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Algebra · real student question

设命题变元 p 的真值为 1,求使 (p → ((¬p ∨ r) ∧ ¬s)) ∧ (¬s → (¬r ∧ p)) 真值为 1 的 q、r、s 的所有取值。

Question

设命题变元 pp 的真值为 11,求使

(p→[(¬p∨r)∧¬s])∧[¬s→(¬r∧p)]\big(p\to[(\neg p\vee r)\wedge\neg s]\big)\wedge\big[\neg s\to(\neg r\wedge p)\big]

真值为 11 的 qq、rr、ss 的所有取值。

Step-by-step solution

  1. 先注意 q 压根没出现。 变元 qq 在整个式子里一次都没出现,所以它取什么值无关紧要——不论最后得出什么结论,对 q=0q=0 和 q=1q=1 都成立。先看出这一点,讨论量立刻少了一半。

  2. 用 p = 1 化简第一个合取项。 由 p=1p=1 得 ¬p=0\neg p=0,所以 ¬p∨r=r\neg p\vee r=r。又因为 1→X≡X1\to X\equiv X,

    p→[(¬p∨r)∧¬s]  ≡  r∧¬sp\to[(\neg p\vee r)\wedge\neg s]\;\equiv\;r\wedge\neg s

    要让整个合取式为 11,这就逼出 r=1r=1 且 s=0s=0。

  3. 用 p = 1 化简第二个合取项。 这里 ¬r∧p=¬r\neg r\wedge p=\neg r,所以

    ¬s→(¬r∧p)  ≡  ¬s→¬r  ≡  s∨¬r\neg s\to(\neg r\wedge p)\;\equiv\;\neg s\to\neg r\;\equiv\;s\vee\neg r

  4. 把两个要求放到一起。 整个式子为 11 当且仅当

    (r∧¬s)∧(s∨¬r)=1(r\wedge\neg s)\wedge(s\vee\neg r)=1

    左边那个因子要求 r=1, s=0r=1,\ s=0;把这两个值代进右边那个因子得 s∨¬r=0∨0=0s\vee\neg r=0\vee 0=0。所以整个合取式是 00。

  5. 得出结论:在 p = 1 下这个式子不可满足。

    找不到能使该式为真的 q,r,s ——这里 p=1\boxed{\text{找不到能使该式为真的 }q,r,s\text{ ——这里 }p=1}

    如果题目以选择题形式给出 (r,s)=(0,1),(1,1),(1,0),(0,0)(r,s)=(0,1),(1,1),(1,0),(0,0),那么每个选项都是错的。

  6. 用穷举真值表验证。 取 p=1p=1,把四组 (r,s)(r,s) 代进 (r∧¬s)∧(s∨¬r)(r\wedge\neg s)\wedge(s\vee\neg r) 逐一检查:(0,0)→0∧1=0(0,0)\to 0\wedge 1=0;(0,1)→0∧1=0(0,1)\to 0\wedge 1=0;(1,0)→1∧0=0(1,0)\to 1\wedge 0=0;(1,1)→0∧1=0(1,1)\to 0\wedge 1=0。四组全是 00,印证了前面的代数化简。换个角度看也一样:r∧¬sr\wedge\neg s 与 s∨¬r=¬(r∧¬s)s\vee\neg r=\neg(r\wedge\neg s) 恰好互为否定,所以它们的合取对任何 pp 都是矛盾式。

Answer

无解——只要 p=1 该式就是矛盾式 (事实上 r∧¬s 与 s∨¬r 互为否定)\text{无解——只要 }p=1\text{ 该式就是矛盾式}\ (\text{事实上 }r\wedge\neg s\text{ 与 }s\vee\neg r\text{ 互为否定})

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