逻辑谜题

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逻辑谜题

前言

本章中的很多谜题是和所谓的条件陈述打交道。条件陈述的形式是“如果P则Q”,其中P和Q是我们所考虑的两个陈述。进入这类问题之前,我们必须小心翼翼的澄清一些可能会产生的误解。这类陈述的某些事实大家都同意,但也有一些事实的看法分歧貌似还很大。

我们来看一个具体的例子。考虑如下的陈述:

(1) 如果约翰有罪,那他妻子也有罪。

每个人都会同意,如果约翰有罪,而且(1)为真,那么他妻子也有罪。

每个人也会同意,如果约翰有罪,而他妻子无罪,那(1)肯定是假的。

现在,假定已知他妻子有罪,但不知道约翰是不是有罪。你认为陈述(1)是真还是假呢?你是不是会说,不管约翰有罪无罪,他妻子无论如何总是有罪的?或者你会这样说:如果约翰有罪,那他妻子有罪;如果约翰无罪,那他妻子也有罪?

如此使用语言的实例,在文学中比比皆是。卢迪亚德・吉卜林的故事《里奇-提奇-塔维》中,眼镜蛇对已经被吓的魂飞魄散的一家人说:“如果你们搬走,我会进攻;如果你们不搬走,我也要进攻。”这句话就是“我要进攻”的意思,不多不少,正正好好。还有禅宗法师德山宣鉴的故事。别人问他问题或者不问他问题,他回答都是抡起禅杖便打。他的名言就是:“道得也三十棒,道不得也三十棒。”

结论就是,如果陈述Q本来为真,那陈述“如果P则Q”一定为真,陈述“如果非P则Q也为真。

所有情况中最有争议的是这种情况:假定P和Q都假,那陈述“如果P则Q”是真还是假?是不是还与P和Q是怎样的陈述有关?回到我们的例子,如果约翰和他妻子都无罪,那陈述(1)应该被认为是真的,还是假的?我们稍后回到这个非常关键的问题。

一个相关的问题是这样的。我们已经都同意,如果约翰有罪而且他妻子无罪,那陈述(1)必定是假的。反过来说也对吗?也就是说,如果(1)为假,是不是可以得出约翰有罪而他妻子无罪?再换个说法,是不是(1)为假的唯一可能性就是约翰有罪而他妻子无罪?好吧,根据大多数逻辑学家、数学家和科学家使用“如果……那么……”的习惯,答案是“是的”,我们也将采用这一约定。换句话说,给定任意两个陈述P和Q,我写出“如果P则Q”的时候,我无非就是在说“不会P真而Q假”。特别的,如果约翰和他妻子都无罪,那(1)就被认为是真的。因为这一陈述是为假的唯一可能性是约翰有罪而他妻子无罪。而如果约翰和他妻子都无罪的话,这一可能性自然不成立。换句话说,如果约翰和他妻子都无罪,肯定不是约翰有罪而他妻子无罪的情形,所以陈述不会是假的。

下面这个例子就更怪异了:

如果孔夫子出生在德州,那我就是德古拉。

陈述(2)想要说的是,并非孔夫子出生在德州,而我不是德古拉。孔夫子不是出生在德州,这是事实。所以(2)应当被看成是真的。

还可以换个方法来看这个问题。只有一种情况下(2)是假的,即孔夫子出生在德州而同时我又不是德古拉。既然孔夫子不是出生在德州,所以不会出现“孔子出生在德州”而且“我不是德古拉”的情况。换句话说,(2)不可能假,它肯定是真的。

现在,让我们考虑任意两个陈述P和Q,以及它们组成的如下陈述:

(3) 如果P那么Q。

这一形式的陈述用P->Q来表示,也可以读作“P蕴含Q”。使用“蕴含”这个词可能不怎么恰当,不过它已经在大量文献中这么用了。我们已经讲过,这一陈述要讲的就是:不是P真而Q假。于是我们得到如下事实:

