合情推理模式
一,中学数学技巧——猜测法
在中学数学中,我们有很多解题技巧,各种形式的对于题目的猜测,是技巧之一。
猜测的结果即使是对的(可被证明的),也不一定可用于该题目的推理,猜测的结果即使是错的,也不代表其中的思考过程能给我们启发。
由于中学毕业已经快十年了,所以本章的举例可能比较生硬。
1,猜测法——找到具体的解
例1,在一个边长为1的正方形中任取一点,证明其到四个顶点的距离之和至少为
猜测:应该是能取到的,所以要分析一下怎么取到。
猜测:对角线交点可能是唯一能取到的。
比如光秃秃的正方形,这个图更容易让我们想到解法:三角形的两边之和大于第三边,所以取的点在对角线上是两边之和最短的情况,所以四边之和最短只能是对角线交点。
2,猜测法——寻找更优条件
在数学归纳法的应用技巧中,有一个进阶技巧是寻找更优(更严格)的条件。
例2,对于数列,证明恒成立。
数列题首先看看能不能求出通项公式,这题应该不能。
对于这题,再看看能不能用数学归纳法,然而并不能推出
所以我们需要更严格的条件。
首先我们寻找不动点,,解出x=1,4
所以我们猜测,每一项都在(1,4)的范围内,但是这还不对,在(1,4)的范围内的最小值是0,最大值是4,所以我们猜测,数列每一项都在(0,4)的范围内。
证明这个之后,自然就证明了
3,关于猜测法的分析
有些题目,如例1,所给的边界值是能取到的,有些题目,如例2,所给的边界值是不能取到的。
对于不能取到的情况,又需要根据猜测推理出更合理的边界(可能并不唯一,合理即可)。
这其中的种种推理,既包含了知识和经验,也包含了对出题者的揣摩。
在这其中,有这么一个思维模式:
我试了好几种方法试图推翻这个结论,结果都没有推翻,而这个结论看起来挺优美的(优美可能体现在规律、规整等),那它应该是对的吧?
这样的一种推理模式,叫合情推理。
合情推理有没有数学理论的支撑?这是一个很难解释的问题。
二,对命题的合情推理
有很多经典的数学猜想,比如3n+1猜想、哥德巴赫猜想,当我们按照自然数的顺序逐一检验,视图推翻它们,发现到了很大很大的数字仍然成立,于是我们越来越相信,它们可能是对的。
对于哥德巴赫猜想,有了越来越接近的结果,直到1+2被证明是对的,我们更加相信,哥德巴赫猜想本身(1+1)也是对的。
三,对随机事件的合情推理
数学告诉我们,即使一枚硬币抛了十次,十次都是正面朝上,下一次正面朝上的概率仍然是1/2
但是如果我们在读(三声)博过程中,别人抛了十次都是正面朝上,我们会倾向于这个人掌握了某种手法。为什么我们不倾向于认为这是随机结果呢?因为1/1024的概率实在太低了。考虑贝叶斯条件概率的话,这个人掌握了某种手法的可能性似乎更高。
有一个经典的概率问题,
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