定義
反證法常稱作Reductioadabsurdum,是拉丁語中的“轉化為不可能”,源自希臘語中的“ἡειςτοαδυνατονπαγωγη”,阿基米德經常使用它。
原理
很多教科書中提到反證法時,只簡單地講了反證法的邏輯原理是逆否命題和原命題的真假性相同。但是實際的操作過程還用到了另一個原理,即:原命題和原命題的否定是對立的存在:原命題為真,則原命題的否定為假;原命題為假,則原命題的否定為真。這一點可以從集合論的角度理解。
操作過程
原理若原命題:p≧q為真
先對原命題的結論進行否定,即寫出原命題的否定:p≧非q
從這個否定的結論出發,推出矛盾,即命題:非q≧p為假(即存在矛盾)
從而該命題的否定為真:非q≧非p為真
再利用原命題和逆否命題的真假性一致,即原命題:p≧q為真
誤區否命題與命題的否定是兩個不同的概念
命題的否定只針對原命題的結論進行否定。而否命題同時否定條件和結論:
原命題:p≧q
否命題:非p≧非q
命題的否定:p≧非q
原命題與否命題的真假性沒有必然聯繫,但原命題和原命題的否定卻是對立的存在,一個為真另一個必然為假。
解釋
反證法是“間接證明法”一類,是從反方向證明的證明方法,即:肯定題設而否定結論,經過推理導出矛盾,從而證明原命題。法國數學家阿達瑪(Hadamard)對反證法的實質作過概括:“若肯定定理的假設而否定其結論,就會導致矛盾”。具體地講,反證法就是從反論題入手,把命題結論的否定當作條件,使之得到與條件相矛盾,肯定了命題的結論,從而使命題獲得了證明。
在套用反證法證題時,一定要用到“反設”,否則就不是反證法。用反證法證題時,如果欲證明的命題的方面情況只有一種,那么只要將這種情況駁倒了就可以,這種反證法又叫“歸謬法”;如果結論的方面情況有多種,那么必須將所有的反面情況一一駁倒,才能推斷原結論成立,這種證法又叫“窮舉法”。
證明
反證法的證明主要用到“一個命題與其逆否命題同真假”的結論,為什麼?這個結論可以用窮舉法證明:
某命題:若A則B,則此命題有4種情況:
1.當A為真,B為真,則A→B為真,得﹁B﹁A為真;
2.當A為真,B為假,則A→B為假,得﹁B→﹁A為假;
3.當A為假,B為真,則A→B為真,得﹁B→﹁A為真;
4.當A為假,B為假,則A→B為真,得﹁B→﹁A為真;
∴一個命題與其逆否命題同真假
即關於〉=〈的問題:
大於-〉反義:小於或等於
都大於-〉反義:至少有一個不大於
小於-〉反義:大於或等於
都小於-〉反義:至少有一個不小於
即反證法是正確的。
與若A則B先等價的是它的逆否命題若﹁B則﹁A
假設﹁B,推出﹁A,就說明逆否命題是真的,那么原命題也是真的.
但實際推證的過程中,推出﹁A是相當困難的,所以就轉化為了推出與﹁A相同效果的內容即可,這個相同效果就是與A(已知條件)矛盾,或是與已知定義,定理,大家都知道的事實等矛盾。
使用
反證法在數學中經常運用。當論題從正面不容易或不能得到證明時,就需要運用反證法,此即所謂"正難則反"。牛頓曾經說過:“反證法是數學家最精當的武器之一”。一般來講,反證法常用來證明正面證明有困難,情況多或複雜,而逆否命題則比較淺顯的題目,問題可能解決得十分乾脆。
反證法的證題可以簡要的概括為“否定→得出矛盾→否定”。即從否定結論開始,得出矛盾,達到新的否定,可以認為反證法的基本思想就是辯證的“否定之否定”。套用反證法的是:
欲證“若P則Q”為真命題,從相反結論出發,得出矛盾,從而原命題為真命題。
證明步驟
(1)反設:假設命題結論不成立,即假設結論的反面成立。
(2)歸謬:從這個命題出發,經過推理證明得出矛盾。
(3)結論:由矛盾判斷假設不成立,從而肯定命題的結論正確。
適用題型
(1)唯一性命題
(2)否定性題
(3)“至多”,“至少”型命題
(4)必然性命題
(5)起始性命題
(6)無限性命題
(7)不等式證明。
範例
兩個反證法的範例
證明:素數有無數個。
這個古老的命題最初是由古希臘數學家歐幾里德(EuclidofAlexandria,生活在亞歷山大城,約前330~約前275,是古希臘最享有盛名的數學家)在他的不朽著作《幾何原本》里給出的一個反證法。