數學 x 小說 (3) 戀與禁忌的述語論理 - 井上真偽

井上真偽,東大畢業的蒙面作家,2015年以《戀與禁忌的述語論理》出道,獲得梅菲斯特獎。其他重要作品包括《那種可能性早就想到了》和《那種可能性早想到了 2 聖女的毒杯》,這兩本已出繁和簡體中文版,反而出道得獎作《戀與禁忌的述語論理》只有簡體中文版。
《戀與禁忌的述語論理》內容是講中學生詠彥死神(柯南)上身,遇上了三起離奇的案件,三件案都被不同的偵探偵破。為了驗證偵探們的推理,詠彥每次也向獨居的數理邏輯天才、美貌數學家小姨求助,用數理邏輯學來驗證推理的真偽。三單案分別是:閨蜜聚會中毒身亡事件、兇器消失之謎、雙胞胎姐妹和雪地腳印之謎 。

這書雖然是推理小說,但看成數理邏輯學的科普作品也不為過。推理小說上,這不算什麼傑出的作品;但以配合數學來說,算是不錯的小說。
數學家把一單單「簡單」的案以數理邏輯符號( ∀, ∃, ∧, ∨) 來「複雜」地表現出來。如設
A:只有我在兇案現場
B:我是殺人犯
配合數學上的公理axiom:公理是不用經過證明,但被當作不證自明的一個命題。
公理:
1. AB (A implies B)
2. A
邏輯推論下,第二公理中看到「A 是對」,再以第一公理「如果A是對,B就是對」推出「B是對」。

你可能想這些公理一看就知,為何要這麼花時間列出來。在不同情況下,公理(非邏輯公理也叫公設)也會不同。例如歐氏幾何的公設(如平面上的幾何)和非歐幾何的公理(如二維球面上的幾何)就有一點不同。平面上,我們有一條公設:
「如果一條線段與兩條直線相交,在某一側的內角和小於兩直角和(180度),那麼這兩條直線在不斷延伸後,會在內角和小於兩直角和的一側相交。」
Euclid's fifth postulate (from Wikipeda)

這公設就不配合球面幾何的需要了,所以在球面幾何上我們不包含這公設
在頭兩宗案中,最主要是指邏輯推論過程雖然不錯,但公設的設定不能配合真實情況的話,這樣運用邏輯也是不合理。在數理邏輯推理前,明白和列舉出所有公理或公設是非常重要,這樣才明白你的邏輯推論是立足於什麼假設上

在第三單案「雙胞胎姐妹和雪地腳印之謎」中,更提出了一個重要公理
選擇公理(Axiom of Choice):「對所有非空指標集,總存在一個索引方法對應每一個集的一個元素」。
非正式地說,選擇公理:給定一些盒子(可以是無限個或不可數),每個盒子中都含有至少一個小球,那麼可以作出這樣一種選擇,使得可從每個盒子中恰好選出一個小球。

這選擇公理看似十分「無聊」,但在數學上實用性非常之高。其中,最有趣的結果是巴拿赫-塔斯基定理(Banach–Tarski Theorem):
「在選擇公理成立的情況下,可以將一個三維實心球分成有限分件,然後僅僅通過旋轉和平移到其他地方重新組合(即不會以改變「體積」的方法),就可以組成兩個半徑和原來相同的完整的球。」
巴拿赫 - 塔斯基「悖論」:一個球可以分解和重新組合成兩個大小和原來一樣的球。
 (
From Wikipedia)

這可比無中生有的奇蹟(數學家可以做出「五餅二魚」!?)。你會問,為何這可能發生,這又要說起數學上的non-measureable set,即技術上是不可測的集,它們不可以我們所用「體積」定義來測量。只要我們把一個實心球切成幾份「不可測的集」,因過程中包含了不可測的集」,所以「體積」不一定保持不變。再重組就成為了兩個同原本那個球同樣大小的球了。現實中,小刀等物理方法是無法完成這種分割的,因為小刀只能分割出可測集合。最後只是「口講無敵,做就無能為力了」。

當然巴拿赫-塔斯基定理在現實的案件中用不了,但作者以這「精神」來設計第三單案的詭計。雙胞胎姐妹,把一分為二,二再分為三,把看似不可能成為可能,造成不在場證明的詭計(不再爆雷了,自己看就明白)。

這小說以輕小說方法寫,文筆不算吸引,故事上也太多數學術語(我相信作者井上真偽一定是數理系出身的)。總結來說,這小說不是對數學有愛的人不會太欣賞。

(寫於31/10/2020)



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