第 138 篇

考研数电·零基础讲义 第04讲(上)|公式化简法

约 18 分钟 5855 字 华南师范大学数字电子技术考研数电零基础讲义

考研数电·零基础讲义 · 第 04 讲(上)|公式化简法 学完这一讲,你能说清什么叫"最简与或式",并会用并项、吸收、消因子、消项、配项五招,把一个冗长的逻辑式一步步化到最简。预计用时 2 小时。

本讲地图

  • 为什么要化简:式子越简,电路越省门、越省线,也越容易看懂功能。
  • 最简与或式的标准:乘积项个数最少,每项里的变量个数也最少。
  • 五招公式化简:并项法、吸收法、消因子法、消项法、配项法,每招都配大白话、公式拆解和例题。
  • 华师怎么考:"化简逻辑函数"是数电部分的基本功(如 2026 回忆题第 5 题);公式法常用于小题和卡诺图之外的推导,以及组合电路分析题里把逐级写出的式子化简。
  • 教材对应:阎石《数字电子技术基础》第六版 第 2 章 2.6.1 节。

前置知识

  • 与、或、非及复合运算(见第 02 讲上)。
  • 逻辑代数基本公式、常用公式、摩根定理、代入定理(见第 02 讲下)。
  • 最小项、∑m\sum m写法、"相邻最小项可合并"(见第 03 讲)。

一、为什么要化简

大白话

同一句话可以说得很啰嗦,也可以说得很干脆。逻辑函数也一样:同一个功能,可以写成很长的式子,也可以写成很短的式子。而式子里的每一项、每一个变量,到了电路里都是实打实的门和连线。式子越短,电路越便宜、越可靠,也更容易看出"它到底在干什么"。

看一个例子

下面两个式子:

Y1=ABC+B‾C+ACDY_1=ABC+\overline{B}C+ACD Y2=AC+B‾CY_2=AC+\overline{B}C

分别列真值表会发现它们完全一样(⁠∑m\sum m都相同)。但画成电路差别很大:

化简前后电路对比:Y=ABC+B'C+ACD 与 Y=AC+B'C 化简前:Y = ABC + B'C + ACD 化简后:Y = AC + B'C & A B C & B' C & A C D ≥1 Y 3 个与门 + 1 个 3 输入或门 输入端合计 3+2+3+3 = 11 个 & A C & B' C ≥1 Y 2 个与门 + 1 个 2 输入或门 输入端合计 2+2+2 = 6 个 两个电路的真值表完全相同:功能一样,右边更省

图 1:同一个逻辑功能,化简前要 3 个与门、11 个输入端;化简后只要 2 个与门、6 个输入端

为什么Y1=Y2Y_1=Y_2⁠? 先剧透一下推导(后面每一步都会讲到):

Y1=ABC+B‾C+ACD=C(AB+B‾)+ACDY_1=ABC+\overline{B}C+ACD=C(AB+\overline{B})+ACD

括号里AB+B‾AB+\overline{B}用消因子公式B‾+BA=B‾+A\overline{B}+BA=\overline{B}+A⁠,得

Y1=C(A+B‾)+ACD=AC+B‾C+ACDY_1=C(A+\overline{B})+ACD=AC+\overline{B}C+ACD

最后AC+ACDAC+ACD中,ACDACD是ACAC再乘个DD⁠,被ACAC "吸收"掉,于是Y1=AC+B‾C=Y2Y_1=AC+\overline{B}C=Y_2⁠。


二、最简与或式的标准

大白话

"与或式"就是"先与后或"的式子:若干个乘积项(与项)用加号(或)连起来,例如AC+B‾CAC+\overline{B}C⁠。它对应的电路正好是"一排与门 + 一个或门"两级结构。

"最简"有两个层次的要求,像整理行李:先让箱子个数最少,再让每个箱子里的东西最少。

正式标准

一个与或式称为最简与或式,要同时满足:

  1. 乘积项的个数最少(对应与门个数最少);
  2. 在此前提下,每个乘积项里的变量(因子)个数最少(对应每个与门的输入端最少)。

逐行拆解

  • "乘积项":用"与"连起来的一组变量,如AB‾CA\overline{B}C⁠。单独一个变量(如AA⁠)也算一个乘积项。
  • "因子":乘积项里的每一个变量(原变量或反变量都算)。
  • 判断顺序:先比项数,项数相同再比因子数。

