这个问题难以回答 --------- 首先涉及如何定义一种数学证明方法,然后才可统计。 希尔伯特对数学证明的定义是:一个证明是一个格式,它本身必须清楚地呈现在人们面前;它根据推理模式,由一系列断定组成,这里前提 S 或是一条公理(或一些公理),或是在展开中先已出现的证明格式的结尾公式 。 类似地,哥德尔对数学证明给出的定义是:证明在形式上不过是公式的有穷序列(具有一些特殊的可定义的特征) 。 这样看来,可以把数学证明定义为一个逻辑推理的过程,推理的结果是被证命题 ( 证明结论 ) 。由此得出一个重要结论:数学证明方法可以形式化为逻辑表达式,特别是逻辑蕴含式(也就是“如果 … 那么 … ”的结构,直至结论)。如果两个证明的序列(逻辑表达式结构)形式上 或 本质上没有差异,则可视为是一个证明方法;否则可视为两个证明方法。 在明确证明方法的定义后,可公式化这些逻辑结构,列为一个独立的形式化方法,然后统计它有多少种。当然统计的样本要足够全,要在古今中外的数学证明实践中抽取。拙作《证明方法与理论》(张寅生著,国防工业出版社, 2015. 作者信箱: zhangyinshengnet@sina.com )的证明方法部分就做了这样一个工作。结果归纳抽取了 11 种数学证明方法: ① 关系运算证明方法; ② 三段论证明方法; ③ 数学归纳法; ④ 反证法; ⑤ 构造性证明方法; ⑥ 同态证明方法; ⑦ 解释性证明方法; ⑧ 系统化证明方法; ⑨ 截消证明方法; ⑩ 归结证明方法; ⑪ 自动化证明方法(其中,截消证明方法是系统化证明方法的特例;解释性证明方法是同态证明方法的特例)。 这个抽取结果与其他数学证明方法的分类、归纳结果比较如何?就作者看来,这个结果是当前归纳最全的数学证明方法,也就是说,这 11 个数学证明方法是史上最全的数学证明方法的集成。 下表是比较结果 : 表中的其他文献或多或少列出了各种数学证明方法,就当前的搜索结果,基本上囊括了当前国际国内数学证明方法论述著作了。经过作者逐一比较和借鉴, 《证明方法与理论》包括了它们所说的方法(当然分类、名称、结构未必相同)。有的文献如 孙宗明《数学证明方法》,所列的方法更多,但是因为这些方法没有形式化,因此或者在逻辑结构上不是独立的或可形式化的,或者可包含在《证明方法与理论》的其他方法中了。 当前对数学证明方法的分类和集成状况 作者(编者) 著作名称 所介绍的证明方法 萧文强 数学证明 西方证明方法、中国的直观解释方法 张顺燕 数学的思想、方法和应用 演绎法、分析与综合、归纳法、数学归纳法 孙宗明 数学证明方法 演绎法和归纳法、直接证法和间接证法、综合法和分析法、循环证法、抽屉证法、定性证法、构造性证明、初等证明、机器证明、轮换证法、不动点法、摄动法、集合等同法、极大极小法、非综合几何法 林东岱 李文林虞言林 (主编) 数学与数学机械化 吴方法 克林 元数学导论 形式系统证法、自然演绎系统证法 Michael Sipser 计算理论导引 构造性证明、归纳法、反证法三种方法 Danniel J.Velleman How to prove it 关系演算、数学归纳法 Ted Sundstrom Mathematical Reasoning----Writing and Proof 直接证明、反证法、构造性证明 Peter J.Eccles An Introduction to Mathematical Reasoning----numbers, sets and function 直接证明、反证法、构造性证明、归纳法 Robert S.Wolf Proof, Logic and Conjecture 形式证明、非形式证明 Roman Garnier and John Talor 100% Mathematical Proof 直接证明(反证法、双条件导出法)、存在与唯一性证明(构造性、非构造性证明)、形式系统证法、自然演绎系统证法、非形式证明 Herman Ruge Jervell A course in proof theory 归结方法、根岑的演绎方法及根岑树截消方法 、模拟和博弈方法 Samuel R.Buss An Introduction to Proof Theory 根岑的演绎方法及根岑树截消方法 L.A.Harringgton etc. Editors Harvey Friedman’s Research on the Foundations of Mathematics 反推数学方法(公理系统证明方法) U.Kohlenbach Applied Proof Theory:Proof Interpretations and Their Use in Mathematics 延伸证明方法(解释性证明方法)、证明挖掘方法(解释性证明方法) 、截消证明方法 Samuel R. Buss Handbook of Proof Theory - 形式系统证法、自然演绎系统证法 Wolfram Pohlers Proof Theory.The First Step into Impredicativity 形式系统证法、自然演绎系统证法 Gaisi Takeuti Proof Theory 形式系统证法、自然演绎系统证法 Herman Ruge Jervell A course in proof theory 截消方法、模拟和博弈方法 Charles E Introduction to Mathematical Proofs.A Transition 直接证法、反证法、穷举证法、双蕴涵证法、全称量词证法、存在量词证法、数学归纳法 Sara Negri Jan Von Plato Proof Analysis 形式系统证法、自然演绎系统证法