问题

以下对“真命题的逆命题一定是真命题”的证明错在哪里?

回答
你提到的这句话,“真命题的逆命题一定是真命题”,其实是一个常见的误区。它之所以错,是因为逻辑推理中的“逆命题”和“原命题”之间并不是一种必然的等价关系。也就是说,原命题为真,并不能保证它的逆命题也为真。

让我来具体剖析一下为什么会有这种误解,以及错误的证明是如何产生的。

首先,我们得搞清楚什么是“命题”、“原命题”、“逆命题”。

命题(Proposition):可以判断真假的一个陈述句。比如,“太阳从东方升起”是一个真命题,“2+2=5”是一个假命题。
条件命题(Conditional Statement):通常以“如果...那么...”的形式出现,可以表示为 $P o Q$。其中,$P$ 叫做前件(antecedent),$Q$ 叫做后件(consequent)。
例如:“如果一个数是偶数,那么它能被2整除。” 这个命题是真命题。这里的 $P$ 是“一个数是偶数”,$Q$ 是“它能被2整除”。

逆命题(Converse):对于条件命题 $P o Q$,它的逆命题是将前件和后件交换位置,即 $Q o P$。
以上面的例子来说,“如果一个数能被2整除,那么它一定是偶数。” 这个逆命题也是真命题。

否命题(Inverse):对于条件命题 $P o Q$,它的否命题是将前件和后件都否定,即 $ eg P o eg Q$。
对应上面的例子:“如果一个数不是偶数,那么它不能被2整除。” 这个否命题也是真命题。

contrapositive):对于条件命题 $P o Q$,它的否命题是将前件和后件都否定并交换位置,即 $ eg Q o eg P$。
对应上面的例子:“如果一个数不能被2整除,那么它一定不是偶数。” 这个否命题也是真命题。

为什么会有人认为“真命题的逆命题一定是真命题”?

这种错误往往源于我们日常生活中对某些“恰好”逆命题也为真的情况的观察,然后将其推广到了所有情况。我们可能会看到很多例子,原命题是真的,它的逆命题也碰巧是真的,于是就得出了一个错误的“普遍结论”。

比如:

原命题: 如果一个三角形是等边三角形,那么它三条边都相等。(真命题)
逆命题: 如果一个三角形三条边都相等,那么它是等边三角形。(真命题)

再比如上面提到的关于偶数的例子,原命题和逆命题都是真的。

错误的“证明”是怎么构造的?

一个典型的错误证明可能会是这样的:

“我们知道,一个命题为真,意味着在所有满足前件的条件下,后件也都成立。那么它的逆命题就是交换前后件,变成‘在所有满足后件的条件下,前件也都成立’。因为原命题为真,就说明了前后件之间存在着一种‘必然联系’或者‘双向的联系’,所以当后件成立时,前件自然也应该成立,因此逆命题也为真。”

这个“证明”错在哪里?

问题就出在“必然联系”或“双向联系”这个地方。原命题 $P o Q$ 为真,只代表了“当 $P$ 成立时,$Q$ 必然成立”。它并没有说“当 $Q$ 成立时,$P$ 必然成立”。这是一种单向的推导关系。

简单来说:

$P o Q$ 为真,意味着 $P$ 是 $Q$ 的充分条件,但不是必要条件。
而 $Q o P$ 为真,意味着 $Q$ 是 $P$ 的充分条件,或者说 $P$ 是 $Q$ 的必要条件。

“充分”不等于“必要”,更不等于“充要”。

一个反例(这是最直接证明它错误的方法):

要证明“真命题的逆命题不一定是真命题”,我们只需要找一个原命题为真,但其逆命题为假的例子。

考虑以下命题:

原命题: 如果一个数是偶数,那么它能被2整除。(这是真命题,记作 $P o Q$)

现在我们来看它的逆命题:

逆命题: 如果一个数能被2整除,那么它一定是偶数。(这同样也是真命题,记作 $Q o P$)

这个例子反而没能体现错误,很容易误导人。我们需要一个原命题为真,但逆命题为假的例子。

让我们换一个例子:

原命题: 如果一个数字的个位数是0,那么这个数字是偶数。(这是一个真命题。例如,10、20、100 的个位数都是0,它们都是偶数。)

现在我们来构造它的逆命题:

逆命题: 如果一个数字是偶数,那么它的个位数一定是0。(这是一个假命题!为什么?因为很多偶数的个位数不是0,比如2、4、6、8、12、24等等。)

我们看到了,原命题是真的,但它的逆命题是假的。这就直接驳斥了“真命题的逆命题一定是真命题”这个说法。

为什么会有这种混淆?

这种混淆往往和否命题和逆否命题的真假有关。

逆命题:$P o Q$ 的逆命题是 $Q o P$。
否命题:$P o Q$ 的否命题是 $ eg P o eg Q$。
逆否命题:$P o Q$ 的逆否命题是 $ eg Q o eg P$。

在这里,有一个非常重要的逻辑关系是:

原命题 $P o Q$ 和它的逆否命题 $ eg Q o eg P$ 是等价的,也就是说,它们一定同真同假。
逆命题 $Q o P$ 和它的否命题 $ eg P o eg Q$ 也是等价的。

回到我们那个关于“数字个位数是0”的例子:

原命题: 如果一个数字的个位数是0($P$),那么这个数字是偶数($Q$)。 ($P o Q$) 这是真的。
逆命题: 如果一个数字是偶数($Q$),那么它的个位数一定是0($P$)。 ($Q o P$) 这是假的。

现在看看它们的逆否命题和否命题:

否命题(的原命题): 如果一个数字的个位数不是0($ eg P$),那么这个数字不是偶数($ eg Q$)。 ($ eg P o eg Q$) 这是假的。(比如数字3,个位数不是0,但它是奇数,不是偶数。但例子10被排除,个位数是0的数字被排除,现在看数字2,个位数不是0,它不是偶数?不对,2是偶数,这个否命题的结论“不是偶数”是错的。)
正确的否命题应该是:如果一个数字的个位数不是0,那么这个数字不是偶数。
这个否命题是假的,因为数字2的个位数不是0,但它是偶数。所以$ eg P$ 为真时,$ eg Q$ 为假。
逆否命题(的原命题): 如果一个数字不是偶数($ eg Q$),那么它的个位数一定不是0($ eg P$)。 ($ eg Q o eg P$) 这是真的。(如果一个数字不是偶数,那它一定是奇数,所有奇数的个位数都不是0。)

你看,原命题是真的,逆否命题也是真的(和原命题等价)。
而逆命题是假的,否命题也是假的(和逆命题等价)。

所以,问题往往就出在混淆了原命题和逆命题之间的逻辑关系。原命题为真,并不能保证其逆命题为真。它们之间的“真假传递性”是不对称的。

总结一下:之所以会有“真命题的逆命题一定是真命题”的错误说法,是因为人们可能观察到一些巧合的例子,或者对“充分条件”和“必要条件”的理解不够透彻,导致错误地认为原命题为真就建立了前后件之间的双向联系。一个简单的反例就能推翻这种论断。

网友意见

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“若1+1=2,则P”与“P”两个命题的逆命题是不一样的。

一个命题不一定有逆命题,只有表示为“若P,则Q”形式的复合命题才有逆命题。两个等价的命题,如果表示成“若P,则Q”的形式不同那么逆命题就不同。

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请问命题P为什么与“若1+1=2,则P”等价呢?这恐怕不显然。

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