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构造性 せい 证明 (英語 えいご :Constructive proof )是 これ 数学 すうがく 证明方法 ほうほう 的 てき 一 いち 种,通 つう 过直接 ちょくせつ 或 ある 间接构造出 で 具有 ぐゆう 命 いのち 题所要求 ようきゅう 的 てき 性 せい 质的实例来 らい 完成 かんせい 证明。与 あずか 构造性 せい 证明相 しょう 对的概念 がいねん 是 ぜ 非 ひ 构造性 せい 证明[註 1] 。后 きさき 者 しゃ 只 ただ 证明满足命 いのち 题要求 ようきゅう 的 てき 物体 ぶったい 存在 そんざい ,而不提供 ていきょう 具体 ぐたい 的 てき 实例或 ある 构造这样的 てき 实例的 てき 方法 ほうほう 。
构造性 せい 证明也可以指数学 すうがく 构成主 ぬし 义中 ちゅう 被 ひ 认可的 てき 一 いち 种更强的 ごうてき 证明。数学 すうがく 构成主 ぬし 义是 ぜ 数学 すうがく 哲学 てつがく 的 てき 一 いち 支 ささえ ,它认为要证明一 いち 个对象 ぞう 的 てき 存在 そんざい ,必须将 はた 其构造 づくり 出来 でき 。因 よし 此,他 た 们拒绝使用 しよう 如排中律 はいちゅうりつ ,无穷公理 こうり 和 わ 选择公理 こうり 这样的 てき 公理 こうり 。同 どう 时也有 ゆう 一些用语和以往不同,例 れい 如或 ある 的 てき 语意会 かい 比 ひ 基 もと 础数学 がく 中 なか 的 てき 更 さら 强 きょう 。
数学 すうがく 构成主 ぬし 义拒绝使用 しよう 反 はん 证法 ,然 しか 而爆 ばく 炸原理 げんり 在 ざい 一些数学构成主义的变体中是被接受的,包括 ほうかつ 直 ちょく 觉主义 。
直 ちょく 到 いた 十 じゅう 九 きゅう 世 せい 纪结束 たばね ,所有 しょゆう 的 てき 数学 すうがく 证明使用 しよう 的 てき 还是构造性 せい 证明。第 だい 一个使用非构造性方法的是格 かく 奥 おく 尔格·康 かん 托 たく 尔的 てき 无限集合 しゅうごう 理 り 论,以及对实数 的 てき 形式 けいしき 化 か 定 てい 义.
初 はつ 次 つぎ 使用 しよう 非 ひ 构造性 せい 证明解 かい 决之前 まえ 的 てき 问题的 てき 例 れい 子 こ ,被 ひ 认为是 ぜ 希 まれ 尔伯特 とく 零 れい 点 てん 定理 ていり 和 わ 希 まれ 尔伯特 とく 基 もと 定理 ていり 。[註 2]
例 れい 子 こ [ 编辑 ]
非 ひ 构造性 せい 证明[ 编辑 ]
考 こう 虑对质数 有 ゆう 无穷个的证明。欧 おう 几里得 とく 的 てき 证明 本身 ほんみ 是 ぜ 构造性 せい 的 てき ,不 ふ 过有一种常用的方法来简化欧几里得的证明,它先假 かり 设质数 すう 的 てき 数量 すうりょう 是 ぜ 有限 ゆうげん 的 てき ,那 な 么必然 ひつぜん 会 かい 有 ゆう 一 いち 个最大 さいだい 的 てき 质数,将 はた 它记为n 。然 しか 后 きさき 考 こう 虑n ! + 1(n 阶乘加 か 1),这个数字 すうじ 要 よう 么本身 ほんみ 是 ぜ 质数,要 よう 么是合 あい 数 すう 且存在 そんざい 一 いち 个大于n 的 てき 质因子 こ ,因 いん 为小于等于n 的 てき 质数除 じょ 它都余 あまり 1。通 つう 过得出 で 和 わ 命 いのち 题的假 かり 设矛盾 むじゅん 的 てき 结论,我 わが 们并不 ふ 需要 じゅよう 指出 さしで 一个确定的质数,就可以证明 あかり 存在 そんざい 一 いち 个大于n 的 てき 质数。
再考 さいこう 虑证明 あかり 这个命 いのち 题:“存在 そんざい 无理数 すう
a
{\displaystyle a}
和 わ
b
{\displaystyle b}
,使 つかい
a
b
{\displaystyle a^{b}}
是 これ 有理数 ゆうりすう ”。这个证明可 か 以被构造性 せい 地 ち 证明,也可以被非 ひ 构造性 せい 地 ち 证明,我 わが 们将对比两种证明方式 ほうしき 。
以下 いか 证明是 ぜ 1953年 ねん 由 ゆかり Dov Jarden提出 ていしゅつ 的 てき ,最 さい 晚 ばん 从1970年 ねん 开始被 ひ 用作 ようさく 非 ひ 构造性 せい 证明的 てき 经典例 れい 子 こ :[1] [2]
CURIOSA
339. 对一个无理数的无理数次方可以是有理数的简单证明
2
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}^{\sqrt {2}}}
要 よう 么是有理数 ゆうりすう ,要 よう 么是无理数 すう 。如果它是有理数 ゆうりすう ,那 な 么我们的命 いのち 题得证。如果它是无理数 すう ,
(
2
2
)
2
=
2
{\displaystyle ({\sqrt {2}}^{\sqrt {2}})^{\sqrt {2}}=2}
,我 わが 们的命 いのち 题得证。
Dov Jarden Jerusalem
更 さら 具体 ぐたい 地 ち :
我 わが 们在先 さき 前 まえ 已 やめ 经知道 どう
