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數學四、邏輯思維
送交者: 老尚童 2020年10月25日04:59:09 於 [五 味 齋] 發送悄悄話

《數學證明過程中的邏輯思維》

上過初中的人都知道,數,分為有理數和無理數。只有在無理數被發現以後,實數軸才被填滿,有了“密集性”,在此之前,它是千瘡百孔、斷斷續續的、不連貫的。

無理數的發現還有個動人的故事。為什麼無理數被稱為“無理”數?因為它太沒有道理了。

無理數的發現,和勾股定理有關。在直角三角形中,直角邊a、b和斜邊c滿足:a2+b2=c2,其中包含平方和開方運算,這樣必然會出現對整數開方不盡的情況,約在4000多年以前,美索不達米亞人在計算邊長為1的正方形的對角線長時,發現了無理數√2的存在,雖然沒有給出嚴格定義,但擅長計算的他們採用遞歸法找到了一個無限接近√2的有理數,人們在楔形文字泥板中發現精確到小數點後1000000位。

大數學家畢達哥拉斯,是第一個用數學和邏輯思維方法證明了“勾股定理”的人。而發現無理數的人,正是他的弟子——希帕索斯。在求正方形的對角線時,希帕索斯發起了愁,這到底是個什麼數?根據老師所講:

•萬數皆數

•1是所有數的生成元

•宇宙的一切都歸結於整數和整數之比。

既然能用合適的整數來表示對角線,那麼,能否用兩個整數比來描述呢?希帕索斯花了很長時間,一無所獲。

接下來,希帕索斯利用畢達哥拉斯學派常用的方法——反證法(所謂反證法,正是之前講過的,用證明逆否命題的正確性來求證原命題正確的方法)證明出了這個數字無法表示為兩個整數之比:

假設數為a=q/p,假設q、p是化為最簡分數比後的整數,即q、p互素,根據勾股定理,a2=(q/p)2,化簡為2p2=q2,從這個算式可以看出,q2是偶數,那麼q也是偶數,q、p互素,所以p肯定是奇數;

如果q是偶數,則可以表示為q=2b(b是自然數),帶入2p2=q2中,得p2=2b2,那麼,p2是偶數,p也一定是偶數,與上段結論矛盾。於是,√2不能表示成兩個整數之比!

那麼,這到底是什麼數呢?除了整數和整數比(即分數)外,世上還有別的數嗎?帶着疑問,希帕索斯找到了老師畢達哥拉斯。

誰知,看到推翻了“萬物皆數”的觀點後,畢達哥拉斯非但沒有“江山代有才人出“的自豪,反而非常驚慌,擔心學生的發現會動搖學派的根基,便將希帕索斯囚禁起來,最終殘忍地將他丟進大海,這是數學史上的一個悲劇。

俗話說,沒有不透風的牆,人們最終還是知道了這些數的存在。15世紀時,著名畫家達·芬奇稱之為”無理的數“。17世紀時,德國天文學家開普勒稱之為”不可名狀的數“,畢達哥拉斯學派的”無理“之舉,奪去了希帕索斯的生命,為了紀念這位為真理獻身的學者,人們把這種”不可公度比“的數稱為 “無理數”,而像√2這種記法,最開始是由數學家笛卡爾提出的,沿用至今。

**********

•精確到小數點後1000000位,可能性不大吧?

回答:只要有數學計算方法,就有可能。就像圓周率,精確到多少位都沒有問題。實際上祖沖之沒什麼計算方法,只是把圓周分成多邊形。

•我好像想明白了。我覺得應該是小數點後5位或6位。比方說,1是個位,100中的1我們叫百位,1000中的1就是千位。小數點後面的從左往右依次為十分位、百分位、千分位,等等。這裡所說的1000000位,應該是百萬分位,就是小數點後6位。不知道是否正確。

回答:那只是在契形文字泥板中的發現,無從得知。不過應該可以推測,當時的人掌握了數學方法計算根號下2的方法。這裡主要是想說明,中國古代沒有什麼“數學”,只有算學。數學是從古希臘或西方開始。而且,數學的發展是和哲學和邏輯思維方式分不開的。這是中國古代哲學比起西方哲學欠缺或落後的原因之一。反過來說,哲學思想若沒有科學發展相呼應,最終只能求助於神學。

•同意樓主的說法。中國古代哲學較西方的邏輯推理要欠缺。我比較注重細節,有時比較較真,常得罪人。

回答:得罪人是好事兒,不得罪人,一是白開水,二是假招子,中國人的臭毛病,叫“團結群眾”。還有就是開口大家、閉口大家,也不知道大家是誰。


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