摘要：數(shù)學(xué)的發(fā)展離不開猜想，本文主要介紹猜想的兩種重要方法，歸納與類比。許多重要定理公式的發(fā)現(xiàn)，離不開歸納猜想與類比猜想。

關(guān)鍵詞：猜想；歸納；類比；歐拉公式

一、 什么是猜想

猜想是人們根據(jù)事物的某些現(xiàn)象對(duì)它的本質(zhì)屬性、服從規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)或可能結(jié)果作出的一種預(yù)測(cè)性判斷。

猜想與數(shù)學(xué)有著密切的聯(lián)系，在數(shù)學(xué)的發(fā)展史中有著許許多多的猜想：哥德巴赫猜想、四色猜想、費(fèi)馬猜想等。數(shù)學(xué)家們通過不斷地提出猜想、證明或否定猜想，推動(dòng)著數(shù)學(xué)向前發(fā)展。

二、 歸納與類比常作為猜想的兩種手段

數(shù)學(xué)的猜想離不開一般的科學(xué)方法，如觀察與實(shí)驗(yàn)、歸納與類比、分析與綜合。這里主要闡述歸納和類比這兩種主要手段。

（一） 歸納猜想

歸納：是指某類事物的部分對(duì)象具有某一屬性，而推出該類事物都具有這一屬性的推理方法，是從個(gè)別認(rèn)識(shí)一般的推理方法。研究事物的個(gè)性中包含著共性，從個(gè)性可以認(rèn)識(shí)該類事物的共性，歸納法的這一特點(diǎn)給它的應(yīng)用提供了客觀依據(jù)，也使得歸納的結(jié)果具有某種可靠性。人們用歸納法整理經(jīng)驗(yàn)資料，并從中得出普遍規(guī)律和結(jié)論。很多著名定理公式的產(chǎn)生，都是由歸納猜想得出來(lái)的。

【例1】歐拉公式（F+V-E=2）

探究凸多面體面數(shù)F、棱數(shù)E與頂點(diǎn)數(shù)V之間的關(guān)系。易知，多面體由面、棱和頂點(diǎn)組成。那它們?nèi)咧g有什么關(guān)系呢？最簡(jiǎn)單的，我們拿幾個(gè)熟悉的多面體來(lái)具體數(shù)一數(shù)，探究規(guī)律。

三棱錐：面數(shù)F=4，頂點(diǎn)數(shù)V=4，棱數(shù)E=6，F(xiàn)+V-E=2；

四棱錐：面數(shù)F=5，頂點(diǎn)數(shù)V=5，棱數(shù)E=8，F(xiàn)+V-E=2；

三棱柱：面數(shù)F=5，頂點(diǎn)數(shù)V=6，棱數(shù)E=9，F(xiàn)+V-E=2；

五棱錐：面數(shù)F=6，頂點(diǎn)數(shù)V=6，棱數(shù)E=10，F(xiàn)+V-E=2；

四棱柱：面數(shù)F=6，頂點(diǎn)數(shù)V=8，棱數(shù)E=12，F(xiàn)+V-E=2；

五棱柱：面數(shù)F=7，頂點(diǎn)數(shù)V=10，棱數(shù)E=15，F(xiàn)+V-E=2；

……

歸納猜想：F+V-E=2

證明：多面體去掉一個(gè)面，將之展開，可以得到一個(gè)平面圖，這個(gè)時(shí)候只有面數(shù)變了，少了一個(gè)面，棱數(shù)和頂點(diǎn)數(shù)是不變的，證明多面體的F+V-E=2，也即證明平面圖形的F+V-E=1。

（1）想象一個(gè)平面凸n邊形，進(jìn)行三角形分割（即對(duì)于還不是三角形的多邊形陸續(xù)引進(jìn)對(duì)角線，一直到成為三角形為止）；

（2）每引進(jìn)一條對(duì)角線，F(xiàn)和E各增加1，而V不變，當(dāng)完全分割成三角形的時(shí)候，F(xiàn)+V-E的值不變，此時(shí)有些三角形的一邊或兩邊在該平面圖形的邊界。

