證明任意兩個正整數相等(偽命題)


 

今天帶來的是一個很有意思的數學詭辯問題:

 

證明任意兩個正整數(自然數)相等。例如5=10。

 

當然,這個命題肯定是不成立的,但確實有人用數學歸納法給出了證明過程,誰能知道到底哪里出了問題?


證明

定義max(a, b)為a和b兩者中較大的一個(其中a、b都是正整數),且如果a=b,則max(a, b)=a=b。例如max(3, 5)=max(5, 3)=5;max(4, 4)=4。

現在讓An是這樣的命題:如果a, b是使max(a, b)=n的任意兩個正整數,則a=b。

用數學歸納法證明,過程如下:

1) A1顯然成立。因為如果max(a, b)=1,則由於a, b都是正整數,所以必然有a=b=1;
2) 假設Ar成立。設a, b是任意兩個使得max(a, b)=r的正整數。那么設:
     α=a+1
     β=b+1
   則max(α, β)=r+1。又由於Ar成立,因此a=b;由此知α=β,因此A(r+1)成立。

由於a和b是任意兩個正整數,因此原命題得證。

下面給出解釋。

 

 

 

 

 

 

 

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說明

其實問題主要存在於步驟1)中。它只能說明a與b相同(都為1)的時候有A1成立,但不能說明a與b不同時A1也成立。因此將其擴展到Ar或An時,也只能證明a與b相同時a=b,而不能得出對任意的a與b,都有a=b。

眾所周知,數學歸納法通常分為2步,其中第1步是第2步的基礎,后者在前者的基礎上擴展,最終得出命題對所有規定的情況都為真。因此,第1步必須首先是完全滿足命題的。但在上面的證明中,第1步只是部分滿足,即只有a與b相同時,a=b,顯然不足以由此推導出命題在所有情況下都成立。

 

 


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