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中学数学

从猜想到证明:为什么例子不够

12 分钟

观察几个例子可以产生猜想,却不能证明一个对所有对象都成立的命题。例如连续三个整数之和,试算 2+3+4=95+6+7=18,似乎总是3的倍数。真正的证明要解释为什么任何连续三整数都如此。

用字母抓住共同结构

设中间整数为 n,三个数就是 n-1、n、n+1,和为 3n,因此是3的倍数。字母不是把具体数字藏起来,而是一次代表所有允许情况。选择中间数作变量,还让结构自动对称。

命题的条件与结论

“若一个整数是6的倍数,则它是3的倍数”中,前半是条件,后半是结论。证明必须从条件出发。反过来的话并不自动成立:9是3的倍数却不是6的倍数。

反例的力量

要推翻“所有偶数都是合数”,只需找到2这一个反例。反例必须满足条件却不满足结论。找一个支持例子只能增加信心,找一个反例却足以否定全称命题。

分类不能漏情况

证明整数平方除以4余0或1,可把整数分为偶数2k与奇数2k+1,分别平方。奇偶两类互斥且覆盖所有整数,因此证明完整。

写出理由链

每一步旁写依据:定义、已知、代数变形或已证结论。避免“显然”跳过关键处。别人能从条件沿理由走到结论,才叫证明。

练习:猜想任意两个连续奇数之和有什么整除性质,先列例子,再用字母证明,并写出命题的逆命题是否成立。

小纸条

为什么验证很多具体例子仍不能代替证明?