通俗易懂玩高数(0)—— 刨开定理证明的神秘面纱

数学的理论证明并不是天马行空,而是像一门手艺,只有娴熟地运用各种手法才能制作成精良的作品。而数学中的手法就是指各种定理和结论,同手艺一样,数学证明水平也是可以科学训练出来的!后面会介绍。

数学定理的证明原理其实很简单,就是用ABCDE等前置定理的排列组合来证明F定理。(这个仅限于大学高数)例如,证明Rolle定理需要用到“最值定理”、“介值定理”、“曲线上任意一点导数值的定义”。

如果你事先知道了需要这三个定理,那证明Rolle定理不还是分分钟的事情?可数学的魅力和难点正在于此,你往往并不知道需要哪些定理和定理的使用顺序。你只有直觉,感觉这个或那个定理可能对证明有帮助,可数学证明真是如此玄学吗?并不是!数学中的每个证明都有内在的逻辑!每个步骤为什么在那个位置,都是有理由的!

下面,我介绍一种锻炼自己证明数学定理技术的方法,姑且命名为“相信法”,可以简单概括为下面几四步:

  1. 想出证明定理的直观思路
  2. 列出1中思路所需要的条件
  3. 上网查找这些条件是否可以用现有的定理代替
  4. 写出完整的证明过程,并把所用到的定理记录在数据库中,视为已掌握的技能,方便以后使用。

我来解释一下上面的步骤,第一步的重点在于 “直观” 二字,在证明数学理论时,大家常会遇到这种情况:嘴上说着“这个定理一看就是成立的,你看画个图,这么一比划,不就证明了吗?”,而让动笔写下证明过程时,却无从下手,比如说证明两点之间直线最短。这个第一步所要求的直观思路就是指“嘴上王者”这个过程。

第二步的重点在于分析第一步的嘴上谈兵,将其逻辑理出来,明白要满足什么条件才能得出什么结论。

第三步就是这个锻炼方法的精髓了,之前提到过,定理的证明都是前置定理的排列组合,你要相信你在第二步列出的条件肯定是前人已经解决的,因为解题的方法大同小异(针对高中大学),你想到的,前人能想到;前人想到的,你也能想个八九不离十。你就去找有没有现成的定理来处理第二步,有就记下来,没有的话,就只能重新从第一步开始,换个思路了。

第四步的重点在于把所用到的定理给记下来,你记得越多,以后脑袋就转得越快,熟练了甚至能跳过2、3步。

这篇文章只是起个头,后面会有一些实战演练,敬请期待!

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