为什么偏偏是"与或式"

你可能会问:式子有那么多种写法,为什么偏偏以"与或式"为化简目标?原因有三:

  • 最常见:由真值表直接写出来的就是与或式(第 03 讲),所以从与或式出发最自然。
  • 两级电路,速度快:与或式对应"与门一级 + 或门一级",信号只经过两级门就到输出,延迟小。
  • 容易转换:与或式用两次摩根定理就能变成"与非-与非"式,只用与非门一种器件就能实现(第 04 讲下)。

至于"先项数、后因子数"的顺序:每少一个乘积项,就少一个与门,同时或门少一个输入端;而每少一个因子,只是某个与门少一个输入端。前者省得更多,所以优先。

同样的道理,"最简或与式"要求或项(括号)个数最少、每个括号内变量最少。考试里不特别说明时,"化简"默认指化成最简与或式。

⚠️ 易错点:

  • 最简与或式不一定唯一,可能有两个项数、因子数都一样的答案,都算对。
  • 化简后一定要验算:任取几组输入代入原式和结果,看是否相等;最保险是比较两者的∑m\sum m⁠。

三、第一招:并项法

公式化简五招速查 招式 公式 看到什么就用它 并项法 AB + AB' = A 两项只差一个变量取反 吸收法 A + AB = A 短项是长项的一部分 消因子法 A + A'B = A + B 某项含另一项的“反” 消项法 AB + A'C + BC = AB + A'C 有 AB、A'C,又见 BC 配项法 A = A + A,A·1 = A(B + B') 卡住时先“加料”再合并 规律:先“并、吸、消”,卡住了再“配项”

图 2:公式化简五招速查表,看到式子的"特征"就知道用哪一招

大白话

两个乘积项,如果其他部分完全一样,只有一个变量一个是原、一个是反,那这个变量"是 0 还是 1 都无所谓",可以直接丢掉。就像"下雨我去,不下雨我也去"等于"我去"。

公式

AB+AB‾=AAB+A\overline{B}=A

逐行拆解

  • 两项的公共部分是AA⁠;不同的只有BB和B‾\overline{B}⁠。
  • 推导:AB+AB‾=A(B+B‾)=A⋅1=AAB+A\overline{B}=A(B+\overline{B})=A\cdot 1=A⁠。
  • 由代入定理,这里的AA⁠、BB可以是任意复杂的式子,不一定是单个变量。

例题

例 1:化简Y=ABC+ABC‾Y=ABC+AB\overline{C}⁠。

解:公共部分ABAB⁠,不同的是CC与C‾\overline{C}⁠:

Y=AB(C+C‾)=ABY=AB(C+\overline{C})=AB

例 2:化简Y=A(B⊕C)+A(B⊕C)‾Y=A(B\oplus C)+A\overline{(B\oplus C)}⁠。

解:把B⊕CB\oplus C整体看成一个变量XX⁠,就是AX+AX‾=AAX+A\overline{X}=A⁠:

Y=AY=A

例 3:化简Y=A‾BC‾+A‾BC+ABC‾+ABCY=\overline{A}B\overline{C}+\overline{A}BC+AB\overline{C}+ABC⁠。

解:两两并项,再并一次:

Y=A‾B(C‾+C)+AB(C‾+C)=A‾B+AB=B(A‾+A)=BY=\overline{A}B(\overline{C}+C)+AB(\overline{C}+C)=\overline{A}B+AB=B(\overline{A}+A)=B

例 4:化简Y=AB‾+ACD+A‾ B‾+A‾CDY=A\overline{B}+ACD+\overline{A}\,\overline{B}+\overline{A}CD⁠。

解:按AA和A‾\overline{A}分组,各提公因式:

Y=A(B‾+CD)+A‾(B‾+CD)Y=A(\overline{B}+CD)+\overline{A}(\overline{B}+CD)

这时两组的"其他部分"都是(B‾+CD)(\overline{B}+CD)⁠,只差AA⁠、A‾\overline{A}⁠,并项:

Y=B‾+CDY=\overline{B}+CD

⚠️ 易错点:并项要求"只差一个变量"。ABC+AB‾ C‾ABC+A\overline{B}\,\overline{C}差了BB⁠、CC两个,不能直接并成AA⁠!


