2011年12月24日星期六

1+1=2的证明及意义

我们从小学开始就开始学数学,当教过阿拉伯数字以后,应该就开始教加法了。所以任何一个学过数学的都应该知道1+1=2(你非要说你不知道……我也表示无奈)

我第一次听说1+1=2需要证明,是一次被校长叫去训话(可见我小时候调皮……),他跟我说:“虽然你很聪明,但是很多事情要从基础做起,人家陈景润用了一辈子来证明1+1=2

于是问题就来了,凭什么1+1=2,而不是3呢。或者4,5,6。有人说那好办,我强制定义1+1=2,就可以解决问题了。那么1+2=3又如何证明呢。难道又要定义1+2=3,接着1+3=4?那么,你所面对的就是无数个定义。

好了,其实事情没有那么麻烦,我在网上看到了一个1+1=2的证明,加上了一些自己的改动,如果有不对,请指正(PS:不对的可能性非常大)

我们先假定我们什么都不知道,真的什么都不知道,包括加号是干什么用的我们都统统忘掉。我们做如下公设:

  P1.  1是自然数(注意,在我的证明里,0不是自然数,认为0是自然数的人请自己修正)
  P2.  x是自然数,且其后继数x'也为自然数(后继数即紧跟x后面的那个数)
  P3.  1不是任何数的后继数
  P4.  如果x不是1,那么一定存在另外的一个数y他的后继数y'=x
  P5.  一个命题,对1成立,且当假设n成立时,也能对n'成立,则此命题为真(即数学归纳法的前提,这个公理被成为归纳公设)


接下来,我们定义加号的作用:
       我们定义a+b在b=1的时候为a的后继数a'
       如果b不是1,则存在c' = b,其中c也是自然数(利用P1和P2).
       则定义a + b = (a + c)'. (利用P4),


那么我们可以得到1+1=1',即1+1得到的是1的后继数。


那么一切都好办了,如果我们约定俗成:自然数是按1,2,3,4,5排列的,那么1+1=2,同理2+1=3
按照后一个定义,2+2得到的是2+1的后继数即3的后继数,即为4。

这个解法的精髓在于重新定义了加号,即3+2=(3+1)'也就是3+2得到的是3+1的后面一个数。然后就只要定义3+1后面是什么就好了

当然,还有很多种证明方法。我也不一一列举了

许多人看完可能会认为,这样的绕圈子有什么含义吗,直接定义1+1=2,或者1+2=3不简单的多吗。

其实我觉得,这样证明是有含义的。首先,这样的方法证明了1+1=2并非是公理。他可以被集合论和符号定义证明。这改变了数学的理论体系。数学的基础不再是加法,而是集合论与符号定义。

第二,这个证明在不改变数学结果的情况下重新定义了加号。加号不再意味着一根香蕉加一根香蕉等于两根香蕉,而是1+1得到的结果应该是1的后继数,至于1的后继数是多少就看你需要了。

最后,吐槽一下我那位小学校长,人家陈景润研究的1+1=2事实上是哥德巴赫猜想,跟真正的1+1=2没有什么关系,这个是为了方便人们理解,而做的比方

没有评论:

发表评论