数学中的反证法范文

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第1篇

何 昊

（江苏省南京市第十三中学锁金分校）

摘 要：系统地介绍了理论基础，对反证法的逻辑形式，唯一的负命题，命题，肯定命题三用反证法适用的命题类型进行了详细讨论。

关键词：反证法；否定性；唯一性

在数学的诸多方法中，反证法是一种重要的证明方法，尤其在数学证明中，它是一种间接的证据，被称为“一个最先进的武器”的数学家.反证法经常被用来证明存在性、否定性、唯一性等一些不易直接下手的命题.用反证法证明命题成立的基本步骤可以简单地概括为“否定―推理―反驳―肯定”四个步骤.一个数学问题的解决方案，如果你觉得不足或没有启动的“条件”，不妨考虑反证法的使用.反证法的应用范围很广，比如代数、数论、几何、组合等方面的应用.

一、反证法的概念及类型

反谓反证法，就是在要证明“若A则B”时，可以先将结论B予以否定，记作，然后从A与出发，经正确的逻辑推理而得到矛盾，从而原命题得证.

反证法大致可分为以下两种类型：

归谬法：论题结论的反面只有一种情况，只要把这种情况就达到了目的.

穷举法：论题结论的反面不止一种情况，要一一驳倒，最后才能肯定原命题结论正确.

二、反证法常用于以下几种命题的证明

1.存在性命题

例1：证明A，B，C，D，E五数之和等于5，则其中必有一个不小于1.

分析：这个问题似乎很简单，但直接的证明是不容易的.因此，应用反证法，它可以很容易地证明.

证明：假设A，B，C，D，E都小于1，那么A+B+C+D+E

所以5个数都小于1不成立，故必有一个数不小于1，即原命题是正确的.

2.否定性命题

例2：设平面上有六个圆，每个圆的圆心都在其余各圆的外部.试证明：平面上任一点都不会同时在这六个圆的内部.

分析：直接证明某点在哪些圆的内部，在哪些圆的外部，有些困难，故最好用反证法来证明.

证明：假设平面内有一点M同时在这六个圆的内部，为了方便，我们把绕M的六个圆心从某个开始按顺时针方向分别记为A，B，C，D，E，F，连结MA，MB，MC，MD，ME，MF.

考虑AMB，M在A内，B在A外，所以有AB>AM，同理，AB>BM，即在AMB中，AB大于其他两边.

由“大边对大角”知，∠AMB>∠ABM.同理，∠AMB>∠BAM.

所以，3∠AMB>∠ABM+∠AMB+∠BAM=180°，

所以∠AMB>60°.

同理∠BMC、∠CMD、∠DME、∠EMF、∠FMA均大于60°.

所以∠AMB+∠BMC+∠CMD+∠DME+∠EMF+∠FMA>360°.

但是，很显然，这个角围成了一个周角，它们的和不可能大于360°，出现矛盾.

故而假设不正确，所以原命题成立.

3.唯一性命题

例3：求证方程x=sinx+a（a为常数）的解唯一.

分析：直接解或证明是非常困难的，作为唯一的命题往往采用反证法证明.

所以原方程的解是唯一的.

从上面的例子中，我们可以看到，最大的优势是反证法――超过一个或几个条件，从相反的结论来看，与一些已知的条件下，原出口的冲突，从而达到负的假设、肯定原命题的目的.从上面，我们应该充分利用反证法，必须正确把握灵活运用“反设”“归谬”这两个反证步骤.反设是反证法的第一步，能否正确否定结论，对论证的正确性有着直接的影响.

反证法是很巧妙的，它的应用是很广泛的，但究竟怎样的命题证明才适于用反证法，却很难回答，这是一个经验问题.

参考文献：

[1]李建泉.中等数学[M].中国学术电子出版社，2004.

[2]刘广云.数学分析选讲[M].哈尔滨：黑龙江教育出版社，1993.

[3]张顺燕.数学的思想、方法和应用[M].北京：北京大学出版社，2003.

第2篇

关键词： 中学数学教学 反证法 使用条件

在生活中，我们都有这样的常识，去掉大米中的砂粒，有两种方法.一种是直接从大米中把砂粒一粒一粒地拣出来；一种是用间接的方法――淘洗法，把砂粒残留下来.这两种方法虽然形式不同，但结果却是一样的，都能达到去掉砂粒的目的.有时用直接方法很困难，而用间接方法却容易得多.牛顿曾说：“反证法是数学家最精当的武器之一.”当一些命题不易从正面直接证明时，就可考虑用反证法.

一、反证法的基本概念

1.反证法的定义

法国数学家阿达玛对反证法的实质做了如下概括：“若肯定定理的假设而否定其结论，就会导致矛盾.”这是对反证法的极好概括.其实反证法也称作归谬法。反证法适合一些正面证明比较困难，但是否定则比较简单的题目，在高中数学中的应用较为广泛，在解决一些较难问题的时候，反证法能体现其优越性.

2.反证法的基本思想

反证法的基本思想就是否定之否定，这种基本思想可以用下面的公式表示：

“否定推理矛盾肯定”，即从否定结论开始，经过正确无误的推理导致逻辑矛盾，达到新的否定.

