问题

数学中的错误有大错和小错的区别吗?

回答
数学中的错误,从本质上来说,都是“错”的。但如果我们从其影响的范围、造成的后果以及根源等角度来分析,确实可以将其区分为“大错”和“小错”。这种区分并非严格的数学定义,而是基于我们在学习、研究和应用数学时遇到的情况。

下面我将从几个方面详细阐述数学中的“大错”和“小错”的区别:

一、 从错误的影响范围和后果来区分

1. 小错(Minor Errors)

特点: 通常是局部的、孤立的,对整体结论或过程影响有限。
表现形式:
计算失误: 比如加减乘除中的一个数字错误,平方算错,分数约分错误等。
例子: 计算 $2+3 imes 5$ 时,先算 $2+3=5$,再乘以 $5$,得到 $25$,而正确的顺序应该是 $3 imes 5 = 15$,然后 $2+15=17$。
符号错误: 比如把“+”写成“”,把“=”写成“≠”,或者变量符号混淆。
例子: 在解方程 $2x + 5 = 11$ 时,误写为 $2x 5 = 11$。
书写或抄写错误: 题目抄错,公式中的字母写错,或者数字抄错。
例子: 要计算 $sqrt{49}$,结果写成了 $sqrt{50}$。
理解上的细微偏差: 对某个概念的细枝末节理解不深,但核心思想还在。
例子: 理解函数时,知道它是个“输入输出”的关系,但没有完全掌握定义域和值域的概念。
过程中的局部错误: 在长篇证明或计算中,某一步推导或计算出现小失误,但其他部分逻辑清晰,且最终结果可能因为巧合或后续修正而接近正确值。
例子: 在一个很复杂的代数化简过程中,某一项的系数算错了,但化简的整体思路和步骤是正确的。
后果:
可能导致最终答案错误,但如果进行检验或复查,往往容易发现。
在考试中,可能会被扣除部分分数。
对整体理解的影响较小,通过练习和回顾可以纠正。
在实际应用中,如果错误非常微小且影响不被放大,可能不会立即导致灾难性后果,但长期累积可能带来问题。

2. 大错(Major Errors)

特点: 通常是根本性的、原则性的,会严重影响数学逻辑的正确性、推理的有效性,甚至导致整个问题的方向性错误。
表现形式:
概念性错误: 对数学基本概念、定义、定理的误解或曲解。
例子: 认为“函数的值域就是所有可能的输入值”(这是定义域的误解),或者认为“偶函数一定是对称的”(偶函数是关于y轴对称,奇函数是关于原点对称)。
逻辑推理错误: 推理过程中存在跳跃、偷换概念、以偏概全、逻辑不连贯等问题。
例子: “因为 $a^2 > b^2$,所以 $a > b$”(忽略了 $a, b$ 的符号,比如 $a=3, b=2$,则 $a^2=9>b^2=4$,但 $a 定理或性质的滥用: 没有满足定理的条件就套用定理,或者错误地将一个性质推广到不适用的范围。
例子: 在处理向量时,错误地将标量乘法的分配律应用于点积(向量点积不是简单的乘法分配)。
方法论错误: 选择了错误的解题方法,或者在方法执行过程中出现根本性失误。
例子: 在解一个非线性方程组时,尝试使用线性方程组的方法求解。
证明中的根本性瑕疵: 整个证明思路是错误的,或者核心的几步推理完全站不住脚。
例子: 试图用归纳法证明一个不符合数学归纳法原理的命题。
对数学工具的误解和误用: 对微积分中的极限、导数、积分概念理解不清,或者在应用统计学方法时,对数据的分布、样本的代表性没有正确认识。
后果:
导致整个问题的结论完全错误,且难以通过简单检验发现。
在学术研究中,可能导致错误的理论提出,误导他人,需要付出巨大努力去纠正。
在工程、科学等应用领域,可能导致设计缺陷、实验结果误判,造成严重后果,甚至危险。
对数学学习者而言,大错往往意味着对基础概念和逻辑思维的深刻不足,需要系统性的学习和纠正。

二、 从错误的根源来区分

1. 小错的根源:

熟练度不够: 对基本概念或运算不够熟悉,导致操作失误。
注意力不集中: 在进行复杂计算或书写时,因短暂分心而出现错误。
记忆模糊: 对某些公式或细节记忆不清,导致应用错误。
粗心大意: 这是最常见的原因,即“知道怎么做,但就是做错了”。
对某个细节理解偏差: 比如对运算顺序的细微规则理解不够透彻。

