问题

反证法中若得出与题设产生的矛盾,那在导出矛盾过程中不考虑命题的充分性和必要性吗?

回答
反证法中得出与题设矛盾的结论,确实会让人产生疑问:在导出矛盾的过程中,是否真的可以暂时抛开命题的充分性和必要性?要讲清楚这个问题,咱们得一步步来,深入剖析反证法的运作机制。

首先,咱们要明确反证法的核心思想:“假设我的结论是错的,然后推导出一些荒谬的结果,这个荒谬的结果既然不可能发生,那么我一开始的假设——也就是我的结论是错的——就一定是错的,所以我的结论就是对的。”

这里面有两个关键的词:“假设我的结论是错的”和“荒谬的结果”。这个“荒谬的结果”通常就是与“题设”或者我们已知的一些公理、定理产生矛盾。

那么,在这个过程中,我们到底有没有考虑充分性和必要性呢?答案是:在导出矛盾的过程中,我们表面上好像没有直接去论证“为什么‘我的结论是错的’会推导出这个矛盾”,但是,这个“推导”的过程,恰恰是建立在充分性和必要性的基础之上的。

咱们来拆解一下:

1. 反证法的“假设错误结论”是如何产生的?

反证法的第一步,就是对原命题的否定。比如说,我们要证明命题 P,那么反证法的做法就是假设 ¬P(非 P)成立。
这里,我们并没有去考虑 ¬P 是不是 P 的充分条件或必要条件,我们只是“假设”它成立。看起来是这样,但实际上,我们之所以能够进行反证,是因为我们已经默认了 一个命题要么是真的,要么是假的。 这是逻辑上的一个基本原则(排中律)。

2. 导出矛盾的推导过程是怎么回事?

从假设 ¬P 成立开始,我们一步步地进行逻辑推理。这些推理,每一个步骤都必须是严谨的,都依赖于我们已知的一些真理、公理、定义或者已经证明过的定理。

想象一下,你要证明“不存在最大的偶数”。
反证法的第一步:假设“存在最大的偶数”。我们称它为 N。
接着,我们开始推理:
因为 N 是偶数,所以 N 可以表示为 2k,其中 k 是一个整数。
那么,N + 2 也是一个偶数。
而且,N + 2 显然大于 N。

现在,我们得到了一个结论:“存在一个偶数(N+2),它比我们假设的‘最大的偶数’ N 还要大。”
这个结论,与我们最初的假设“N 是最大的偶数”直接产生了矛盾。这个矛盾是什么?就是 “存在一个偶数比最大的偶数还大”,这本身就是不可能的,它违背了“最大的”这个概念的定义。

在这个推导过程中,我们有没有考虑充分性和必要性?

我们用“N 是偶数”推导出“N = 2k”。这里,“是偶数”是“等于 2k”的充分必要条件。 如果 N 是偶数,那么 N 必然能表示成 2k 的形式,反之亦然。
我们从 N = 2k 推导出 N + 2 = 2k + 2 = 2(k+1)。这里的代数运算是基于已知的算术规则。
我们说 N + 2 > N,这是基于基本的数的大小比较。
最后,我们说“存在一个偶数比最大的偶数还大”,这个“比最大的偶数还大”就是对“最大的偶数”这个概念的否定,从而与假设产生了矛盾。

你看,每一个逻辑推理的链条,都暗含着某些数学对象、概念之间的充分必要关系或者其他逻辑关系。 比如,我们说“偶数”的定义就是“能被 2 整除的整数”,这就是一个充分必要条件。我们之所以能从“偶数”推导出“等于 2k”,是因为这两个概念是等价的,是相互包含的。

3. 为什么说“在导出矛盾过程中不考虑命题的充分性和必要性”这句话不准确?