（3）如果某個(gè)三角形只有一邊是邊界，去掉一條棱E，相應(yīng)的就會(huì)減少一個(gè)面F，所以F+V-E不變。

（4）如果三角形的兩邊都在邊界上，除去這兩條邊界，此時(shí)棱E減少2，面數(shù)F減少1，頂點(diǎn)數(shù)減少1，則F+E-V也不變。

（5）不斷進(jìn)行（3）和（4）的操作，最后只剩一個(gè)三角形，三角形面數(shù)F=1，棱數(shù)E=3，頂點(diǎn)數(shù)V=3，所以F+E-V=1。

證畢，在任何一個(gè)規(guī)則球面地圖上，用 F記區(qū)域個(gè)數(shù)，V記頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，E記邊界個(gè)數(shù)，則 F+V-E=2，這就是歐拉定理，F(xiàn)+V-E=2是空間上的歐拉公式，F(xiàn)+V-E=1是平面上的歐拉公式。

歸納作為一種方法，總結(jié)來(lái)說，就是從個(gè)性認(rèn)識(shí)共性，從特殊認(rèn)識(shí)一般。人們認(rèn)識(shí)事物總是從個(gè)別事物開始，再逐步認(rèn)識(shí)一般事物的共同性質(zhì)，因此歸納法對(duì)人類認(rèn)識(shí)范圍的擴(kuò)大具有重大意義。

（二） 類比猜想

類比：類比是在兩個(gè)或兩類事物間進(jìn)行對(duì)比，從中找出若干相同或相似的點(diǎn)后，猜測(cè)該兩個(gè)或兩類事物在其他方面也可能存在相同或相似之處，并作出某種判斷的推理方法。它在數(shù)學(xué)的發(fā)展中一直發(fā)揮著重要作用，類比推理是發(fā)現(xiàn)概念、定理、公式和方法的重要手段。人們經(jīng)常在數(shù)與式之間、等式與不等式之間、平面與立體之間、一維與多維之間、低次與高次之間進(jìn)行種種類比。

【例2】用行列式表示長(zhǎng)度、面積、體積

一維：數(shù)軸上兩個(gè)點(diǎn)x1，x2；則長(zhǎng)度l=x2-x1；

用行列式表示為l=1x11x2；

二維：平面上的三個(gè)點(diǎn)（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）；

這三個(gè)點(diǎn)可以構(gòu)成一個(gè)三角形，三角形的面積為S=12！1x1y11x2y21x3y3；

類比推理三維：空間上的四個(gè)點(diǎn)（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），（x3，y3，z3），（x4，y4，z4）組成一個(gè)四面體，四面體的體積V=13！1x1y1z11x2y2z21x3y3z31x4y4z4。

與歸納相比，類比需要更加豐富的數(shù)學(xué)功底，包含更多的直覺成分，運(yùn)用類比法的關(guān)鍵因素是尋求合適的類比對(duì)象，并確定它們之間的相同屬性，因此有人說，類比就是在兩個(gè)或兩類事物之間求同存異。它要求在客觀上雙方必須有某些相同或相似之處，當(dāng)相同或相似的屬性越多，運(yùn)用類比法就越可靠。

三、 結(jié)語(yǔ)

歸納、類比作為一般的科學(xué)方法，不僅是人們認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)、發(fā)展數(shù)學(xué)的重要方法，更是人們探索問題、尋求和發(fā)現(xiàn)真理的重要方法。歸納、類比是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)概念和原理、探索數(shù)學(xué)結(jié)論的重要方法。

現(xiàn)代教育目的觀要求我們培養(yǎng)具有創(chuàng)造精神和實(shí)踐能力的智能型、創(chuàng)新型人才，因此，注重歸納、類比方法的教與學(xué)，對(duì)真正地理解數(shù)學(xué)和培養(yǎng)創(chuàng)造能力，都是極其重要的。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

吳曉瓊，廣東省深圳市，深圳大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院。endprint