你真的确定它显然吗2333
拿你说的零点存在性定理举个例子好了, (是一个很简单的函数)
但我们限制一下定义域,
这样一来 , ,但是它并没有零点,因为实数域里的零点 在有理数域里取不到,但它真的是一个连续函数,
,这个连续函数的定义式在有理数域里也是成立的
你肯定会觉得这是耍赖,有理数上有一些“洞”所以强行构造一个零点不是有理数的反例——但为什么实数域 不怕这样的反例呢? 和 之间的区别在究竟在哪里呢?
你认为这些定理显然但这是很不显然的,在历史上对实数的研究花了很大的一番功夫——甚至在复数被广泛运用的年代,实数还是没有被严格定义,要想知道这个是被怎么解决的,可以参考任何一本数学分析教材(笑)
这里我要介绍一个术语叫『概念工程学』(conceptual engineering)。
搭建一个概念体系和盖楼造汽车是一样的,也是一种工程,只要每个部件有统一标准,不管谁造出来都能拼成一个整体。
数学工作者努力地把『显而易见』的事情翻译成严谨的数学语言,就是在让这些概念标准化。这样有利于分工合作,让更多人参与数学工作。数学就是人类最早最大的开源项目。不管你是小学生还是数学家,不管你懂不懂其他部分,只要你前提满足,推理正确,就能保证结论正确,用的舒心,用的放心。你提出一个标准化的新定理,别人也能帮你验证,防止你一条路走到黑。
如果不标准化,就会出现『你以为你懂了,实际上你不懂』、『你确实懂了,但是其他人不懂』、『你和他都以为自己懂了,吵得不可开交又没人说理』之类的糟糕情况。结果就是学术成果难推广,学术活动难入门,慢慢就死掉了,参考中国古代数学发展。
所以现在的数分教育挺偏颇的。
你看见数学家"编"定理证明了你觉得显而易见的结论。
但是,你不知道数学家构造出了很多例子反驳了更多你觉得"显而易见"的结论。
课堂上教师反例讲得太少了,等你多学习一些反例,你就知道普通人的"直觉"多不靠谱。
比如,你觉得介值定理显而易见,那么反过来呢?如果一个函数,对于它的任意两点f(a),f(b))和这两点函数值之间任意一个值d都存在 (a,b)之间的c使得f(c)=d。请问这个函数连续吗?
一个不为常数的周期函数,是不是一定存在最小正周期呢?
一个图形,它面积是有限的,那么它的周长一定也是有限的,对吗?
中值定理对于(可微)复值函数是否成立呢?
一个函数在某个点可导并且导数为正,那么在这个点附近,这个函数是否一定单调呢?
一个函数处处可导,能不能保证它至少在某个点附近可以单调呢?
假设一个连续函数,它在有理点可微,在无理点不可微,它存在吗?
上面还只是涉及到单调、可导这些特别简单的概念,等复杂一点反例更多。
这些显而易见的定理基本都在分析里。分析因为涉及无穷,经常出现一些意想不到的问题。微积分刚诞生的一两百年里,数学家也不写这些定理,结果就被一个叫伯克利的大主教批判,伯克利说,这个无穷小量,既然能做分母,就肯定不是零,但是求导求到最后,却让他又等于零了,这不是自相矛盾吗?为了补上这类逻辑漏洞,分析才逐渐发展成这样的。