事实一:如果P假,那么P->Q自动为真;
事实二:如果Q真,那么P->Q自动为真;
事实三:有且仅有一种情况P->Q为假,就是P真而Q假。

事实一有时被演绎为:“一个假命题蕴含着任何命题”。这一说法使很多哲学家感到相当震惊(更详尽的讨论在第十四章的244题)。事实二有时被演绎为:“真命题被任何命题蕴含”。

总结为真值表

给出任意两个陈述P和Q,那么总有四种可能性:(1) P和Q都为真;(2) P为真而Q为假;(3) P为假而Q为真;(4) P和Q都假。 这些可能性中有且仅有一种成立。那我们考虑这个陈述:“如果P则Q(符号表达式为P->Q)”,能不能确定这四种情况中,哪些情况下该陈述成立,而哪些情况下该陈述不成立?当然是可以的,分析如下:

  • 情况一:如果P和Q都为真。此时Q为真,根据事实二,P->Q成立;
  • 情况二:如果P真而Q为假。根据事实三,P->Q不成立;
  • 情况三:如果P为假而Q为真。根据事实一(也可以根据事实二),P->Q成立;
  • 情况四:如果P和Q都假。根据事实一,P->Q成立。

这四种情况可以用下面所谓的蕴含真值表来总结:

情形 P Q P->Q
(1) T T T
(2) T F F
(3) F T T
(4) F F T

第一行T/T/T(真/真/真)是指,如果P真Q真,则P->Q为真;第二行T/F/F是指,如果P真Q假,则P->Q为假;第三行是说如果P假Q真,则P->Q为真;第四行是说如果P假Q假,则P->Q为真。

我们注意到在四种情况下,有三种情况是P->Q为真,只有第二种情况下P->Q为假。

蕴含的另一特性:蕴含的另一个重要特性是,如果要证明陈述“如果P则Q”成立,那么假定P为前提,然后证明必定能推导出Q就足够了。换句话说,如果P作为假定能引出结论为Q,那么陈述“如果P则Q”就成立了。

我们以后将这个事实称为事实4。

A. 君子小人方面的应用

109.

我们遇见了这两个人A和B。每人要么是君子要么是小人。假定A做了如下陈述:“如果我是君子,那B也是。”

能否确定A和B是哪类人?

110.

某人这样问A:“你是君子吗?”他回答说:“如果我是君子,那我就吃掉我的帽子!”

证明A不得不吃掉他的帽子。

111.

A说:“如果我是君子,那么2+2=4。”A是君子还是小人?

112.

A说:“如果我是君子,那么2+2=5。”你能得到什么结论?

113.

两个人A和B,每人要么是君子要么是小人。A说:“如果B是君子,那我是小人。”

A和B是哪类人?

114.

X和Y两人因为参与一次抢劫案而受审。A和B是证人,他们都要么是君子要么是小人。证人们做出了如下证词:

A:如果X有罪,Y也有罪;

B:要么X无罪,要么Y有罪。

A和B是不是必定同类?我们应该记得,君子小人岛上的两个人如果都是君子或者都是小人,那他们就是同类的。

115.

在君子小人岛上,三个居民A、B、C接受访问。A和B做了如下的陈述:

A:B是君子;

B:如果A是君子,C也是。

能否确定A、B、C是哪类人?

B. 爱情与逻辑

116.

假定以下两个陈述为真:

(1) 我爱贝蒂或者我爱简。

(2) 如果我爱贝蒂,那我爱简。

能判断我肯定爱贝蒂吗?能判断我肯定爱简吗?

117.

假定某人问我:“如果你爱贝蒂,那么你就也爱简。这话对吗?”我回答:“如果那是真的,那我爱贝蒂。”

能判断我爱贝蒂吗?能判断我爱简吗?

118.

这次我们要谈论两位姑娘伊娃和玛格丽特。某人问我:“如果你爱伊娃,那么你也爱玛格丽特。这话对吗?”我回答:“如果那是真的,那我爱伊娃;而如果我爱伊娃,那是真的。”

我必然爱上了哪位姑娘?

119.