说“不考虑”是不够准确的,更确切地说,反证法的强大之处在于,它通过一系列严谨的逻辑推导,将“原命题为假”这件事,间接地转化成了“与已知真理相违背”这件事。 而这些逻辑推导的每一步,都离不开各种关系,其中就包括了充分必要性。

充分必要性在这里起的作用是:它保证了我们的推导是“正确地”从“假”推向了“错”。 如果我们的推导过程中,比如从一个概念 A 推导到概念 B 的时候, A 并不是 B 的充分必要条件,那么这个推导就可能站不住脚,甚至会引入错误。

举个更极端的例子:
我们要证明“所有人都终将逝去”。
反证法:假设“存在一个人永生不死”。
推导:这个人不需要吃饭,不需要睡觉,不需要任何生命活动来维持生存。
如果我们就此打住,说“这不可能,因为人需要吃饭”,那么我们就没有完成一个严谨的推导。我们没有说明“需要吃饭”和“终将逝去”之间的关系。这里的“人需要吃饭”这个事实,本身也是一种普遍的规律。

正确的反证过程应该是这样的:
假设“存在一个人永生不死”。
那么这个人就不受时间的影响,他一直存在。
我们知道,所有已知的生命都需要能量来维持,而能量的获取总是受制于环境或者物质的耗尽。
如果一个人永生不死,意味着他不需要能量,或者他的能量来源是无限且不消耗的。
然而,这与我们对宇宙基本规律的理解相悖,特别是热力学第二定律(熵增定律)暗示了封闭系统最终会达到热寂状态,任何生命活动最终都会耗尽能量。永生不死意味着打破了这个规律。
因此,“存在永生不死的人”这个假设,最终推导出了“违背了热力学第二定律”这样一个与我们已知科学真理相矛盾的结论。

在这个例子里,“永生不死”之所以能推导出“违背热力学第二定律”,就是因为两者之间存在一种潜在的因果或必然联系。虽然我们不是直接去论证“永生不死”是“违背热力学第二定律”的充分必要条件,但在我们“推导”的过程中,我们是把“永生不死”的各种含义,一层层剥开,最终触及到了更根本的规律。

总结一下,在反证法中导出矛盾的过程中:

我们假设了命题的否定。
我们利用一系列逻辑推理,将这个否定推向一个与已知真理(包括题设的条件、公理、定理、定义)相违背的结论。
这些逻辑推理的每一步,都依赖于我们对概念、对象之间关系的理解,其中就包括了充分必要性。 如果 A 蕴含 B (A > B),那么 A 的否定 ¬A 并不必然蕴含 ¬B,但如果 A 是 B 的充分必要条件 (A <> B),那么 ¬A 确实是 ¬B 的充分必要条件。在反证法中,我们并不是刻意去“不考虑”充分必要性,而是我们利用了这些关系来构建严谨的推导链条。
最终导出的“矛盾”本身,就是因为这个“矛盾的结论”与某个已知为真的事物(比如“不存在最大的偶数”这个概念的内在逻辑,或者“人需要能量”这个基本事实)是互斥的。

所以,更准确的说法是:反证法并不是说在导出矛盾的过程中可以随意发挥,不顾逻辑关系。恰恰相反,正是因为我们对事物之间(包括充分必要性在内的)逻辑关系的深刻理解,我们才能构建出一条从“假设错误”到“导出荒谬”的坚固的推导链条。 我们“不考虑”的,可能只是“有没有必要直接去证明原命题为真,以及它的逆命题为真”,而是直接去证明它的否定是“错”的。

这就像学游泳,你不需要每次划水都去思考“我的胳膊是怎样提供动力的,是靠杠杆原理吗?”,你只需要知道“这样划水就能前进”。反证法也是如此,我们不需要每次都显式地说“这里是充分条件,那里是必要条件”,而是利用这些已经内化的逻辑规则来完成证明。

网友意见

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反证法是这么操作的

题目:已知P,求证Q。

证明:

如果Not Q成立,由题设知P成立。所以P and (Not Q)成立。

此时得到一个矛盾。

这等价于Not (P and (Not Q))成立。(因为P and (Not Q)矛盾了嘛)

这等价于(Not P) or Q成立。

而题设告诉我们P成立,也就是Not P不成立。所以这等价于Q成立。

这就证好了。

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