反證法作為一種證明命題的方法,有時起著其他證明方法所達不到的作用。但是很多學生往往對它的原理、步驟及適用對象等認識不清楚而使用不好。本文從反證法的各個方面進行了闡述,并且精心選編了例題和練習題,試圖幫助同學們學好這一種方法。
一、何為反證法
我們證明一個命題,一般是從已知出發(fā),經(jīng)過推理論證得出結(jié)論。這種方法就稱為直接證法。一個命題,當用直接證法比較困難時,可采用間接證法。反證法就是一種間接證法,它不是直接去證明命題的結(jié)論成立,而是去證明命題結(jié)論的反面不能成立。即先假設(shè)所需證明的命題的結(jié)論不成立(也就是結(jié)論的反面成立),然后推導(dǎo)出與定義、公理、已證定理或已知條件相矛盾的結(jié)果,從而證明命題的結(jié)論一定成立。這種證明方法稱為反證法。
反證法作為證明方法的一種,有時起著直接證法不可替代的作用。
二、反證法的理論依據(jù)
反證法所依據(jù)的是邏輯思維規(guī)律中的“矛盾律”和“排中律”。在同一思維過程中,兩個互相矛盾的判斷不能同時都為真,至少有一個是假的,這就是邏輯思維中的“矛盾律”;兩個互相矛盾的判斷不能同時都為假,至少有一個是真的,這就是邏輯思維中的“排中律”。反證法在其證明過程中,得到互相矛盾的兩個判斷,根據(jù)“矛盾律”和“排中律”,這一互相否定的判斷不能同時都為真,也不能同時為假,必有一真一假,而定義、公理、已證定理或已知條件都是正確的,那么“假設(shè)”就是錯誤的,于是我們得到原結(jié)論是正確的。反證法是以邏輯思維的基本規(guī)律和理論為依據(jù)的,所以反證法是可信的。
三、反證法證題的一般步驟
1.假設(shè)命題的結(jié)論不成立,或假設(shè)命題結(jié)論的反面成立;
2.從這個假設(shè)出發(fā),經(jīng)過推理論證得出矛盾;
3.由矛盾判定,假設(shè)不正確,從而肯定命題的結(jié)論正確。
反證法的關(guān)鍵是第一步,要正確假設(shè),否則就不是反證法。核心是第二步,運用假設(shè)導(dǎo)出矛盾。如果欲證明命題的反面情況只有一種,那么只要斷定這種情況不成立就可以了;如果命題的反面情況有多種,那么必須斷定所有的反面情況都不成立,才能推斷原結(jié)論成立。
四、什么樣的命題適合運用反證法
原則上是當直接證明較困難或無從下手時,就考慮運用反證法。一般來說,反證法常用于有下述特點的命題的證明:
1.結(jié)論本身以否定形式出現(xiàn);
2.結(jié)論是“至少”“至多”“唯一”“都是”等形式;
3.結(jié)論涉及“存在或不存在”“有限或無限”等形式;
4.結(jié)論的反面比原結(jié)論更具體或更易于證明。
一些常見結(jié)論及其的反設(shè)如下:大于(>)與不大于(≤);小于(<)與不小于(≥);是與不是;都是與不都是;都不是與至少有一個是等。
五、反證法證題舉例
例1.求證方程x2=y(tǒng)2+2010沒有正整數(shù)解。
證明:假設(shè)方程x2=y(tǒng)2+2010有正整數(shù)解x=my=n,
則m2=n2+2010,(m+n)(m-n)=2010。
由于m+n與m-n同為奇數(shù)或同為偶數(shù),所以(m+n)(m-n)是奇數(shù)或是4的倍數(shù)。
但2010=2×1005既非奇數(shù),也非4的倍數(shù)。這說明“假設(shè)方程x2=y(tǒng)2+2010有正整數(shù)解”是不正確的。
故方程x2=y(tǒng)2+2010沒有正整數(shù)解。
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