这回我们要谈论三位姑娘苏、玛西亚和戴安。假定给出如下事实:

(1) 我至少爱三个姑娘中的一个。

(2) 如果我爱苏而不爱戴安,那我也爱玛西亚;

(3) 我要么同时爱戴安和玛西亚,要么我两个都不爱。

(4) 如果我爱戴安,那我也爱苏。

我爱哪个姑娘?

讨论:逻辑学家是不是有点傻?难道我非要坐下来琢磨琢磨,才能知道我是不是爱贝蒂、简、伊娃、玛格丽特、苏、玛西亚、戴安?如果妻子这样问他的学究丈夫:“你爱我吗?”而他回答道:“等一下下,亲爱的。”然后他做了下来,用纸笔算了半个小时,才回答说:“是的,原来我是爱你的。”这是不是太滑稽了?

我想起一个故事,据说是真的。哲学家莱布尼茨有次踌躇着是不是要和某位贵妇结婚。他坐了下来,拿起纸笔编写了两张列表。一张上写着和她结婚的好处,另一张则是坏处。最后是第二张列表比较长,于是他决定不和她结婚。

120.

这个问题虽然简单,但很出人意料。

让我们约定我不是个君子就是个小人。我做了如下两个陈述:

(1) 我爱琳达;

(2) 如果我爱琳达,那么我爱凯西。

我是君子还是小人?

121. 老谚语的新花样

有句老话说:“盯着壶看水不开。”我正好知道这句话是假的。有次我盯着一只放在红彤彤的火炉上的水壶,最终水还是煮开了。那么下面这句谚语该怎么说?

“望着它开的壶不会开,除非你望着它开。”或者更精确一些说:“望着它开的壶不会开,除非有人望着它开。”

这话是真还是假?

C. 岛上有没有黄金?

上面两组的题目主要是针对条件陈述,而且是以“如果P则Q”形式出现的条件陈述。这组中的题目将主要针对所谓的双重条件陈述,其形式为“P为真当且仅当Q为真。”这样的陈述意味着,如果P为真则Q也为真,而且如果Q为真P也为真。换句话说,它的意思是,如果P和Q中有一个为真,另一个也为真。也意味着P和Q要么都真,要么都假。陈述“P当且仅当Q”用符号表示为:P<->Q。

P<->Q的真值表如下:

P Q P<->Q
T T T
T F F
F T F
F F T

陈述“P当且仅当Q”有时会读成“P等价于Q”,或者“P和Q等价”。我们要注意下面两个事实:

事实一:任何等价于真命题的命题为真。

事实二:任何等价于假命题的命题为假。

122. 岛上有金子吗?

有谣言说在某个君子小人岛上埋藏着金子。你来到岛上,问一位居民A岛上是不是有金子。他做了如下的陈述:“当且仅当我是君子,岛上有金子。”

题目有两部分:

(a) 能否确定A是君子还是小人?

(b) 能否确定岛上是不是有金子?

123.

假定A不是自愿提供这个信息,而是你问A:“你是君子的陈述是否等价于这个岛上有金子的陈述?”如果他答“是”,那问题就简化为前一题。假定他回答“否”,你能否得出岛上有没有金子的结论?

124. 我是如何发财的

很不幸的是,这个故事不是真的。但是这个确实很有趣,不管怎样,我还是讲给大家听听吧。

我找到了三个相邻的岛A、B、C。我知道这三个岛上至少有一个岛上埋藏有金子,但是我不知道是哪个。B岛和C岛上没有居民,而A岛上住着的是君子和小人,还可能有几个常人,不过我也不知道到底是不是有常人居住。

幸运的是,我找到了这些岛的一张地图。地图是由当年埋藏金子的海盗马斯顿船长制作的,他赫赫有名却也反复无常。当然,信息是以密码写成的。解码后,看上去有两句话。这两句话是这样写的:

(1) A岛上没有金子;

(2) 如果A岛上有常人,那么在其中两个岛上有金子。

于是我冲向A岛。我知道A岛上的居民知道金子的所有情况。国王猜到了我的来意,以不容置疑的方式告诉我,我只可以向我任意选择的一位居民问一个问题。而我不会知道这个居民是君子、是小人还是常人。

我的问题是要相出一个问题。我只要听到答案,我就可以去其中的一个岛,而这个岛上肯定有金子。

我应该问什么问题?

