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歐幾里得127、證明思路:設出滿足條件最小量,找到更小值,得出矛盾

2017年3月30日,網友發表名為《如何證明存在一種不能表示為兩個整數之比的數?》的文章。

文章內容:

有發現上面的代數證明和幾何證明之間的共同點嗎?它們都是這樣的一個思路:假設我已經是滿足這個性質的最小的那個了,那麼我就可以用一種方法找出更小的一個來,讓你無限迴圈下去。數目越來越小,永無止境。嚴格的數學證明中你或許會看到這樣一句話:“不失一般性,設n為最小的滿足……”

…上面的代數證明:見《歐幾里得116》…

…上面的幾何證明:見《歐幾里得124》…

…性、質、性質:見《歐幾里得37》…

…嚴、格、嚴格,不、失、不失,一、般、一般,一般性,不失一般性:見《歐幾里得125、126》…

這種證明方法應用很廣。比如,證明3^n不能表示為兩個正整數的平方和。

…^:乘方…

…3^n:3的n次方…

假設存在一個最小的n使得x^2+y^2=3^n(x的平方+y的平方=3的n次方),那麼x^2+y^2可以被3整除,於是x和y也應該能被3整除(一個正整數的平方除以3,要麼除盡,要麼餘1)。

…證明:

∵ x^2+y^2可以被3整除

∴(x^2+y^2)/3=某整數

∴(x^2+y^2)/3=(x^2)/3+(y^2)/3=某整數

∴ x^2/3=某整數,x^2/3=某整數

即x·x/3=某整數,y·y/3=某整數

∴ x有質因數3,y有質因數3

即x和y能被3整除…

假如x=3p,y=3q,那麼(3p)^2+(3q)^2=3^n,即9(p^2+q^2)=3^n,那麼:p^2+q^2=3^(n-2)。這和n最小的假設矛盾。

…矛、盾、矛盾:見《歐幾里得72》…

換句話說,你永遠找不到最小的,你必須一直遞迴下去。

…遞、歸、遞迴:見《歐幾里得124》…

接下來的兩個證明才是我佩服的,真正的Very Simple & Very Tricky。

…Very(英語):adv.(副詞)很,非常…

…Simple(英語):adj.(形容詞)簡單的;樸素的;易於理解的;易做的;簡樸的;不加裝飾的;(用在名詞前表示強調)純粹的,完全的,不折不扣的…

…Very Simple:非常簡單…

&這個符號叫什麼?——網友提問

是指邏輯上表示兩者屬於缺一不可的關係,還表示一個人和另外一個人之意,與and同義。如A&B,表示A與B,A和B,A×B。

字元&的最早歷史可以追溯到公元1世紀,最早是拉丁語et (意為and)的連寫。最早的&是e和t的合字,後來經過一些演變,形成了固定的合字,繼而演變為符號。這個符號和古代一些西文字型的et連寫幾乎一樣。

…Tricky(英語):adj.(形容詞)狡猾的;難辦的;難對付的;詭計多端的…

下面的這個證明曾經是我最喜歡的關於無理數的存在性的證明,它實在是太神奇了。

…證、明、證明:見《歐幾里得6》…

假設(p/q)^2=2,那麼p^2=2q^2。我們將要證明,一個數的平方等於另一個數的平方的兩倍是根本不可能的。

如果對一個平方數分解質因數,它必然有偶數個因子(x^2的所有質因子就是把x的質因子複製成兩份)。於是,p^2有偶數個質因子,q^2有偶數個質因子,2q^2有奇數個質因子。

等號左邊的數有偶數個質因子,等號右邊的數有奇數個質因子,大家都知道這是不可能的,因為同一個數只有一種分解質因數的方法(唯一分解定理)。

…方、法、方法:見《歐幾里得2、3》…

…定、理、定理:見《歐幾里得2》…

這個證明還有一種更加神奇的變化。p^2和2q^2的質因子中,因子2的個數肯定是一奇一偶。那麼它們轉化成二進位制後,末尾0的個數肯定也是一奇一偶。因此,這兩個數不可能相等。

…哲牛:哲學方面很牛的人…

這個證明雖然與前面的證明有些類似,但它的簡潔性足以讓我打算寫下今天這篇4000字的文章。

…性:1.物質所具有的效能;物質因含有某種成分而產生的性質:黏~。彈~。藥~。鹼~。油~。2.字尾,加在名詞、動詞或形容詞之後構成抽象名詞或屬性詞,表示事物的某種性質或效能:黨~。紀律~。創造~。適應~。優越~。普遍~。先天~。流行~…見《歐幾里得10》…

看後我大為折服,這真的叫做the power of simple ideas in mathematics(數學中簡單思想的力量)。

同樣是證明不存在整數p、q,使得p^2=2q^2,這個證明只需要一句話:假如p、q是最小的正整數使得p^2=2q^2,看圖,兩個邊長為q的小正方形放在一個邊長為p的大正方形裡,那麼,圖中深灰色正方形的面積就等於兩個白色正方形面積之和(面積守恆)。於是,我們就找到了具有同樣性質的更小的整數p和q。

仔細體會一下這個“面積守恆”,如果A+B=C,那麼A和B重複計算了的必然是C裡還沒有算過的。很有意思。

“範疇是一種抽象程度最高的命題結構性概念,是哲學及其邏輯系統中最重要、最核心的概念。有大量的具體範疇經過無數次的感知驗證和理知推演,已經成為人類抽象思維成果中具有高度概括性、結構穩定的概念。例如:內涵、外延,合、分,關係(絕對/相對),姿態(獨生態/眾生態),獨生態(主動/被動)、眾生態(自由/專制),自由(自在/互聯),狀況(連續/離散),個性、集性,思維(具體/抽象),等等。

請看下集《歐幾里得128、自、然、自然,現、象、現象,範、疇、範疇,哲學範疇》”

若不知曉歷史,便看不清未來

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