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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效法格特‧ 克魯斯(Gerd Kruse)

農夫克魯斯因為一項申請遭地方議會拒絕,憤怒之下就說有半數的議會代表都是白癡。這句人身攻擊惹來的訴訟判決為,克魯斯必須收回自己的話。在地方報紙上,克魯斯做出以下聲明:「我在這裡鄭重收回自己說出的那句話:『半數的議會代表都是白癡。』此刻起我的聲明要改為:『半數的議會代表都不是白癡。』」

第二個反證法的例子比較現代,不只是近代的,而且還具有未來感:有個程式設計師宣布自己設計了一個下棋必勝的程式。他號稱這個程式不管是下黑棋還是下白棋,不管對上哪個對手,一定勝利。他聲稱自己的斷言有數學證明當靠山。你認為呢?

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(圖/Jaro Larnos@flickr)

嗯,程式設計師的說法不可能為真。假設真的有一個能下完美棋局,打遍天下無敵手的程式。那麼我們就可以在兩台電腦同時裝上這個程式,然後對戰。根據假設,不管下黑棋還是白棋、遇到哪個對手,程式都能贏。如果程式和自己對打,那麼兩邊應該同時贏棋。但在棋賽中,這種情況不可能發生。於是,有完美棋局的假設會導致荒謬的結果,所以程式設計師的說法不可能正確。邏輯上看,程式設計師所標榜的程式特點並不可能實現。

現在讓我們踏進分數的世界,來找看看有沒有最小的正分數。假設一個最小分數的形式為

a/b

a 和b 皆為正整數。在此情況下我們也來運用新學到的工具。反證法竟然也可以簡潔得令人吃驚。假設真的有一個最小正分數,我們令它為a*/b*,那麼

a*/(2b*)

必定也是分數,其次,它必定為正數,第三,還要比a*/b* 來得小。所以a*/b*不可能是最小的正分數。就這樣我們得到了矛盾。結論和精隨:最小的正分數並不存在,若它真的存在,必定造成邏輯上的矛盾。

定理和逆定理

K 先生的哲學:所有事情都很有趣。

特例(他的有趣定理):所有的自然數都很有趣。

利用反證法來證明:假設情況相反,那麼就存在一個不有趣的最小自然數。但是這個數顯然十分有趣,這與說它不有趣的假設相矛盾。所以剛剛的假設必定為假,假設的反面才是正確的。因此這個說法得證。

K 太太的逆定理(她的無聊定理):所有的自然數都很無聊。

透過反證法來證明:假設m 是個不無聊的最小自然數。誰對這個問題

有興趣?故得證。

歐幾里得在兩千多年前就運用了功能強大的反證法,來證明質數有無窮多個。在《幾何原本》這部有史以來最成功的數學著作中,他寫道:「永遠有比已經找到的質數更多的質數。」(第九卷,命題20)

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