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學數學要怎樣才可以把書中的定理全部推出來?

2020-09-28知識

害,題主首先得明白,啥叫數學證明。

舉一個非常非常簡單的例子,為什麽奇數的平方還是奇數?

把這種問題推給一個小學生,他可能只會舉例,哦:

1 是奇數,然後 1 的平方是 1 , 1 是奇數,成立。

3 是奇數,然後 3 的平方是 9 , 9 是奇數,成立。

5 是奇數,然後 5 的平方是 25 , 25 是奇數,成立。

\[ \cdots \cdots \cdots \]

是啊,可是這只是對很小的奇數管用,我隨便舉一個很大的奇數,比如 \[{2718281}\] ,難道你真的打算把它平方一下?

畢竟, \[{2718281^2}\] 讓一個小學生手算起來可是會死人的!

懵懵懂懂的,你上了初中,初中老師講完全平方公式: \[{\left( {a + b} \right)^2} = {a^2} + 2ab + {b^2}\]

你靈機一動,好像,我知道怎麽證明 \[{2718281^2}\] 是奇數了。

就是: \[{2718281^2}\]

\[ = {\left( {2718280 + 1} \right)^2}\]

\[ = {2718280^2} + 2 \times 2718280 + {1^2}\]

\[ = {\left( {2 \times 1359140} \right)^2} + 2 \times 2718280 + 1\]

\[ = 2 \times \left[ {2 \times {{1359140}^2} + 2718280} \right] + 1\]

我不管你 \[\left[ {2 \times {{1359140}^2} + 2718280} \right]\] 這個方框裏的這一坨是什麽,總而言之你肯定是一個整數,那在這一坨整數前面乘一個 2 那結果肯定就是偶數了啊!

那往偶數後面加一個 1 的話,不就一定是一個奇數?

哦哦,所以 \[{2718281^2}\] 一定是一個奇數。

那再舉一個例子,證明 \[{314159^2}\] 是奇數。

機靈一點的孩子會發現證明步驟是一樣的,

就是: \[{314159^2}\]

\[ = {\left( {314158 + 1} \right)^2}\]

\[ = {314158^2} + 2 \times 314158 + {1^2}\]

\[ = {\left( {2 \times 157079} \right)^2} + 2 \times 314158 + 1\]

\[ = 2 \times \left[ {2 \times {{157079}^2} + 314158} \right] + 1\]

同理, \[{314159^2}\] 是奇數。

是的,我們用這種方法可以用來證明某一個確定的奇數的平方還是奇數,但奇數無窮無盡,你不可能把每一個奇數都平方一遍,然後挨個看平方後的數是不是奇數。

就這樣,帶著疑問,我們來到了高中

我們發現, \[2718281\] 也好, \[314159\] 也罷,證明它的平方是不是奇數的大體步驟是一樣的,只是幾個關鍵的地方換了一個數碼而已。

更一般的,你發現只要是一個奇數,就一定滿足 \[2n + 1\] 的形式(其中 n 是整數)。

那麽: \[{\left( {2n + 1} \right)^2}\]

\[ = 4{n^2} + 2 \times 2n + {1^2}\]

\[ = 2 \times \left( {2{n^2} + 2n} \right) + 1\]

同樣的,我們不管 \[\left( {2{n^2} + 2n} \right)\] 裏的這一坨是什麽,總而言之肯定是一個整數,那在這一坨整數前面乘一個 2 那結果肯定是偶數。

那在偶數後面加一個 1 的話,一定是一個奇數。

註意!註意!註意!

因為任意一個奇數都可以寫成\[2n + 1\] 的形式,所以我們剛剛的步驟實際上是把所有的奇數都算了一遍……

換而言之,我們就證明了,對任意一個奇數,它的平方一定是奇數。

我前面啰裏吧嗦說了那麽一大堆,就是想讓大家明白,數學證明究竟是在幹什麽

事實上,你就可以簡單的理解成:

把我們小學時的舉例子或初中時的對某一特殊情況的證明,用程式化的語言,把所有的情況都給概括進去。

作了這麽多鋪墊,終於可以回答題主的問題了

我學數學的時候,一般是先嘗試咀嚼好書上的定義,想清楚為什麽要這麽定義,最好能流利的說出來這麽定義的好處。

然後,書上出現了一個定理

我就嘗試先蒙住下面的證明,先拿幾個特殊的例子試一試,看看能不能證明

一般對於特殊的例子來說,證明是較為簡單的,如果連特殊情況都不能證明,就最好老老實實的回過頭去翻定義

如果可以證明,那就再仔細想想這幾個特殊例子的證明之間有沒有共同的地方

這個一般是難點,會花費你大量的時間,不過你的思維也會在這個時候得到鍛煉

找到共同點以後,嘗試用程式化的語言將其總結一遍,也就是要對任意情況都成立。成功證明以後,回過頭看看課本,找找有沒有啟發。

如果思路一樣,步驟一樣,那就可以跳過;如果不一樣,可以看看答案的思路,想想自己究竟是獨創了方法還是自己的步驟有問題,總能得到啟發。

還有有些時候要用反證法,有的時候要分類討論,這個就是數學直覺了,通常需要大量的練習來提升。

其實,學數學最好的狀態是,學完一節以後

咦!好像按照這節的思路,似乎是可以往這個方向走走?

然後,你花了幾個小時推導了一遍你的思路,開啟課本,一翻

下一節就是逐字逐句把你剛剛推導的東西寫了一遍……