四、第二招:吸收法

大白话

"张三来了"和"张三和李四都来了"放在一起用"或"连接,结果只取决于张三:张三来了,整个式子就成立;张三没来,第二句也不可能成立。所以长的那项被短的那项"吸收"了。

公式

A+AB=AA+AB=A

逐行拆解

  • ABAB里包含了AA(⁠AA是ABAB的一部分),所以ABAB多余。
  • 推导:A+AB=A(1+B)=A⋅1=AA+AB=A(1+B)=A\cdot 1=A⁠。
  • 判断口诀:一个乘积项如果包含另一个乘积项的全部因子,它就是多余的。

例题

例 5:化简Y=AB+ABCD‾Y=AB+ABC\overline{D}⁠。

解:ABCD‾ABC\overline{D}包含了ABAB的全部因子,被吸收:Y=ABY=AB⁠。

例 6:化简Y=A‾B+A‾BCD(E+F)Y=\overline{A}B+\overline{A}BCD(E+F)⁠。

解:后一项=A‾B⋅[CD(E+F)]=\overline{A}B\cdot[CD(E+F)]⁠,包含A‾B\overline{A}B⁠,被吸收:Y=A‾BY=\overline{A}B⁠。

例 7:化简Y=(A+B)+(A+B)CDY=(A+B)+(A+B)CD⁠。

解:把(A+B)(A+B)看成整体XX⁠,就是X+XCD=XX+XCD=X⁠:Y=A+BY=A+B⁠。

⚠️ 易错点:吸收要求"完全包含"。AB+AB‾CAB+A\overline{B}C中第二项含的是B‾\overline{B}不是BB⁠,不能被ABAB吸收(它要用下一招)。


五、第三招:消因子法

大白话

A+A‾BA+\overline{A}B⁠:只要A=1A=1⁠,整个式子已经是 1;只有在A=0A=0时才轮到第二项说话,而此时A‾=1\overline{A}=1本来就成立,所以第二项里的A‾\overline{A}是句"废话",可以删掉。就像"要么你有门禁卡,要么(你没卡并且)有人带你进",括号里那句"你没卡"其实是多余的。

公式

A+A‾B=A+BA+\overline{A}B=A+B

逐行拆解

  • 一项是AA⁠,另一项里含有AA的反A‾\overline{A} ——这个A‾\overline{A}因子可以消去。
  • 推导(用分配律X+YZ=(X+Y)(X+Z)X+YZ=(X+Y)(X+Z)⁠):A+A‾B=(A+A‾)(A+B)=1⋅(A+B)=A+BA+\overline{A}B=(A+\overline{A})(A+B)=1\cdot(A+B)=A+B⁠。
  • AA⁠、BB同样可以是复杂式子,尤其常见AA是一个乘积项、A‾\overline{A}用摩根定理拆开后才看出来的情形。

例题

例 8:化简Y=A‾+ABY=\overline{A}+AB⁠。

解:这里"AA"的角色是A‾\overline{A}⁠,另一项含它的反AA⁠,消掉:Y=A‾+BY=\overline{A}+B⁠。

例 9:化简Y=AB+A‾C+B‾CY=AB+\overline{A}C+\overline{B}C⁠。

解:后两项提出CC⁠:

Y=AB+(A‾+B‾)CY=AB+(\overline{A}+\overline{B})C

由摩根定理,A‾+B‾=AB‾\overline{A}+\overline{B}=\overline{AB}⁠,所以

Y=AB+AB‾ CY=AB+\overline{AB}\,C

把ABAB看成整体XX⁠:X+X‾C=X+CX+\overline{X}C=X+C⁠,得

Y=AB+CY=AB+C

例 10:化简Y=A+A‾B+A‾ B‾CY=A+\overline{A}B+\overline{A}\,\overline{B}C⁠。

解:先A+A‾B=A+BA+\overline{A}B=A+B⁠;再(A+B)+A‾ B‾C(A+B)+\overline{A}\,\overline{B}C⁠,注意A‾ B‾=A+B‾\overline{A}\,\overline{B}=\overline{A+B}⁠,于是又是X+X‾C=X+CX+\overline{X}C=X+C⁠:

Y=A+B+CY=A+B+C

⚠️ 易错点:消因子消的是"另一项里的那个反因子",不是把整项删掉。A‾+AB\overline{A}+AB化完是A‾+B\overline{A}+B⁠,不是A‾\overline{A}⁠。


