數學裡正難則反是什麼意思

2021-03-05 09:13:45 字數 4775 閱讀 6702

1樓:5姐妹快樂

正難則反原則是解題學中的一個重要的思維方法,就是當從問題的正面去思考問題,遇到阻力難於下手時,可通過逆向思維,從問題的反面出發,逆向地應用某些知識去解決問題。

解答數學題目的「萬能」思路:

第一步:代數化。

不管是代數題目還是幾何題目,將未知量用代數式表示。比如應用題中未知數,幾何題中的未知邊長等。

第二步:尋找相等變化,建立方程關係。

利用我們學得的各種等量變化,建立方程。比如完全平方公式、前面說的幾何中的相等變化,把相等關係找到後,用我們第一步得到的代數式,建立方程求解。

2樓:匿名使用者

正難則反原則是解題學中的一個重要的思維方法,就其意義來說,就是當從問題的正面去思考問題,遇到阻力難於下手時,可通過逆向思維,從問題的反面出發,逆向地應用某些知識去解決問題.說得更具體一些,就是當我們拿到一個題目,經仔細地審題後,如感覺順推有困難就要嘗試去進行逆推,這就俗話所說的「不要一條路跑到黑」,許多事實都說明:對問題正向進行探索使問題陷入困境時,反向思維往往能使人茅塞頓開,獲得意想不到效果.

【反推法】

為了敘述方便,我們把一個數學命題簡單地表述為:若條件a成立,則結論b成立(記作).

當命題的條件a與結論b之間關係比較複雜,直接從已知條件出發進行推證,有時中途會迷失方向,使推理難於進行下去,在這種情況下可以運用」執果索因」的反推法.所謂反推法,它是一種從結論入手考慮的證題方法.具體地說,就是先假設結論b成立,然後以結論作為條件看能逆推出什麼結果.設由b能推出結論c(即),再檢查b與c是否可逆(即是否又能由).若可逆,即

,接著再分析從c又能得出什麼結果,若由c能得出結論d,且c與d可逆,即有.如此繼續下去,若最後推出原命題的條件a或已知的結論,這樣就完成了分析的過程,從而獲得原命題的證明.這種情況通常稱為逆證法,如果上述逆推程式進行到某一步驟時,譬如到結論d,發現由條件a能很容易推出結論d,這樣也就完成了原命題的證明.

從方法上講,反推法是一種等價變更問題的方法.在解題中運用反推法就是要不斷地變換你所考慮的問題,使之變為一個容易的簡單問題.

例 設,求證:x,y,z中至少有一個是1.

分析  能否把結論改寫成一個等式,以便於通過代數變形來論證.

證 設x,y,z中至少有一個是1,這等價於

而最後一個等式正是已知條件,證畢.

【分析法】

有些命題(),特別是數字競賽中的一些題,由於它們是把有些題目加以改造得出的,結論b較複雜,這時從原命題的結論b難於逆推,我們可以轉而分析要得到結論b需要怎樣的(充分)條件.假設若有條件c就有結論b,然後再分析在怎樣的條件下能得到c.假設若有條件d就有結論c,d比b的形式簡單一些,而且能完成由條件a推出d,這樣就證明了原命題.

這種證題的方法,一般稱之為分析法.

下面對分析法作幾點說明:

⑴在用分析法證題時,常使用短語「只需證明,…」來刻畫,具體地說就是:因為d可推出b,所以欲由a推出b,只需證明由a推出d即可.

⑵反推法是把要證的結論作為推理的起點,以後每一步推理都可逆;而分析法是逐步分析命題結論成立的(充分)條件,在推理過程中,只要求前一步能推出後一步即可.因而,反推法是分析法的一種特殊情形,用反推法能證明的命題用分析法一定能證明.反之用分析法能證明的命題用反推法不一定能證.

例3  設a是任意正奇數,證明:一定存在整數x,y使得為a的倍數.

證  本題只需能找出兩個整數x,y使是a的倍數即可.現在的困難是不能分解因式,為克服這一困難,我們可試設,於是

設,我們只要選取x,使是的倍數即可,為此,只需選取即可.事實上,當時,有

其中k為整數.這就是說,當時,是a的倍數.

例4  有一無窮小數a=0. 其中是數字,並且是奇數,是偶數,等於的個位數,等於的個位數,…,等於的個位數.求證:a是有理數.

證 為了證明小數a是有理數,只需證明a 是迴圈小數即可.

由無窮小數a的構成規律,它的每一位數字是由這個數字的前面兩位數字決定的,因此,如果某兩個數字ab重複出現,即若

a=0.,

此小數就是迴圈小數.

為此,注意到一個奇數與一個偶數之和的個位數是奇數,而兩個奇數之和的個位數一定是偶數,再由題設條件,可知無窮小數a的各位數字有如下的奇偶性規律:

.奇偶奇奇偶奇奇偶奇…

現考慮非負有序數對,其中前一個數a為奇數字(即),後一數b為偶數字(即),這樣的不同數對一共只有25種,那麼2b個這樣的數對中至少有兩個是完全相同的.也就是說,在構成a的前2b個「奇偶奇」陣列中,至少出現兩組是完全相同的,這就證明了a為有理數.

【反例】

要斷定一個命題是錯誤的,只要舉出一個滿足命題的條件,但不符合命題的結論的例證就足夠了,這個例子就叫做反例.

舉反例也是屬於一種逆向思維,近幾年來在國內的數學競賽中,常出現舉反例的試題,特別是在用篩選法解選擇題時,必須舉出反例否定不正確的選擇.

