数学 Proof Without Words(一)

 

直观而朴素的证明可以给我们带来启发,也会让我们感到欣喜。...

Proof Without Words 
一目了然的证明


有人说,证明不是为了让你相信某件事是对的,而是向你展示这件事为什么是对的。我觉得这句话可以解读为:证明不是发明一套理论来强迫你相信‍,而是本来已经存在的真理

当我们提到数学证明,很多人可能会联想到一串串字母、晦涩的语言、眼花缭乱的公式……总之,一言不合就要弄出好几页。

但是,你是否相信,证明也可以既优美又直观?点开这条链接的人有福了。作者收集了几个无需语言的证明,而且在每个证明下面都配上了详细的解释。只要你受过一些训练,就可以一目了然地得出结果,大呼“原来如此!”

1. 有限项整数求和公式的2个证明

小学的时候我们都学过1+2+3+…+n怎么求和,长大以后,我们还能脱口而出:
(首相+末项)*项数/2。
这是数学王子Guass首先发现的经典求法,是非常巧妙的方法。(牛人就是不一样,小时候就搞出这么经典的方法,过了几百年人们还在学。)

下面展示两种其他方法。

1)证明1(来自伊恩·理查兹)
[Hint:利用面积来证明。不妨设每个小正方形面积为1。等号左边为面积逐行相加;等号右边为先算白色大三角形面积,再加上所有涂阴影小三角形面积。]
2)证明2(来自古希腊,马丁·加德纳改编)
[Hint:利用单侧小球数量来证明。我们可以看到,中间的折现把球分为了相等的两部分,而且行比列多出1个小球。

不妨设每列n有个小球,则每行有(n+1)个小球。现在求左侧(或右侧)小球个数。等号左边为逐行相加;等号右边为灰黑两色小球总数量取一半。]
两种方法都可以证明整数求和公式。

2. 有限项奇数求和公式的证明‍(来自尼可修曼)‍
[Hint:利用小球总数来证明。图中有很多折现,可以看做用纸壳把小球一层一层分开,每一层分别为1,3,5,7… 不妨设每行有n个小球。等号左边为逐层相加,等号右边为直接求小球总数。]

好的证明可以让我们更聪明。

优美而直观的证明像一首诗,里面蕴含着智慧和浪漫。

虽然这些无需演绎的证明不能建立系统的一般理论,但是直观而朴素的证明可以给我们带来启发,也会让我们欣喜。



如果你认为这样的证明称不上是“证明”,也无妨,就当作一种欣赏或者消遣吧。

文末彩蛋:

书籍推荐(无安利成分):《数学写真集——无需语言的证明》译丛,机械工业出版社,“理性派”系列丛书。

《数学写真集》从国外引进,翻译为中文,共三季。其中收录了很多关于三角函数、求和与级数、几何定理以及有关向量、微积分、矩阵的直观证明,其中大多数都是利用图形来证明。

声明:本文为公众号运营者宏一姑娘原创,其中的数学证明为本人收集,证明注释为本人撰写。转载请注明出处。


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