Ответ:

Сергей не может быть Петровым, потому что он живёт в одном доме с Петровым.

Сергей также не Сергеев, значит, его фамилия — Иванов.

Иван не Иванов, поэтому ему подходит фамилия Петров.

Оставшаяся фамилия Сергеев принадлежит Петру.

Ответ: Иван Петров, Пётр Сергеев, Сергей Иванов.