1.用二分法尋求反例

所謂「二分法」就是把滿足題設的所有情況分為兩類,使其中一類具有某種屬性,而另一類不具有這種屬性.如果第一類情況能使題斷成立,則考察第二類情況,必要時,可運用二分法把第二類情況再分類進行考察,直至找出反例為止.

例5  設表示不超過x的最大整數,對任何實數,x,y,總成立的關係是( ).

(a)     (b)

(c)     (d)

解   先考察關係(a),當x和y都是整數時,顯然(a)成立;當x,y是非整數時,(a)有時不成立.例如

這就是否定(a)的正確性的反例.同時它也是斷定(d)是錯誤命題的反例.

同樣,對(b)有反例:

由於選擇中只有一個是正確的,故應選(c).

2.通過特殊的、極端的情況尋求反例

例6  是否存在這樣的三角形,它的三條高都小於25px,而面積大於250000px.

解存在.滿足要求的三角形一定是一個底邊很長,高很小(小於1)的三角形,為了製造出這個三角形,先考察一個很狹長的矩形abcd,其中ab=1,bc=50000,o是ac與bd的交點(如圖1-3-1)這時,

且易知底邊上及腰上的高of及be都小於1.

3.通過分析題設的數量關係尋求反例

例7  試求下列命題的反例:「設abc三邊的長分別是a,b,c,且

則三角形必是正三角形.」

解  依題設知即

所以即 或顯然,以上各式均可逆推,當時,即有.這時,a,b滿足題設而使題斷不成立.於是很容易求出反例:,,時滿足題設,即有但abc不是正三角形.

【反證法】

在課本里已學習過用反證法證題,一般有下面三個步驟:

⑴反設──即假定待證結論不成立,也就是說肯定原結論的反面;

⑵歸謬──把反設作為輔助條件,新增到假設中去,然後從這些條件出發,通過一系列正確的邏輯推理,最終得出矛盾;

⑶結論──由所得的矛盾,說明原命題成立.

有些命題其結論的反面可能有多種情況,則應將各種情況列舉出來,並將它們一一駁倒,這樣才能斷定原結論正確.

反證法證題的特徵是:通過匯出矛盾,歸結為謬誤,使命題得證.因而反證法也叫歸謬法.

在用反證法證題時,首要的是正確地作出反設,當命題結論的反面非常明顯且只有一種情形時,「反設」是比較容易作出的.但有些命題其結論的反面有多種情況或結論比較隱蔽,「反設」時必須認真分析,仔細推敲.此外,反證法所匯出的矛盾是多種多樣的.

1.匯出與已知條件相矛盾的結果

例8   已知對於任意的正數p,方程

有且只有正實根,求證a=0

證   反設a≠0則有a>0或a<0兩種情況.

(1)若,則二次函式的圖象是開口向上的拋物線,y的最小值是

當p值增加時,拋物線沿y軸方向向上平移.當p充分大時,,這時拋物線與x軸無交點,即方程無實根,與題設矛盾,所以a不能大於0.

(2)若,方程有一個根是

當p充分大時,(只要)有,從而,與題設矛盾.所以a不能小於0.

綜上所述,只能有.

2.匯出和已知定義、公理、定理等相矛盾的結果

例9  設a,b,c,d是平面上四點,其中任意三點不共線,求證:總能在其中選出三點,使這三點所組成的三角形至少有一個內角不大於45°.

證  能選出三點的反面是「找不出」三點;至少有一個反面是「一個也沒有」;不大於45°的反面是「大於」45°.因此本題的反設應該是:這四點中任三點所構成的三角形的所有內角都大於45°.

下面分兩種情形來考慮:

(1)如圖1-3-2,若a,b,c,d成凸四邊形.這時,反設意味著∠1,∠2,∠3,∠4,∠5,∠6,∠7,∠8都大於45°,所以有

這與四邊形內角和為360°相矛盾.

(2)如圖1-3-3,若a,b,c,d成凹四邊形,連結ac及bd,由反設,∠1,∠2,∠3,∠4,∠5,∠6都大於45°,所以有

這與三角形內角和等於180°相矛盾.

綜上討論,命題得證.

3.匯出自相矛盾的結果

例10  設a,b,c是整數,求證:的判別式不能為1990,1991.

證 (1)反設,於是b必是偶數(因為若b是奇數,則上式左邊是奇數,而右邊是偶數,得出矛盾),令,則

上式左邊是4的倍數,而右邊卻不是4的倍數,產生矛盾.故不可能為1990.

(2)若,於是b必是奇數,令,則

上式左邊被4除餘1,而右邊被4除餘3,由此得出矛盾,故不可能為1991.

4.匯出和「反設」相矛盾的結果

例11  求證:質數有無窮多個.

證  無窮的反面是有限,假設質數只有有限多個.比如n個,記作令

分兩種情況討論:

(1)若n是質數,顯然,這與反設是全部質數相違.

(2)若n是合數,則n有質因數p.另一方面,由於n除以的餘數為1,即不是n的質因數,於是,這又與反設矛盾.

綜合(1)、(2)命題得證.

從上面幾個例子可以看到,反證法的歸謬過程是多種多樣的,但只要由正確的推理導致出矛盾,命題的證明就完成了,這樣,對於許多命題用直接法遇到困難,相比之下,用反證法往往顯得較為方便,這恰恰是反證法的優越之處.

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