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}}
是 ぜ 无理数 すう ,2是 ぜ 有理数 ゆうりすう (請參照 さんしょう 2的 てき 算術 さんじゅつ 平方根 へいほうこん 的 てき 無理 むり 數 すう 證明 しょうめい )。考 こう 虑数字 すうじ
q
=
2
2
{\displaystyle q={\sqrt {2}}^{\sqrt {2}}}
,它要么是有理数 ゆうりすう ,要 よう 么是无理数 すう 。
如果
q
{\displaystyle q}
是 ぜ 有理数 ゆうりすう ,那 な 么原命 いのち 题成立 せいりつ ,此时
a
{\displaystyle a}
和 わ
b
{\displaystyle b}
都 みやこ 是 ただし
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}}
。
如果
q
{\displaystyle q}
是 ぜ 无理数 すう ,那 な 么原命 いのち 题也成立 せいりつ ,此时
a
{\displaystyle a}
为
2
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}^{\sqrt {2}}}
而
b
{\displaystyle b}
为
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}}
,由 ゆかり 于:
(
2
2
)
2
=
2
(
2
⋅
2
)
=
2
2
=
2
{\displaystyle \left({\sqrt {2}}^{\sqrt {2}}\right)^{\sqrt {2}}={\sqrt {2}}^{({\sqrt {2}}\cdot {\sqrt {2}})}={\sqrt {2}}^{2}=2}
。
这个证明是非 ぜひ 构造性 せい 的 てき ,因 いん 为它依赖了这样的 てき 陈述:“q 要 よう 么是有理数 ゆうりすう ,要 よう 么是无理数 すう ”,这是排中律 はいちゅうりつ 的 てき 一 いち 个应用 よう ,而构造 づくり 性 せい 证明里 さと 排中律 はいちゅうりつ 是 ぜ 无效的 てき 。这个非 ひ 构造性 せい 证明并没有 ゆう 构造一 いち 个实际的a 和 わ b ,它只是 ぜ 考察 こうさつ 了 りょう 由 よし 排中律 はいちゅうりつ 给出的 てき 两种可能 かのう 性 せい 。我 わが 们并不知 ふち 道 どう 这两种可能 かのう 性 せい 哪个是 ぜ 真 ま 实的,
2
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}^{\sqrt {2}}}
究竟 きゅうきょう 是 ぜ 不 ふ 是 ぜ 无理数 すう 。
实际上根 じょうこん 据 すえ 格 かく 尔丰德 とく -施 ほどこせ 奈德定理 ていり ,我 わが 们可以得知 ち
2
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}^{\sqrt {2}}}
是 ぜ 一 いち 个无理数 りすう ,但 ただし 是 ぜ 它和这个非 ひ 构造性 せい 证明的 てき 正 せい 确性无关。
构造性 せい 证明 [ 编辑 ]
对上面 めん 的 てき 例 れい 子 こ ,构造性 せい 证明会 かい 给出一个实际的例子,如:
a
=
2
,
b
=
log
2
9
,
a
b
=
3
.
{\displaystyle a={\sqrt {2}}\,,\quad b=\log _{2}9\,,\quad a^{b}=3\,.}
已 やめ 知 ち 2的 てき 算 さん 术平方根 へいほうこん 是 ぜ 无理数 すう ,而3是 ぜ 有理数 ゆうりすう 。
log
2
9
{\displaystyle \log _{2}9}
同 どう 样是无理数 すう ,因 いん 为如果 はて 他 た 可 か 以写作 さく
m
n
{\displaystyle m \over n}
,那 な 么根据 すえ 对数 运算法 ほう 则,9n 会 かい 等 とう 于2m ,然 しか 而前者 しゃ 是 ぜ 奇数 きすう ,后 きさき 者 しゃ 是 ぜ 偶数 ぐうすう (奇数 きすう 的 てき 整数 せいすう 次 じ 方 かた 还是奇数 きすう ,偶数 ぐうすう 的 てき 整数 せいすう 次 じ 方 かた 还是偶数 ぐうすう )。
注 ちゅう 释[ 编辑 ]
参 まいり 见[ 编辑 ]
参考 さんこう 资料[ 编辑 ]
^ J. Roger Hindley , "The Root-2 Proof as an Example of Non-constructivity", unpublished paper, September 2014, full text 互联网档案 あん 馆 的 てき 存 そん 檔 ,存 そん 档日期 き 2014-10-23.
^ Dov Jarden, "A simple proof that a power of an irrational number to an irrational exponent may be rational", Curiosa No. 339 in Scripta Mathematica 19 :229 (1953)