六、第四招:消项法

大白话

有一个变量AA⁠,一项里带AA(⁠ABAB⁠),另一项里带A‾\overline{A}(⁠A‾C\overline{A}C⁠)。那么无论AA是 0 还是 1,总有一项是"值班的":A=1A=1时ABAB值班,看BB⁠;A=0A=0时A‾C\overline{A}C值班,看CC⁠。这时如果再来一项BCBC——它要求BB⁠、CC都为 1——那它成立时,不管AA是几,前两项中总有一项已经成立了。所以BCBC是多余的"替补"。

BCBC这一项常叫做ABAB与A‾C\overline{A}C的"冗余项"(也有书叫"一致项"):把两项中互反的那个变量去掉,剩下的部分乘起来就是它。

公式

AB+A‾C+BC=AB+A‾CAB+\overline{A}C+BC=AB+\overline{A}C

推广:

AB+A‾C+BCD=AB+A‾CAB+\overline{A}C+BCD=AB+\overline{A}C

逐行拆解

推导(配项 + 吸收):

BC=BC(A+A‾)=ABC+A‾BCBC=BC(A+\overline{A})=ABC+\overline{A}BC

而ABCABC被ABAB吸收,A‾BC\overline{A}BC被A‾C\overline{A}C吸收,所以BCBC整个是多余的。BCDBCD包含BCBC⁠,当然更多余。

认出来的方法:找一对"一个含XX⁠、一个含X‾\overline{X}"的项,把XX⁠、X‾\overline{X}去掉后剩下的部分乘起来,看式子里有没有这一项(或包含它的项)。有,就删掉。

例题

例 11:化简Y=AB+A‾C+BCDY=AB+\overline{A}C+BCD⁠。

解:ABAB与A‾C\overline{A}C去掉AA⁠、A‾\overline{A}后剩BB⁠、CC⁠,冗余项是BCBC⁠;BCDBCD包含BCBC⁠,删掉:

Y=AB+A‾CY=AB+\overline{A}C

例 12:化简Y=AC‾+BC+ABY=A\overline{C}+BC+AB⁠。

解:这次互反的变量是CC⁠:AC‾A\overline{C}与BCBC去掉C‾\overline{C}⁠、CC后剩AA⁠、BB⁠,冗余项是ABAB⁠,正好在式子里,删掉:

Y=AC‾+BCY=A\overline{C}+BC

例 13:化简Y=AB‾+A‾C+B‾C+B‾CDY=A\overline{B}+\overline{A}C+\overline{B}C+\overline{B}CD⁠。

解:先吸收:B‾CD\overline{B}CD被B‾C\overline{B}C吸收。剩AB‾+A‾C+B‾CA\overline{B}+\overline{A}C+\overline{B}C⁠,AB‾A\overline{B}与A‾C\overline{A}C的冗余项是B‾C\overline{B}C⁠,删掉:

Y=AB‾+A‾CY=A\overline{B}+\overline{A}C

⚠️ 易错点:被删的是"冗余项"(由另外两项拼出来的那一项),不是那两个带XX⁠、X‾\overline{X}的项。别把ABAB⁠、A‾C\overline{A}C删了。


七、第五招:配项法

大白话

有时候式子看着"无从下手",直接并、吸、消都用不上。这时可以先"加点料":要么把某一项多写一遍(⁠A=A+AA=A+A⁠),要么给某一项乘个"1"(⁠1=B+B‾1=B+\overline{B}⁠)把它拆开,然后再和别的项合并。就像拼图卡住时,先把一块拆成两半,反而能拼上。

公式

① 重复写某一项:

A=A+AA=A+A

② 乘以 1 再拆开:

A=A(B+B‾)=AB+AB‾A=A(B+\overline{B})=AB+A\overline{B}

例题

例 14(重复写入):化简Y=A‾BC+ABC+AB‾CY=\overline{A}BC+ABC+A\overline{B}C⁠。

解:ABCABC能和A‾BC\overline{A}BC并项,也能和AB‾CA\overline{B}C并项。但它只有一个,怎么办?把它写两遍(⁠ABC=ABC+ABCABC=ABC+ABC⁠):

Y=(A‾BC+ABC)+(ABC+AB‾C)=BC+ACY=(\overline{A}BC+ABC)+(ABC+A\overline{B}C)=BC+AC

例 15(乘 1 拆项):化简Y=AB‾+BC‾+A‾C+AC‾Y=A\overline{B}+B\overline{C}+\overline{A}C+A\overline{C}⁠。