125.

另一次我在另一个君子小人常人岛上做客。谣传说这个岛上有金子,而我想知道这个岛上到底有没有。岛上的国王是位君子仁慈地介绍了三位岛民A、B、C给我,并告诉我这三人中最多有一个人是常人。我被允许向任意两个人问两个“是/否”问题。

是不是有办法在两个问题中确定岛上是不是有金子?

126. 一个推理谜题

假定有两个相邻的岛,都完全由君子和小人居住(没有常人)。你被告知两个岛上的一个居住的君子数是偶数,而另一个岛上居住的君子数是奇数。你还知道在居住着偶数个君子的岛上有金子,而另一个岛上没有。

你随意选择了其中一个岛并进行访问。所有的居民都知道岛上住着几个君子、几个小人。你采访了三个居民,他们做出了如下的陈述:

A:这个岛上有偶数个小人;

B:此时此刻,岛上的人数为奇数;

C:我是个君子当且仅当A和B是同类。

假定你既不是个君子也不是个小人,而此刻你是岛上唯一的访客,这个岛上有还是没有金子呢?

答案

109-112.

这四个问题都包含同样一个基本概念,即给定任何命题P,任何一个君子小人岛上的人说“如果我是君子那么P”,那么说话者必定是君子而且P必定为真!很意外吧?我们用两种方法来证明这点。

(1) 假定A是君子。那么“如果我是个君子那么P”的陈述肯定是个真的陈述(因为君子总是说实话)。所以A是个君子,“如果A是个君子那么P”为真。根据这两个事实,得到P必定为真。所以假定为A君子的话可以推导出结论为P。所以根据事实4的意思,我们证明如果A是君子那么P。但这正是A所断言的!因此A必定是个君子。而既然我们已经证明如果A是君子那么P,也就得出P必定为真。

(2) 另一种证明的方法如下。我们记得一个假命题蕴含任何命题。因此,如果A不是君子,那么陈述“如果A是君子那么P”就自动成为一个真陈述。因此一个小人是不会做这个陈述的。因此如果一个人要么是君子要么是小人,而他又做了这个陈述,他只能是个君子,而P必定为真。

让我们将这个原则应用到我们题目中。对109题而言,如果我们把P视作“B是个君子”的命题,那么我们看到,A必然是君子而他的陈述为真,所以B是个君子。因此109题的答案是A和B都是君子。

至于110题,我们将P视作“A要吃掉他的帽子”。我们看到A肯定是个君子而他必须吃掉他的帽子。(这也附带着证明了,君子尽管善良而且令人尊敬――这是毫无疑问的――但是有时他们确实很傻!)

再看111题,答案仍然是A是个君子。

最后是112题,正确的结论是作者又在糊弄人了!这个问题是个悖论。君子不会做这样的陈述,而小人也不会。

113.

A必定是君子而B必定是小人。要证明这点,我们首先必须证明只有君子才会做“如果P,那么我是小人”这样的陈述。我们知道,一个真命题被任何命题蕴含。所以如果命题“我是小人”为真,那么整个陈述“如果P,那么我是小人”也为真。但既然我是小人,我永远不会做真的陈述。所以如果我说“如果P,那么我是小人”,那么我就是个君子。

因此A必定是个君子。而既然如果B是君子那A是小人也为真(因为A说这是真的),B不能是个君子,因为这会蕴含A是个小人,而他并不是1。所以B是个小人。

114.

A实际上是在说不会出现X有罪而Y无罪。这不过是X无罪或者Y有罪的另一种说法。所以A和B实际上是以不同的文字说同样的东西。所以这两个陈述要么都真要么都假。因此A和B必定是同类的。

115.

假定A是君子。那B也是(因为A说他是)。那么B的陈述“如果A是君子,那C也是”也为真。由于A是君子(我们的假定),那么C也君子(在假定A是君子的前提下)。

我们刚才证明了如果A是君子,那C也是2。B是这么说的,所以B是君子。那A说B是君子也是真的,所以A也是君子。而我们已经证明如果A是君子,C也是。所以C也是君子。所以这三个都是君子。3

116.

