數學家這樣思考!德國一流大學教你秒殺棘手問題

2016-05-10 15:42

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以下便是幾個命題的例子:

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「我是柏林人。」

「如果他們還沒死的話,仍幸福快樂地活到現在。」

「鴿子很討厭。」

以下的語句則不是命題:

「請移駕至公園街。」

「千萬別相信您是誰。」

「如果你做了這件事,便能得到上帝的憐憫。」

「這個句子是錯誤的命題。」

「十二碼罰球。」

「1/0 = 2。」(這不是命題,因為1/0 在數學上沒有定義。)

「如果結束就好了。」

論證具備推理的特點。一個論證的邏輯有效性,可以用「若⋯⋯則⋯⋯」的關係式來表達。如果一項論證的條件句皆為真,那麼結論必定也為真。意思就是,真確性從條件轉移到結論。如果一個論證是有效的,那麼結論的真確性必定得自前提的真確性。如果有效論證的前提皆為真,那麼其結論必定為真。

重要的是,在一個有效的邏輯論證中,僅僅只有下面這種情況不會出現:所有前提皆為真,但結論卻為假。前提和結論真假值的其餘組合,在有效的邏輯論證中都有可能存在。如果其中一項前提為假,那麼結論有可能(但不一定)為假;相反的情況也有可能存在。前提和結論的真假,並不保證論證是不是有效的。我們必須分清命題真值與論證有效性之間的差異。下面是幾個例子:

a. 前提和結論均為假的有效論證

前提1:所有的哺乳動物都能飛。

前提2:所有的馬都是哺乳動物。

結論:所有的馬都能飛。

b. 前提和結論均為真的無效論證

前提1:所有哺乳動物皆有一死。

前提2:所有的馬皆有一死。

結論:所有的馬都是哺乳動物。

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(圖/daveynin@flickr)

最後我們用一個幽默的、和實際情況相關的例子,當做這段補充的結尾。某天,福爾摩斯和華生醫生去露營。在一塊林中空地上他們架起帳篷,進入夢鄉。夜裡福爾摩斯將華生叫了起來:「華生,你抬頭看看,然後告訴我你看到什麼。」

華生回答:「我看到數不清的星星。」

福爾摩斯:「你得出什麼結論?」

華生思考了一會兒,然後說:「從天文學來看,這表示一定有上百萬的星系以及數十億的星星。就占星術而言,顯示土星落在獅子宮。就時間上,現在是半夜3:15。神學上的意義是,和偉大的上帝相比我們是如此微不足道。從氣象學看,明天有可能是晴天。福爾摩斯你有什麼結論?」

福爾摩斯沉默片刻,便說道:「華生你這個笨蛋。這表示有人偷了我們的帳篷。」

現在回到反證法。我們能夠推翻其相反命題,來證明一個命題。若可以用一個有效的論證,得出錯誤的結論,就能證明這個相反命題是錯的。因為假如相反命題為真,那麼結論也必定為真。這可說是數學史和哲學史上十分古老的論證手法,可回溯至古希臘時代。

反證法的著名例子,就是伽利略用來反駁亞里斯多德的論證。亞里斯多德認為重的物體墜落得比輕的物體還要快,伽利略不那麼認為。在《關於兩門新科學的對話》一書中,伽利略用了一個想像實驗來論證:假設重的物體比輕的物體掉得快,那麼將兩個物體用一條無重量的繩子綁在一起之後,墜落速度應該介於輕、重兩者之間。因為重的物體會將輕的物體一同往下拉,使它加快,而輕的物體會拖住重的物體,讓它放慢。但另一方面,兩物體綁在一起的總重量卻比重的物體還要重,墜落速度理應比重的物體來得快。這就是出現矛盾了。所以原先的假設是錯的,輕、重兩個物體的墜落速度並沒有快慢之分。唯有假設兩物體掉落得一樣快,矛盾才會真正消失。這是用無比優雅、純憑抽象思考的證明方法,來證明落體的性質。沒有任何實驗,一點實際操作的跡象也沒有,只有邏輯推理。

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