解:观察AC‾A\overline{C}⁠,它缺BB⁠,乘上(B+B‾)(B+\overline{B})拆开:

AC‾=AC‾(B+B‾)=ABC‾+AB‾ C‾A\overline{C}=A\overline{C}(B+\overline{B})=AB\overline{C}+A\overline{B}\,\overline{C}
  • ABC‾AB\overline{C}包含BC‾B\overline{C}的全部因子 → 被BC‾B\overline{C}吸收;
  • AB‾ C‾A\overline{B}\,\overline{C}包含AB‾A\overline{B}的全部因子 → 被AB‾A\overline{B}吸收。

所以AC‾A\overline{C}整项多余:

Y=AB‾+BC‾+A‾CY=A\overline{B}+B\overline{C}+\overline{A}C

(其实这正是"消项法":AB‾A\overline{B}与BC‾B\overline{C}的冗余项是AC‾A\overline{C}⁠。配项法就是消项法背后的原理。)

⚠️ 易错点:配项是"手段"不是"目的"——加进去的项最后一定要被合并或吸收掉,否则式子反而变长了。


八、综合例题:五招交替使用

真实题目很少只用一招。下面两道题演示"先观察,再出招"的思路。

例 16:化简Y=AB+AB‾C+A‾C+BC‾D+ACDY=AB+A\overline{B}C+\overline{A}C+B\overline{C}D+ACD⁠。

解:

第 1 步:AB+AB‾CAB+A\overline{B}C⁠,提出AA⁠:A(B+B‾C)A(B+\overline{B}C)⁠,括号内用消因子法B+B‾C=B+CB+\overline{B}C=B+C⁠:

AB+AB‾C=A(B+C)=AB+ACAB+A\overline{B}C=A(B+C)=AB+AC

式子变成Y=AB+AC+A‾C+BC‾D+ACDY=AB+AC+\overline{A}C+B\overline{C}D+ACD⁠。

第 2 步:AC+A‾CAC+\overline{A}C并项得CC⁠:

Y=AB+C+BC‾D+ACDY=AB+C+B\overline{C}D+ACD

第 3 步:ACDACD包含CC⁠,被吸收:

Y=AB+C+BC‾DY=AB+C+B\overline{C}D

第 4 步:C+C‾(BD)C+\overline{C}(BD)⁠,消因子法消去C‾\overline{C}⁠:

Y=AB+C+BDY=AB+C+BD

已经不能再化:3 项,每项因子最少。所以Y=AB+BD+CY=AB+BD+C⁠。

验算:取ABCD=0101ABCD=0101(⁠m5m_5⁠):原式AB=0AB=0⁠,AB‾C=0A\overline{B}C=0⁠,A‾C=0\overline{A}C=0⁠,BC‾D=1⋅1⋅1=1B\overline{C}D=1\cdot1\cdot1=1⁠,所以Y=1Y=1⁠;化简式BD=1BD=1⁠,Y=1Y=1⁠。✓(全部 16 行已用程序穷举核对。)

例 17:化简Y=A‾B+AC‾‾Y=\overline{\overline{A}B+A\overline{C}}⁠。

解:有大横线,先用摩根定理(反演)把它"拆开":

Y=A‾B‾⋅AC‾‾=(A+B‾)(A‾+C)Y=\overline{\overline{A}B}\cdot\overline{A\overline{C}}=(A+\overline{B})(\overline{A}+C)

展开(每项乘每项):

Y=AA‾+AC+A‾ B‾+B‾C=AC+A‾ B‾+B‾CY=A\overline{A}+AC+\overline{A}\,\overline{B}+\overline{B}C=AC+\overline{A}\,\overline{B}+\overline{B}C

(⁠AA‾=0A\overline{A}=0⁠。)再看:ACAC与A‾ B‾\overline{A}\,\overline{B}中AA⁠、A‾\overline{A}互反,冗余项是C⋅B‾=B‾CC\cdot\overline{B}=\overline{B}C⁠,正好在式中,消掉:

Y=AC+A‾ B‾Y=AC+\overline{A}\,\overline{B}

小结:化简的一般顺序

  1. 有大横线,先用摩根定理去掉;有括号,先展开成与或式。
  2. 先找"能并的"(并项)、"被包含的"(吸收)。
  3. 再找"含反因子的"(消因子)、"冗余项"(消项)。
  4. 卡住了再配项。
  5. 最后验算。