不能得出我爱贝蒂,但可以得出我爱简。要证明我爱简,我们这样推理。

我要么爱贝蒂要么不爱。如果我不爱贝蒂,那么根据条件(1),我爱的肯定是简(因为给出条件我至少爱其中一个)。反之,如果我爱贝蒂,那么根据条件(2),我必然也爱简。所以无论哪种情况(我爱还是不爱贝蒂),都得出我爱简。

顺便说一句,哪位女读者如果你的名字正好是“贝蒂”的话,不要担心。从给出的条件无法得到我爱贝蒂,并就是等于我不爱贝蒂!很有可能我也爱贝蒂――也许比爱简更爱呢。

117.

这回的结论是,我爱贝蒂,我不爱简。假定我不爱贝蒂,那么陈述“如果我爱贝蒂那么我爱简”就一定是真陈述(因为假命题蕴含任何命题)。而已经给出条件如果那个陈述为真,那我必定爱贝蒂。所以如果我不爱贝蒂的话,得到的结论是我爱贝蒂。这是矛盾的。解决这个矛盾的出路是我爱贝蒂。

无法断定我爱不爱简。

118.

结论是我肯定爱这两个女孩。设P是陈述“如果我爱伊娃,那么我也爱玛格丽特”。我们也知道:

(1) 如果P为真,那么我爱伊娃;

(2) 如果我爱伊娃,那么P为真。

从前一题的答案中,我们根据(1)可以得出我爱伊娃。所以我确实爱伊娃。根据(2),P也必定为真,也就是说,如果我爱伊娃我也爱玛格丽特为真。我确实爱伊娃,因此我也爱玛格丽特。

119.

我必定三个女孩都爱。有好几种方法证明这点。我们来看一种。

根据(3),我要么爱戴安和玛西亚两个,要么我两个都不爱。假定我两个都不爱,那么根据(1),我必定爱苏。因此我爱苏但不爱戴安,我也不爱玛西亚。这和陈述(2)矛盾。所以我不爱戴安也不爱玛西亚的情况不成立,我爱她们两个。既然我爱戴安,根据(4),我也爱苏。所以我三个都爱。

120.

我肯定是个君子。如果我是小人,那么1和2都为假。假定2为假,那么我爱琳达而不爱凯西,所以我要爱琳达。这意味着1是真的。所以不可能(1)和(2)都假,所以我不可能是小人。

121.

说“P为假除非Q”只是换种说法说“如果P那么Q”。(比如,我说“我不会去看电影,除非你和我一起去”等价于说“如果我去看电影,那么你和我一起去”。)因此陈述“望着它开的壶不会开,除非有人望着它开”等于换种说法说:“如果望着它开的壶开了,那么有人望着它开。”这当然是真的,因为一个望着它开的壶肯定是有人望着的,不管它开了没有。

122.

无法判定说话者是君子还是小人,但不管如何,岛上肯定有金子。

对于本题和本节中其它的题,我们在此一次性设立如下的基本原则:如果说话者(要么他是君子要么他是小人)做出如下陈述:“我是君子当且仅当P”,那么P必定为真(无论说话者是君子还是小人)。

要证明这点,令K是“说话者是君子”这个命题。说话者说K等价于P。假定说话者确实是个君子,那K确实等价于P,K也为真。那P等价于一个真陈述,所以P必定为真。反之,假定说话者是个小人,那他的陈述为假,P不等价于K。而既然他是个小人,K是假的。所以P不等价于伪命题K,P必定为真(因为如果P为假,那它就会等价于K了)。因此,不论说话者是君子还是小人,P必定为真。

有意思的是将这题和上节我们建立的原则进行一下比较。如果一个君子或小人说“如果我是君子那么P”,那么我们可以得出他是君子而且P为真。但如果一个君子或小人说“我是君子当且仅当P”时,我们可以得出P为真,但无法判定他是否是个君子。

123.

