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莱布尼茨是德国著名的自然科学家、物理学家、历史学家、哲学家,是微积分的独立创始人之一。他8岁时进入尼古拉学校学习,在这里,他各科成绩优秀,尤其在数学方面的天赋令人赞叹。但“金无足赤,人无完人”,莱布尼茨在数学学习和研究的过程中,也出现过一些想当然的失误。下面就是两个比较明显的失误。
第一个失误是在证明“若n是自然数时,n3-n是3的倍数,n5-n是5的倍数,n7-n是7的倍数”之后。这一证明对于一个孩子来说,是非常了不起的成绩,但也许是年少轻狂,也许是急于炫耀,总之这种儿童心理促使莱布尼茨信誓旦旦地宣称:“对任何奇数k,nk-n都是k的倍数。”而事实上,这是一个想当然的错误结论,很快他的同学便找到了反例来证明他的结论错误:“如果n=2,k=9,那么29-2=512-2=510,但510显然不是9的倍数。”
这次事件尽管让莱布尼茨极为沮丧,但他从中也得到了启示:由几种特殊情况得到的结论推导出的一般性的规律,有时并不完全可靠。
二是当莱布尼茨成为著名的数学家后,在研究一个看似很普通的算式时,竟然陷入了困惑不解和左右为难的地步。这个算式就是“1-1 1-1 ……=?”。起初莱布尼茨有些不以为然,他信手进行的解答是:从第一项开始,应用加减法性质将相邻两项加上括号,这 样1-1 1-1 ……=(1-1) (1-1) (1-1) ……=0 0 0 ……=0。解答看上去挺有道理,结果似乎也没有什么问题。不过,当莱布尼茨再尝试另一种看起来完全是等量代换的方法时,情况发生了变化。他把第一项暂时搁置不理,而是从第二项开始将相邻两项交换加上括号,这样1-1 1-1 ……=1 (1-1) (1-1) (1-1) ……=1 0 0 0……=1。
一道算式怎么得出了两个不同的结果呢?而且两种计算方法好像都没有问题。那结果究竟是0还是1呢?百思不解的莱布尼茨最后确定了一个折中的方法:设S=1-1 1-1 ……,则S=1-(1-1 1-1 ……),这样有S=1-S,得S=0.5。
而事实上这几个结果都是错误的。因为考察1-1 1-1 ……,可以发现,取一项时则1=1,取两项时1-1=0,取三项时1-1 1=1,……显然,当项数逐步增加时,各项的和依次是1,0,1,0……由于项数趋于无穷,所以我们根本无法确定最终的结果。那么莱布尼茨当初的计算推导错在何处呢?很简单,他把有限个数相加的运算性质用到了无穷个数相加的情形中,简而言之,就是混淆了有限与无限的本质区别,直接生搬硬套,所以才导致了荒唐的结论。
所幸的是,这些失误没有影响到莱布尼茨对数学的兴趣,反而让他不断提醒自己吸取教训、理性思考,从而为他成为杰出科学家打下了坚实的基础。
《博物馆失窃案》答案:查理有罪。推理如下:
假设詹姆斯无罪,根据(4),那么查理或格蕾丝有罪;又根据(2)格蕾丝只有伙同查理才会作案,故可知,查理必定有罪。
假设詹姆斯有罪,根据(1)(3),他也必定要伙同查理或格蕾丝作案;再根据(2),推出查理必定有罪。
所以,不论詹姆斯有没有罪,查理都有罪。
第一个失误是在证明“若n是自然数时,n3-n是3的倍数,n5-n是5的倍数,n7-n是7的倍数”之后。这一证明对于一个孩子来说,是非常了不起的成绩,但也许是年少轻狂,也许是急于炫耀,总之这种儿童心理促使莱布尼茨信誓旦旦地宣称:“对任何奇数k,nk-n都是k的倍数。”而事实上,这是一个想当然的错误结论,很快他的同学便找到了反例来证明他的结论错误:“如果n=2,k=9,那么29-2=512-2=510,但510显然不是9的倍数。”
这次事件尽管让莱布尼茨极为沮丧,但他从中也得到了启示:由几种特殊情况得到的结论推导出的一般性的规律,有时并不完全可靠。
二是当莱布尼茨成为著名的数学家后,在研究一个看似很普通的算式时,竟然陷入了困惑不解和左右为难的地步。这个算式就是“1-1 1-1 ……=?”。起初莱布尼茨有些不以为然,他信手进行的解答是:从第一项开始,应用加减法性质将相邻两项加上括号,这 样1-1 1-1 ……=(1-1) (1-1) (1-1) ……=0 0 0 ……=0。解答看上去挺有道理,结果似乎也没有什么问题。不过,当莱布尼茨再尝试另一种看起来完全是等量代换的方法时,情况发生了变化。他把第一项暂时搁置不理,而是从第二项开始将相邻两项交换加上括号,这样1-1 1-1 ……=1 (1-1) (1-1) (1-1) ……=1 0 0 0……=1。
一道算式怎么得出了两个不同的结果呢?而且两种计算方法好像都没有问题。那结果究竟是0还是1呢?百思不解的莱布尼茨最后确定了一个折中的方法:设S=1-1 1-1 ……,则S=1-(1-1 1-1 ……),这样有S=1-S,得S=0.5。
而事实上这几个结果都是错误的。因为考察1-1 1-1 ……,可以发现,取一项时则1=1,取两项时1-1=0,取三项时1-1 1=1,……显然,当项数逐步增加时,各项的和依次是1,0,1,0……由于项数趋于无穷,所以我们根本无法确定最终的结果。那么莱布尼茨当初的计算推导错在何处呢?很简单,他把有限个数相加的运算性质用到了无穷个数相加的情形中,简而言之,就是混淆了有限与无限的本质区别,直接生搬硬套,所以才导致了荒唐的结论。
所幸的是,这些失误没有影响到莱布尼茨对数学的兴趣,反而让他不断提醒自己吸取教训、理性思考,从而为他成为杰出科学家打下了坚实的基础。
《博物馆失窃案》答案:查理有罪。推理如下:
假设詹姆斯无罪,根据(4),那么查理或格蕾丝有罪;又根据(2)格蕾丝只有伙同查理才会作案,故可知,查理必定有罪。
假设詹姆斯有罪,根据(1)(3),他也必定要伙同查理或格蕾丝作案;再根据(2),推出查理必定有罪。
所以,不论詹姆斯有没有罪,查理都有罪。