⚠️ 易错点:公式法最大的问题是"不知道是不是已经最简"——没有固定步骤,可能停在一个"看着化不动"但其实还能再化的式子上。所以变量多(4 个及以上)时,优先用下一讲的卡诺图,它能保证找到最简。


九、顺带一提:最简或与式

有时题目要"最简或与式"(若干括号相乘)。思路是:先求Y‾\overline{Y}的最简与或式,再整体取反用摩根定理;或者直接用分配律X+YZ=(X+Y)(X+Z)X+YZ=(X+Y)(X+Z)⁠。

例 18:求Y=AB+A‾CY=AB+\overline{A}C的最简或与式。

解:用X+YZ=(X+Y)(X+Z)X+YZ=(X+Y)(X+Z)的思路,可以验证

Y=(A+C)(A‾+B)Y=(A+C)(\overline{A}+B)

展开检查:(A+C)(A‾+B)=AA‾+AB+A‾C+BC=AB+A‾C+BC=AB+A‾C(A+C)(\overline{A}+B)=A\overline{A}+AB+\overline{A}C+BC=AB+\overline{A}C+BC=AB+\overline{A}C(最后一步消项)。✓

卡诺图求最简或与式的方法(圈 0)放在第 04 讲(中)。

或与式里的"五招":对偶公式

由对偶定理(第 02 讲下),把上面每个公式里的"与"和"或"互换、0 和 1 互换,就得到或与式里的化简公式。它们在化简"括号相乘"的式子时很好用:

与或式里的招式 或与式里的对偶形式
并项AB+AB‾=AAB+A\overline{B}=A (A+B)(A+B‾)=A(A+B)(A+\overline{B})=A
吸收A+AB=AA+AB=A A(A+B)=AA(A+B)=A
消因子A+A‾B=A+BA+\overline{A}B=A+B A(A‾+B)=ABA(\overline{A}+B)=AB
消项AB+A‾C+BC=AB+A‾CAB+\overline{A}C+BC=AB+\overline{A}C (A+B)(A‾+C)(B+C)=(A+B)(A‾+C)(A+B)(\overline{A}+C)(B+C)=(A+B)(\overline{A}+C)

例 19:化简Y=(A+B+C)(A+B+C‾)(A‾+C)Y=(A+B+C)(A+B+\overline{C})(\overline{A}+C)⁠。

解:前两个括号里A+BA+B相同、只差CC与C‾\overline{C}⁠,用对偶的并项公式:

(A+B+C)(A+B+C‾)=A+B(A+B+C)(A+B+\overline{C})=A+B

所以Y=(A+B)(A‾+C)Y=(A+B)(\overline{A}+C)⁠,这已经是最简或与式。


十、证明题怎么写

华师这类考试偶尔会出"证明下列等式"的小题。写法很简单:从较繁的一边出发,一步步化到另一边,每步注明用了什么公式;或者两边各自化成同一个式子。不要两边同时"移项"。

例 20:证明AB‾+A‾B=AB+A‾ B‾‾A\overline{B}+\overline{A}B=\overline{AB+\overline{A}\,\overline{B}}⁠。

证:从右边出发,用摩根定理拆开大横线:

AB+A‾ B‾‾=AB‾⋅A‾ B‾‾=(A‾+B‾)(A+B)\overline{AB+\overline{A}\,\overline{B}}=\overline{AB}\cdot\overline{\overline{A}\,\overline{B}}=(\overline{A}+\overline{B})(A+B)

展开:

(A‾+B‾)(A+B)=A‾A+A‾B+AB‾+B‾B=A‾B+AB‾(\overline{A}+\overline{B})(A+B)=\overline{A}A+\overline{A}B+A\overline{B}+\overline{B}B=\overline{A}B+A\overline{B}

等于左边,得证。这个等式说明:异或等于同或取反,即A⊕B=A⊙B‾A\oplus B=\overline{A\odot B}⁠。

另一种证法是列真值表:左右两边在 00、01、10、11 四组输入下的值分别是 0、1、1、0,完全一致。真值表法在变量少时最稳妥,也是合法的证明。


十一、怎么检查自己化对了没有

化简是"等价变形",每一步都不能改变函数。考场上没有电脑,怎么确认自己没化错?推荐三种方法,由快到稳:

