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希尔伯特第24个数学问题
zhangbeijing 2016-4-14 19:42
希尔伯特第24个数学问题 作者 张寅生 希尔伯特的23个数学问题对于数学界广为人知。数学词典这样描述它: 1900 年,希尔伯特 * 在国际数学家大会上作了关于数学问题的演讲,提出了23个在各个数学发展方向有重要意义的问题,称为希尔伯特问题。他认为,这些问题的解决,必将推动20世纪数学的发展,并希望不同数学领域相互促进。在这23个问题中,前6个与数学基础 * 有关;其余问题都是各有关领域的重要问题。这些问题的提出,刺激了数学的发展,揭开了现代数学的序幕,许多新数学分支就是在研究希尔伯特问题的过程中发展起来的。20世纪数学的实际发展,部分地证实了希尔伯特的预言。(当然,20世纪数学的发展,大大超出了他所预见的范围)。有人以解决多少个希尔伯特问题,来衡量20世纪以来基础数学 * 的进展。至今,希尔伯特问题还没有全部解决,仍受到数学界的关注 。( 《简明数学词典》 ,北京理工大学出版社,沈以淡)。 现在,提一个问题:有希尔伯特第24问题吗? ----- 这不是玩笑。真有!尽管希尔伯特没有在那次会议提出,但是最近的研究发现在他的手稿中是存在的 : “作为我的巴黎演讲的第24个问题,我想提这样一个问题:化简证明的标准,或者,表明某些证明比其他的更为简单。总而言之,在数学中建立一个数学方法理论”。 ( Sara Negri,Jan Von Plato.Proof Analysis A Contribution to Hilbert’s Last Problem.Cambridge: Cambridge University Press. 2011:1. ) 这表明,证明论的倡导者明显地认为证明方法存在规律性,并且这些方法应成为证明论的一部分 。可惜的是,当前证明论并没有关注证明方法,而是关注证明理论。方法是规则形式,可以是相关于多个对象;而理论则涉及具体的数学对象的命题。 现在,我的《证明方法与理论》在进行一种尝试,它将证明理论与证明方法统一研究,并列列出其关联的规律 。 例如,在讨论自动化证明方法同时介绍递归理论和可判定理论;介绍关系运算方法同时介绍集合论;介绍系统化方法同时介绍系统相容性理论,等等。在证明方法部分抽象出了11种类证明方法: 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。 证明理论部分分类阐述了自希尔伯特倡导建立证明论以来该学科的主要理论:①可判定性理论(包括邱奇-图灵定理及其证明),②相容性理论(包括数学悖论结构分析和解悖理论;集合论公理系统;算术公理系统及欧几里德、罗巴切夫斯基和黎曼几何公理系统的相容性理论)和③(不)完备性理论(包括第一、第二哥德尔不完备性定理的详细证明,一阶逻辑的完备性定理相容性理论)。④可靠性理论(一阶语言的可靠性定理 )。 将证明方法与证明理论结合起来阐述其内在联系和统一规律,这实际上正是希尔伯特建立证明论的初衷之一。希望这个探索有意义,有效果。 ( 张寅生(zhangyinshengnet@sina.com):《证明方法与理论》, 国防工业出版社,2015年)
个人分类: 超数学|6182 次阅读|0 个评论
数学证明方法有多少种?
热度 2 zhangbeijing 2016-4-10 17:35
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
个人分类: 超数学|22776 次阅读|3 个评论
罗尔定理引用辅助函数的证明方法
pingguo 2016-1-25 21:59
罗尔定理引用辅助函数的证明方法.pdf 更多主题请点击进入: 关于哥猜的再猜想 四色猜想的逻辑证明 微分中值与积分中值关系定理 利用不定方程的对称性巧证费马大定理
个人分类: 数学|3903 次阅读|0 个评论

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GMT+8, 2024-4-27 08:39

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