2. 大错的根源:

基础知识不牢固: 对数学的基石性概念(如集合、函数、变量、逻辑关系等)理解不透彻。
抽象思维能力不足: 难以理解和运用数学中的抽象概念和逻辑推理。
思维僵化或模式化: 习惯于套用固定的模式,遇到新颖或复杂的问题时无法灵活应对。
缺乏批判性思维: 不会质疑自己的推理过程,不主动寻找潜在的漏洞。
对数学整体结构的认识不足: 无法将不同数学分支的知识融会贯通,理解它们之间的联系。
概念混淆: 将两个相似但本质不同的概念混为一谈。

三、 举例说明区分

场景:解一元二次方程 $x^2 5x + 6 = 0$

小错:
计算失误:使用求根公式,发现判别式 $Delta = (5)^2 4(1)(6) = 25 24 = 1$。当计算 $x_1 = frac{(5) + sqrt{1}}{2(1)}$ 时,算成了 $frac{5+1}{2} = 3$,但另一个根 $x_2 = frac{51}{2} = 2$ 是正确的。或者,在因式分解时,$(x2)(x3)=0$,但最后写成 $x=2$ 或 $x=3$,漏写了“或”。
符号错误:在写求根公式时,误写成 $x = frac{b pm sqrt{b^2 4ac}}{2a}$ 而不是 $x = frac{b pm sqrt{b^2 4ac}}{2a}$。

大错:
概念性错误:认为方程只有一个解,或者认为解就是系数。
逻辑推理错误:直接从 $x^2 = 5x 6$ 推导出 $x = 5 6/x$,然后尝试计算。
方法论错误:试图用三角函数替换来解这个简单的代数方程。
定理滥用:如果这是一个更复杂的方程,但误认为它是线性的,而套用线性方程的解法。

四、 总结

“大错”和“小错”的关键区别在于其深刻性和破坏性。小错通常是技术层面的、操作层面的,容易纠正,对数学理解的根基影响不大。而大错则是认知层面、逻辑层面,甚至思维层面的,它触及到数学的本质,会阻碍更深层次的学习和应用。

在学习数学的过程中,我们都需要努力避免错误,但更重要的是认识到错误的类型和根源。对于小错,我们要提高熟练度和细心程度;对于大错,则需要反思和加强对基本概念和逻辑的理解。识别出大错并加以纠正,往往是数学能力提升的关键一步。在更高级的数学研究中,一个看似微小的概念误解,也可能最终演变成一个“大错”,动摇整个理论的基础。所以,即使是“小错”,也不能掉以轻心,因为它们往往是大错的萌芽。

网友意见

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大错就是无法弥补的错误。比如民科证明Fermat大定理,用的都是初等方法,不学无术,出的就是大错。任何可以弥补的错误都是小错。比如Wiles证明Fermat大定理的时候中间有个gap,花了一年才补上,后来接受采访的时候因为这件事都哭了。因为假如这个gap补不上,那他过去8年的心血就会全部白费,自己也会成为某些心胸狭隘的同行的笑柄。他的原文109页,补上这个gap大概花了20页,但仍然是小错。因为这个问题比起他的工作是微不足道的。

这里有一点又需要说明。Wiles的文章当年是Katz在审稿。Katz看到那个gap以后读不懂(109页的文章,以Katz的高超水平,一天竟然只能读几行),就问Wiles这一步怎么做。Wiles当时觉得是显然的,仔细一想才发现其实是non-trivial。假如Wiles的心理真的有一个证明,并且在Katz询问了以后很快就给出正确的回复,那么这个地方就连小错都算不上,Katz不懂就是他自己的问题了。这种事情在数学上是很多的,比如Gromov很多证明都没写清楚,有些甚至要写100页才能补充完整,但是Gromov说,他想出这些idea已经很累了,就没有精力写证明。他有很多sketch of proof,基本上都讲到了证明的key point,这就不算错。他的文章还是发表在顶级杂志上。因为他的originality太高了,区区证明细节相对于他的工作而言不算什么,应该尊重他的风格,不能用细枝末节刁难大师。最重要的是他写下来的每一个定理都是对的,而那些整天叫嚣证明的人并没有这个本事:他们只会证明一些trivial的结果,辛苦奋斗几十年,还是一个教书匠。