方法 1:代入几组特殊值。 挑几组输入,同时代入原式和结果,看值是否相同。优点是快;缺点是只能"发现错误",不能"证明正确"——碰巧几组都对,也可能在别的组合上错了。挑值时最好挑"让某一项单独为 1"的组合,比如例 16 里专门挑了让BC‾D=1B\overline{C}D=1的 0101。

方法 2:比较∑m\sum m⁠。 用第 03 讲的"看项写编号"法,把原式和结果各自写成∑m\sum m⁠,编号集合完全相同就一定等价。

以本讲开头的Y1=ABC+B‾C+ACDY_1=ABC+\overline{B}C+ACD和Y2=AC+B‾CY_2=AC+\overline{B}C为例(变量顺序A,B,C,DA,B,C,D⁠):

  • ABCABC⁠:111x → 14、15;B‾C\overline{B}C⁠:x01x → 2、3、10、11;ACDACD⁠:1x11 → 11、15。合起来Y1=∑m(2,3,10,11,14,15)Y_1=\sum m(2,3,10,11,14,15)⁠。
  • ACAC⁠:1x1x → 10、11、14、15;B‾C\overline{B}C⁠:2、3、10、11。合起来Y2=∑m(2,3,10,11,14,15)Y_2=\sum m(2,3,10,11,14,15)⁠。

两个集合一样,所以Y1=Y2Y_1=Y_2⁠。✓

方法 3:画卡诺图。 下一讲会学到,把两个式子各填一张卡诺图,图案一样就等价,而且还能顺便看出是不是最简。

本讲所有例题和练习的答案,都已经用程序把全部输入组合穷举了一遍,确认无误。


十二、常见错误大集合

把同学们最容易犯的错误集中列出来,做题前扫一眼:

  1. 把"差两个变量"当成能并项。 ABC+AB‾ C‾ABC+A\overline{B}\,\overline{C}不等于AA⁠。只有"只差一个变量"才能并。
  2. 吸收方向弄反。 A+ABA+AB留下的是短的AA⁠,不是长的ABAB⁠。记住:越短的项"管得越宽",长项被它覆盖。
  3. 消因子把整项删了。 A+A‾B=A+BA+\overline{A}B=A+B⁠,BB还在!只删A‾\overline{A}这个因子。
  4. 消项删错对象。 AB+A‾C+BCAB+\overline{A}C+BC里删的是BCBC(冗余项),ABAB和A‾C\overline{A}C一个都不能动。
  5. 摩根定理用错。 AB‾=A‾+B‾\overline{AB}=\overline{A}+\overline{B}⁠,不是A‾ B‾\overline{A}\,\overline{B}⁠;A+B‾=A‾ B‾\overline{A+B}=\overline{A}\,\overline{B}⁠,不是A‾+B‾\overline{A}+\overline{B}⁠。口诀"断开横线,变换符号":横线断开时,与变或、或变与。
  6. 把逻辑运算当普通算术。 A+A=AA+A=A(不是2A2A⁠),A⋅A=AA\cdot A=A(不是A2A^2⁠),1+1=11+1=1⁠。
  7. 停得太早。 化到一半"看着挺简"就交卷。每化完一步都回头扫一遍:还有没有能并的、被包含的、含反因子的、冗余的?
  8. 普通代数的"移项、约分"乱用。 逻辑代数里没有减法和除法。由A+B=A+CA+B=A+C 推不出 B=CB=C(比如A=1A=1时两边恒等,BB⁠、CC可以不同);由AB=ACAB=AC也推不出B=CB=C⁠。

速记卡

招式 公式 识别特征
并项法 AB+AB‾=AAB+A\overline{B}=A 两项只差一个变量的原/反
吸收法 A+AB=AA+AB=A 一项包含另一项的全部因子 → 长项删掉
消因子法 A+A‾B=A+BA+\overline{A}B=A+B 一项里含另一项的"反" → 删这个反因子
消项法 AB+A‾C+BC=AB+A‾CAB+\overline{A}C+BC=AB+\overline{A}C XX与X‾\overline{X}各带一项,二者剩余部分之积多余
配项法 A=A+AA=A+A⁠;A=A(B+B‾)A=A(B+\overline{B}) 卡住时先加料再合并
  • 最简与或式:先项数最少,再每项因子最少;结果可能不唯一。
  • 化简顺序:去大横线 → 展开 → 并、吸 → 消因子、消项 → 配项 → 验算。
  • 验算:比较化简前后的∑m\sum m或代入几组值。

