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数学里也能耍流氓

程序员大咖  · 公众号  · 程序员  · 2017-02-11 19:02

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来自:果壳网

作者:matrix67

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数学一向以严谨的思维著称,每一步推理都需要严格的理由。但在数学历史中,漏洞百出的数学推理也频频出现。有趣的是,即使是这些不严格的思路也充满着智慧,在数学中的地位不亚于那些伟大的证明。今天,用几个经典例子告诉你,在数学里也是可以耍流氓的。



逻辑中的那些流氓


耍流氓是各种数学悖论的来源。你能想一个命题,使得它和它的否定形式同时成立吗?令人难以置信的是,这样的命题真的存在。“这句话是七字句”就是这样一种奇怪的命题。它的否定形式是“这句话不是七字句”,同样是成立的。


你肯定会大叫“赖皮”,命题的真假与这个命题本身的形式有关,这样的命题算数学命题吗?没错,这些涉及到自己的命题都叫做“自我指涉命题”,它们的出现会引发很多令人头疼的问题。从说谎者悖论(Liar paradox)到罗素悖论(Russell's paradox),各种逻辑悖论的产生根源几乎都是自我指涉。数理逻辑中的流氓遍地都是,它们直接引发了数学史上的第三次数学危机。


欧拉的流氓证明法


在数学史上,很多漂亮的定理最初的证明都是错误的。最典型的例子可能就是 1735 年大数学家欧拉(Euler)的“证明”了。他曾经仔细研究过所有完全平方数的倒数和的极限值,并且给出了一个漂亮的解答:



这是一个出人意料的答案,圆周率 π 毫无征兆地出现在了与几何完全没有关系的场合中。欧拉的证明另辟蹊径,采用了一种常人完全想不到的绝妙方法。他根据方程 sin(x)/x = 0 的解,对 sin(x)/x 的级数展开进行因式分解,再利用对比系数的方法神奇地得到了问题的答案。不过,利用方程的解进行因式分解的方法只适用于有限多项式,在当时的数学背景下,这种方法不能直接套用到无穷级数上。虽然如此,欧拉利用这种不严格的类比,却得出了正确的结果。欧拉大师耍了一个漂亮的流氓。


最经典的“无字证明”


一些定理的直观理解虽然毫无逻辑可言,完全算不上是数学证明,但这些精巧而欢乐的视角,依然让数学家们如痴如醉。







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