931, стр. 5. 2 Там же, стр. 6. 3 Там же. 53
К этим словам А. Н. Крылова можно добавить сле- дующее. В минувшие века чудеса архитектуры возводи- лись в тех случаях, когда находился гениальный строи- тель. Люди вроде Леонардо да Винчи рождаются редко. Поэтому и чудеса архитектуры возникали с большими перерывами во времени. В наши дни, когда ежегодно воз- водятся десятки высотных зданий, нельзя рассчитывать на гениев, а нужно, чтобы эти здания могли строить Ива- нов и Петров — люди, не относящиеся к гениям. Им для возведения высотных зданий необходимы большие знания по математике. Совершенно так же обстоит дело с решением задач, приведенных выше. Встречались студенты, которые лег- ко, без символического аппарата, решали предлагаемые примеры, но таких было мало. У подавляющего же боль- шинства не хватало догадки для решения этих задач. Ре- шение их им стало доступным только при помощи пред- ложенных основ алгебры логики. Естествен вопрос: нельзя ли приобрести способность догадки, которая помогла бы решить любую задачу? Бытописатель насекомых Жан Анри Фабр (1823— 1915), член-корренспондент Парижской академии наук, лауреат Нобелевской премии, награжденный за литера- турную деятельность двумя орденами Почетного легио- на, в одной из своих книг пишет: «Если мне выпало на долю написать страницу-другую, которые читатель про- бежал без скуки, то я обязан этим в большой степени математике, этой удивительной учительнице в искусстве направлять мысли, приводить в порядок неупорядочен- ное, выкорчевывать глупости, фильтровать грязное и дать ясность — эту высшую форму из всех качеств риторики. Но она (математика) не создает способности догадки или остроумия — тот деликатный цветок, который рас- тет не на всякой почве и распускается так, что никто не знает, как».1 Ту же мысль на более прозаическом языке выражает талантливый современный венгерский математик Д. Пойа в книге, изданной на русском языке под названием «Как решить задачу?» 1 Сборник «Обучение и воспитание в школе». Ленинградский го- родской институт усовершенствования учителей, Л., 1946, стр. 139. 54
После ряда примеров решения задач в результате удачных догадок автор дает параграф, которого чита- тель ожидает с первой страницы книги: «Правила, как делать открытия. Первое правило — надо иметь способности, а наряду с ними и удачу. Второе правило — стойко держаться и не отсту- пать, пока не появится счастливая идея... Установить безотказно действующие условия или правила эвристики, которые позволили бы решить все математические зада- чи, было бы куда более желательно, чем найти философ- ский камень, которого тщетно искали алхимики. Такие правила творили бы чудеса, но чудес не бывает. Найти безотказно действующие правила, применимые ко всем возможным проблемам (разрядка наша. — И. Д.), — это старая мечта, «но мечта, которая навсегда останется только мечтой... Но эвристика может стремить- ся изучить типичные приемы и процессы (умственные операции, ходы, шаги), полезные при решении задач.;. Собрание таких вопросов и советов, сформулированных в достаточно общем виде и расположенных в четкой после- довательности, возможно, менее ценно, чем философский камень, но зато такой список — вещь реальная, и может быть составлен».1 2 Этот вывод Пойа равносилен тому совету, который каждый учитель дает учащимся, нередко заявляющим, что их «не научили решать задачи». Научить решать лю- бую задачу невозможно, но научиться решать задачи, не содержащие особенных трудностей, можно. Алгебра логики вносит значительный вклад в сокро- вищницу полезных приемов для решения задач, притом таких, которые другими средствами не решаются или ре- шаются с большим трудом. Однако не следует, как иногда бывает, отрицать значе- ния решения задач обычными логическими рассужде- ниями. Развитие логического мышления, которое в чистой форме применяется при арифметическом решении задач, является важной задачей при изучении математики. В 1 Эвристика — система логических приемов и методических правил теоретического исследования. 2 Д. Пойа. Как решить задачу. Учпедгиз, М., 1959, стр. 141.. 55
этой связи можно привести рассказ знаменитого Эйн- штейна из его биографии. 4 Гимназист 1-го класса Альберт Эйнштейн в переменах между уроками слышал, что старшие ученики говорят об уроке алгебры. Он спросил дома у дяди, что это за ал- гебра? Дядя ответил: «Алгебра — это арифметика лен- тяев. Им лень думать, поэтому они обозначают искомое число какой-нибудь буквой, делают механически разные преобразования и получают ответ». Отстаивать «честь» алгебры нет надобности. И обыч- ная алгебра, и алгебра логики облегчают решение задач, которые арифметически часто решаются при помощи сложных рассуждений, алгебраически же — просто. Но бывают и такие задачи, которые арифметически решают- ся проще, чем алгебраически. Арифметика есть школа мышления, поэтому арифметическое решение задач не теряет своего значения. Верно говорят, что «алгебра есть самая хитрая и полезная машина, придуманная челове- ком». В наше время машинной техники следует усвоить искусство пользования этой «машиной», тем более что, как рассказано выше, без нее многие вопросы оказываются трудно решаемыми. * ♦ *
Замеченные опечатки Страница Строка Напечатано Следует читать 11 ! 14 снизу! пространения, как и все другие пере- довые взгляды потребителем новой логики. Не мень- шую, если не боль- 21 4 снизу! получть получить Заказ № 348 а