是的,你可以的。在这个情形下,这个岛上没有金子。

令G为陈述“岛上有金子”,令K仍为陈述“说话者是个君子”。说话者回答“否”,意味着G不等价于K。假定说话者是个君子,那么确实G不等价于K。而既然他是君子,那么K是真的,因此G必定是假的,因为它不和一个真命题K等价。反之,如果他是个小人。那G确实等价于K(因为小人说它们不等价)。但是K是假的(因为说话者是个小人),所以G必定为假,因为它和一个假命题K等价。所以,无论说话者是个君子还是小人,他对问题给出的否定回答都表明G是假的。所以岛上没有金子。

讨论:上两个问题合在一起蕴含了一个非常重要的原则。而这一原则对“君子小人”专家来说是很熟悉的。在上两题的答案中我们可以看到,如果P是任意一个命题,而你想判定这个命题的真假,而如果已知某人要么是君子要么是小人,且他知道P的答案,那么你可以只用一个问题从他那里知道P的真假。你只要问他:“你是个君子的陈述是否等价于P为真的陈述?”如果回答是“是”,那么你知道P是真的;如果他回答“否”,那你知道P是假的。

这一原则将应用到下面三个问题中。我们将其称为基本原则。

124.

我们已经事先知道,A岛上没有金子,岛B或者岛C上有金子。而如果A岛上有任意一个人是常人,那么岛B和岛C上都有金子。

那么我要问的问题就是:“你是个君子的陈述是否和岛B上有金子的陈述等价?”

假定他回答“是”。如果他是个君子或者小人,那么岛B上有金子(根据基本原则)。如果他是常人,那么岛B和岛C上还是有金子,所以岛B上肯定有金子。因此一个“是”的回答意味着岛B上有金子。

假定他回答“否”。如果他是个君子或者小人,那么岛B上没有金子(还是根据基本原则)。这意味着岛C上肯定有金子。反之,如果他是常人,那在岛B和岛C上都有金子,所以岛C上有金子。因此“否”的回答意味着岛C上有金子。

125.

这个问题的解决要通过使用两次基本原则(基本原则的解释见123题的答案)。

用一个问题就可能在这三个你碰到的人中肯定谁不是常人。你这样问A:“你是一个君子的陈述是否等价于B是常人的陈述?”假定他回答“是”。如果A是君子或是小人,那么B肯定是个常人(根据基本原则)。这意味着C不是常人。如果A不是君子也不是小人,那他肯定是个常人,所以C也不是常人。因此“是”的回答意味着C不是常人。

假定A回答“否”。如果他是君子或者是小人,那么B不是常人(还是根据基本原则)。如果A不是君子也不是小人,那B也不是常人,因为A是。因此“否”的回答意味着B不是常人。

所以,如果你从A那里得到“是”的回答,那你选择C回答你第二个问题;如果你得到“否”的回答,那你选择B回答你第二个问题。因此你知道你所问的不是个君子就是个小人。然后你问他122题中同样的问题,也就是,他是个君子的陈述等价于岛上有金子的陈述。回答“是”说明岛上有金子;回答“否”说明岛上没有金子。

126.

如果你不知道基本原则,那这题就很困难了。不过既然你已经知道了基本原则(见答案123),问题就很简单了。我假定你知道两个偶数的和是偶数,两个奇数的和也是偶数。这也就是说,从一个偶数中减去一个偶数会得到一个偶数,从一个奇数中减去一个奇数,你也得到一个偶数。(例如:12-8=4,13-7=6。)

根据基本原则,从C的陈述我们得到A和B确实是同类的,他们要么都是君子,要么都是小人。所以他们的陈述要么都真要么都假。假定它们都真。那根据A的陈述,岛上有偶数个小人。根据B的陈述,包括你在内岛上的人数是奇数。而你既不是君子也不是小人,而且是岛上唯一的访客,所以岛上的原住民是偶数个。从君子和小人是偶数个中减去偶数个小人,你得到的是有偶数个君子。所以在这个情况下,岛上有金子。反之,假定两个陈述都假。这意味着岛上有奇数个小人,而小人加君子是奇数个(包括你在内是偶数个人)。所以还是有偶数个君子,岛上还是有偶数个君子。

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