Рэймонд Смаллиан - Принцесса или тигр?

— Вот именно, — вставил Мак-Каллох. — Так, знаете, фокусник в цирке вытаскивает кролика из шляпы!

— Ага, — засмеялся Фергюссон, явно наслаждаясь произведенным эффектом. — Только не одного, а двух кроликов, и при том они еще некоторым образом влияют друг на друга. Это точно, — сказал Крейг. — Но все же мне бы хотелось знать, как вы догадались, каких именно кроликов надо тащить?

— Прекрасный, ну просто замечательный вопрос! — сияя, воскликнул Фергюссон. — А ну-ка — вот вам еще задачка: найти такие числа X и Y, чтобы число X порождало повторение числа Y, а число Y порождало обращение ассоциата X.

— С меня хватит! — воскликнул Мак-Каллох.

— Минуточку, минуточку, — перебил их Крейг. — Я, кажется, что-то начинаю понимать. Не хотите ли вы сказать, Фергюссон, что для любых двух операций, которые может выполнять машина, то есть для любых двух заданных операционных чисел M и N , должны существовать некие числа X и Y, характеризующиеся тем, что X порождает M(Y), а Y порождает N(X) ?

— Вот именно! — воскликнул Фергюссон. — И поэтому мы можем найти, например, такие числа X и Y, для которых X порождает двойной ассоциат Y, а Y порождает повторение обращения X или любые другие комбинации, какие вы захотите.

— Вот так штука! — изумился Мак-Каллох. — Ведь все это время я пытался придумать машину как раз с таким свойством, а она у меня, оказывается, уже есть!

— Безусловно есть, — подтвердил Фергюссон.

— А как вы докажете это свойство? — спросил Мак-Каллох.

— Я бы хотел начать доказывать его постепенно, — ответил Фергюссон. — Собственно говоря, суть дела заключается в ваших правилах 1 и 2. Поэтому сначала позвольте сделать несколько замечаний относительно вашей первой машины — той, в которой используются только эти два правила. Начнем со следующей простой задачи: можно ли, используя правила 1 и 2, найти два различных числа X и Y, таких, чтобы число X порождало Y, а число Y в свою очередь порождало X?

Крейг и Мак-Каллох тут же занялись этой задачей.

— Ну, конечно, — рассмеялся вдруг Крейг. — Это же очевидно вытекает из того, что совсем недавно показы вал мне Мак-Каллох.

А вы можете найти эти числа?

— Теперь, — сказал Фергюссон, — для любого числа А существуют такие числа X и Y, что X порождает Y, а число Y порождает АХ. Если число А нам задано, то можете ли вы найти числа X и Y ? Например, можете ли вы найти такие X и Y, чтобы X порождало Y, а Y порождало 7 X ?

— Мы все еще пользуемся только правилами 1 и 2 или уже можно применять правила 3 и 4? — спросил Крейг.

— Вам понадобятся только правила 1 и 2, — ответил Фергюссон.

— Я уже нашел решение! — тут же заявил Крейг.

4. — Интересно, — сказал Мак-Каллох, просмотрев решение Крейга. — А у меня решение другое.

Действительно, в этой задаче существует и второе решение. Можете ли вы его найти?

5. — Ну, а теперь, — сказал Фергюссон, — мы добрались до действительно важного свойства. Так, из одних только правил 1 и 2 следует, что для любых чисел А и В существуют такие числа X и Y, при которых X порождает AY , а Y порождает BX . Например, существуют такие X и Y, что X порождает 7 Y, а Y порождает 8 X . Не можете ли вы найти эти числа?

6. — Из последней задачи, — сказал Фергюссон, — со всей очевидностью следует (правда, из второго принципа Крейга это получается еще более просто), что для любых операционных чисел M и N должны существовать такие числа X и Y, при которых X порождает M(Y) , а Y порождает N(X) . Причем это оказывается справедливым не только для данной машины, но и для любой машины, в программу работы которой включены правила 1 и 2. С помощью вашей теперешней машины можно, например, найти такие X и Y, при которых число X порождает обращение числа Y, а число Y порождает ассоциат числа X. Сумеете ли вы их найти?

7. — Это страшно интересно, — сказал Фергюссону Мак-Каллох, когда они с Крейгом решили последнюю задачу. — Но у меня возник вот какой вопрос: подчиняется ли моя машина «двойному» аналогу второго принципа Крейга? Иначе говоря, если заданы два операционных числа M и N , а также два произвольных числа А и В, то обязательно ли существуют такие числа X и Y, при которых X порождает M(AY), а Y порождает N(BX) ?

— Ну, конечно, — подтвердил Фергюссон. — Например, существуют такие числа X и Y, при которых число X порождает повторение 7 Y, а число Y порождает обращение 89 X .

Не могли бы вы найти эти числа?

8. — Я подумал еще вот о чем, — сказал Крейг. — Если имеется некоторое операционное число M и произвольное число В, то обязательно ли должны существовать такие числа X и Y, при которых X порождает М(Y), а Y порождает BX ? Например, существуют ли такие X и Y, при которых число X порождает ассоциат Y, а число Y порождает число 78 X ?

А как думаете вы?

9. — Фактически, — продолжал пояснения Фергюссон, — у нас возможны самые разные комбинации. Так, давая некоторые операционные числа M и N и произвольные числа А и В, всегда можно найти числа X и Y, которые отвечают любому из ниже перечисленных условий:

а) X порождает М(АY) а Y порождает N(X) ;

б) X порождает М(АY) а Y порождает BX ;

в) X порождает M(Y) , а Y порождает X;

г) X порождает M(AY), а Y порождает X.

Попробуйте доказать эти утверждения.

10. Триплеты и так далее.

— Ну, теперь-то, мне кажется, мы перебрали уже все возможные варианты, — сказал Крейг.

— Да нет, — ответил Фергюссон. — То, что я вам показывал до сих пор, — это еще только начало. А знаете ли вы, например, что существуют три числа X, Y и Z, такие, что число X порождает обращение Y, число Y порождает повторение Z, а число Z порождает ассоциат X ?

— Неужели? — удивился Мак-Каллох.

— Именно так, — подтвердил Фергюссон. — Более того, если заданы три произвольных операционных числа M, N и P, то должны существовать такие числа X, Y и Z, при которых X порождает M(Y), Y порождает N(Z), a Z порождает P(X).

Не сумеете ли вы, читатель, доказать это утверждение? И в частности, каковы будут эти числа X, Y и Z, если известно, что число X порождает обращение Y, число Y порождает повторение Z, а число Z порождает ассоциат X ?