自测练习

1. 化简Y=AB+AB‾+A‾BY=AB+A\overline{B}+\overline{A}B⁠。

答案与提示

AB+AB‾=AAB+A\overline{B}=A(并项),再A+A‾B=A+BA+\overline{A}B=A+B(消因子)。Y=A+BY=A+B⁠。

2. 化简Y=ABC+ABC‾+AB‾Y=ABC+AB\overline{C}+A\overline{B}⁠。

答案与提示

ABC+ABC‾=ABABC+AB\overline{C}=AB⁠,AB+AB‾=AAB+A\overline{B}=A⁠。Y=AY=A⁠。

3. 化简Y=AB+A‾C+BCY=AB+\overline{A}C+BC⁠。

答案与提示

消项法:BCBC是ABAB与A‾C\overline{A}C的冗余项。Y=AB+A‾CY=AB+\overline{A}C⁠。

4. 化简Y=A‾+ABC‾+ACY=\overline{A}+AB\overline{C}+AC⁠。

答案与提示

A‾+A(BC‾)=A‾+BC‾\overline{A}+A(B\overline{C})=\overline{A}+B\overline{C}⁠;A‾+AC=A‾+C\overline{A}+AC=\overline{A}+C⁠。所以Y=A‾+BC‾+CY=\overline{A}+B\overline{C}+C⁠,再C+C‾B=C+BC+\overline{C}B=C+B⁠。Y=A‾+B+CY=\overline{A}+B+C⁠。

5. 用配项法化简三人表决函数Y=A‾BC+AB‾C+ABC‾+ABCY=\overline{A}BC+A\overline{B}C+AB\overline{C}+ABC⁠。

答案与提示

把ABCABC写三遍,分别与另外三项并项:(A‾BC+ABC)+(AB‾C+ABC)+(ABC‾+ABC)=BC+AC+AB(\overline{A}BC+ABC)+(A\overline{B}C+ABC)+(AB\overline{C}+ABC)=BC+AC+AB⁠。Y=AB+BC+ACY=AB+BC+AC⁠。

6. 化简Y=ABC‾+A‾BC‾+AB‾C+ABC+A‾ B‾CY=AB\overline{C}+\overline{A}B\overline{C}+A\overline{B}C+ABC+\overline{A}\,\overline{B}C⁠,并说明结果是否唯一。

答案与提示

ABC‾+A‾BC‾=BC‾AB\overline{C}+\overline{A}B\overline{C}=B\overline{C}⁠;AB‾C+A‾ B‾C=B‾CA\overline{B}C+\overline{A}\,\overline{B}C=\overline{B}C⁠;剩下的ABCABC可以和AB‾CA\overline{B}C并成ACAC(配项:AB‾CA\overline{B}C写两遍),也可以和ABC‾AB\overline{C}并成ABAB⁠。所以Y=BC‾+B‾C+ACY=B\overline{C}+\overline{B}C+AC或Y=BC‾+B‾C+ABY=B\overline{C}+\overline{B}C+AB⁠,两个都是最简与或式,结果不唯一。

7.(华师真题风格)化简Y=(A+B)(A+B‾)(A‾+C)Y=(A+B)(A+\overline{B})(\overline{A}+C)⁠,并写出它的最简与或式。

答案与提示

(A+B)(A+B‾)=A+BB‾=A(A+B)(A+\overline{B})=A+B\overline{B}=A(分配律的对偶形式,相当于"或与式里的并项")。于是Y=A(A‾+C)=AA‾+AC=ACY=A(\overline{A}+C)=A\overline{A}+AC=AC⁠。Y=ACY=AC⁠。

8. 化简Y=AB+AB‾C+A‾C+BC‾D+ACDY=AB+A\overline{B}C+\overline{A}C+B\overline{C}D+ACD后,求YY在ABCD=1000ABCD=1000和01100110时的值。

答案与提示

由例 16,Y=AB+BD+CY=AB+BD+C⁠。10001000⁠:AB=0AB=0⁠,BD=0BD=0⁠,C=0C=0⁠,Y=0Y=0⁠。01100110⁠:C=1C=1⁠,Y=1Y=1⁠。


下一讲预告

公式法灵活但"没谱",下一讲(第 04 讲中)介绍有固定步骤、保证最简的图形化简法——卡诺图。

👉 点击进入下一讲:第04讲(中)|卡诺图化简法

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