Hilbert的论文里面,有许多估计和常数都算错了,但是因为Hilbert对什么样的数学是对的,什么是错的有很好的感觉,所以这些错误完全没有影响到他想要证明的定理,都是可以弥补的。所以这些瑕疵对于Hilbert 20世纪早期全世界最伟大数学家的声誉也没什么影响。

另外,Newton,Leibniz,Riemann,Cauchy这些微积分和复变量微积分的创始人们证明的大量结果都不严格,因为微积分的严格化要等到19世纪中期Weierstrss把极限的定义严格化。但是这几位在不严格的基础上居然能得出很多正确而且重要的结果,历史就承认了他们的贡献。比如Cauchy积分定理,Riemann映射定理的证明都是错的,而且他们的证明其实是大错,有基本概念上的错误和混淆。但是即使是大错,在他们开天辟地的工作面前也不值一提。要知道,在一个严格的基础上用逻辑一步步推出一些东西不是太难的,难的是在数学还不严格的时候,通过惊人的直觉发现什么是对的,这就超越了证明和逻辑,这才是数学的发展真正需要的东西。真正重要的数学进展绝不可能是通过逻辑发现的,但这是需要天赋的,不是努力就可以做到。所以有时候所谓的大错其实也很微小。

在我看来如果你坚持自己独立做工作而不是混在一起吃大锅饭,小错是不能避免的,尤其是现在论文越来越长,很少有数学家愿意去写那种几页的notes了。至少在我这个方向,一流的数学家都是在不断产出几十页上百页的大paper的。即使是Donaldson这么谨慎的数学家,一生也难免偶尔出一些小错(其实他有些paper里具体的估计和常数计算也不是很仔细的)。Seidel这么精细的人,arxiv上的文章页经常改动到v6甚至v8。既然是可以弥补的,其实这些也就不算是错误了。但是数学家往往追求完美,尤其是对发表出来的东西,如果里面有点小毛病,心里就不自在。

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不同意最高票回答。

抛开笔误(typo)之外,数学里的任何错误没有大小之分。数学结论的证明要么是对的,要么是错的。尽管有一些错误也很有意义,但是依然本质上是错的。假如错误有大小之分,那么应该存在一个合理的标准去界定,也就是说,需要给“大错”“小错”定义。

最高票的回答认为Andrew Wiles一开始的证明里的错误是小错误,唯一一个认为“错就是错”的答案被折叠。

我们来看看最高票回答怎么说的。

比如Wiles证明Fermat大定理的时候中间有个gap,花了一年才补上,后来接受采访的时候因为这件事都哭了。因为假如这个gap补不上,那他过去8年的心血就会全部白费,自己也会成为某些心胸狭隘的同行的笑柄。他的原文109页,补上这个gap大概花了20页,但仍然是小错。因为这个问题比起他的工作是微不足道的。

“有个gap”,“花了一年才补上”,事后接受采访“都哭了”。如果补不上,后果非常严重。然后答主认为这个错误是“小错”。

后面还提到了Katz在这个地方不明白,Wiles原本认为这地方是显然的。然而这不是恰恰说明这个错误不是一般的错误吗?

我个人的观点,应该说Wiles最初的证明是错的,后来的是正确并伟大的。Wiles后面如何修正(fix)这个证明都与这个错误本身关系不大。按最高票的意思,在Wiles补上最后一段之前,这个错误不是“可以弥补的错误”,而补上之后就成了“可以弥补的错误”因此是“小错”。

再打个极端的比方,如果Wiles发现最初的证明有问题之后,推翻之前的方法,用一种新的方法证明了费马大定理,算不算是“可以弥补的错误”?那这个错误是“小错”吗?

Wiles当时承担的压力是巨大的,太多要求放出最初的证明的声音。有太多太多的如果,会导致截然不同的后果。就这样一个错误,反而使得这段故事更称得上是一段佳话。在我心目当中,Wiles是极其伟大的数学家,在面对错误时候的应对更是让我本人佩服不已。

总结一下我的观点——数学是严谨的,错误不分大小,结论只看对错。根据错误能不能弥补来判断是大错还是小错,这是一种因果倒置。

观点抛砖引玉,欢迎探讨。

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