3.反证法的逻辑依据

通过以上三个步骤，为什么能肯定原命题正确呢？其逻辑根据就在于形成逻辑的两个基本规律：“排中律”和“矛盾律”.在同一思维过程中，两个互相矛盾的判断不能同时都为真，至少有一个是假的，这就是逻辑思维中的“矛盾律”；两个互相矛盾的判断不能同时都假，简单地说“A或者非A”，这就是逻辑思维中的“排中律”.反证法在其证明过程中，得到矛盾的判断，根据“矛盾律”，这些矛盾的判断不能同时为真，必有一假，而已知条件、已知公理、定理、法则或者已经证明为正确的命题都是真的，所以“否定的结论”必为假.再根据“排中律”，结论与“否定的结论”这一对立的互相否定的判断不能同时为假，必有一真，于是我们得到原结论必为真.所以反证法是以逻辑思维的基本规律和理论为依据的，反证法是可信的.

二、反证法的步骤

用反证法证题一般分为三个步骤：

1.反设.假设原命题的结论不成立；

2.归谬.从这个结论出发，经过推理论证，得出矛盾；

3.结论.由矛盾判定假设不成立，从而肯定原命题的结论正确.

即：否定结论推导出矛盾结论成立.

三、反证法的种类

1.归谬反证.结论的反面只有一种情形，只要把它驳倒，就能达到证题目的.

2.穷举反证.结论的反面不止一种情形，必须将它们逐一驳倒，才能达到证题目的.

四、反证法的典型例题

例1：已知：AB，CD是圆内非直径的俩弦（如图），求证：AB与CD不能互相平分.

证明：假设AB与CD互相平分与点M，则由已知条件AB，CD均非圆O直径，可以判定M不是圆心O，联结OA，OB，OM.

因为OA=OB，M是AB中点，所以OMAB（等腰三角形底边上的中线垂直于底边）.同理可得：OMCD，从而过点M有两条直线AB，CD都垂直于OM.这与已知的定理相矛盾.故AB与CD不能互相平分.

五、反证法的使用条件

任何方法都有它成立的条件，也都有它适用的范围.离开了条件超越了范围就会犯错误，同样，问题解决也就没有那么容易.因此，我们应该学会正确使用反证法解题.

虽然用反证法证明，逻辑推理严谨而清晰，论证自然流畅，可谓是干净利落，快速而可行，是一种很积极的证明方法，而且用反证法证题还有很多优点：如思想选择的余地大、推理方便等.但是并不是什么题目都适合用反证法解决.

例2：如果对任何正数p，二次方程ax+bx+c+p=0的两个根是正实数，则系数a=0，试证之.

分析：看了本题的证明过程似乎很合理，但其实第三步，即肯定原结论成立的论证错了.因为，本题的题设条件为对任意正数p，y=0有两个正实数根，结论是a=0，但本题的题设条件与结论是矛盾的；当a=0时，二次方程就变成了一次方程bx+c+p=0，此一次方程在b≠0时，对于任何正数p，它只有一个根；在b=0时，仅当p=-c>0的条件下，它有无数个根，否则无根，但总之不会有两个根.题设条件和结论矛盾.因此，本题不能反证法来处理.若原题改为“如果对于任何正数p，只存在正实根，则系数a=0”，就能用反证法证明.

因此，对于下列命题，较适用反证法解决.

（1）至多至少型命题；（2）唯一性命题；（3）否定型命题；（4）明显型命题；（5）此前无定理可以引用的命题.

例3：设a，b都是正数，求证：（a-b）/a≤ln（a/b）≤（a-b）/b.

证明：反设ln（a/b）≤（a-b）/b不成立，便有ln（a/b）≥（a-b）/b，由对称性知：ln（b/a）≥（b-a）/a，相加得：ln（a/b）+ln（b/a）>（a-b）/b+（b-a）/a

即：0>（a-b）/a≥0这一矛盾说明ln（a/b）≤（a-b）/b

即：ln（b/a）≥（a-b）/b

交换位置：ln（a/b）≥（a-b）/b

合并得：（a-b）/a≤ln（a/b）≤（a-b）/b

反证法是数学中的一种重要的证明方法.牛顿曾说：“反证法是数学家最精当的武器之一.”它是从命题的否定结论出发，通过正确的逻辑定理推理导出矛盾，从而证明原命题的正确性的一种重要方法.反证法之所以有效是因为它对结论的否定实际上增加了论证的条件，多一个条件，这对发现正确的解题思路是有帮助的.对于具体、简单的命题；或者直接证明难以下手的命题，改变其思维方向，通过逆向思维，从结论入手进行反面思考，问题就能迎刃而解.在现代数学中，反证法已成为最常用和最有效的解决问题的方法之一.

参考文献：

[1]赵振威.中学数学教材教法[M].华东师范大学出版社，2000.

[2]刘世泽.反证法的逻辑依据[J].高等函授学报，1997（4）.

[3]耿素云.离散数学[M].北京：高等教育出版社，1998.

[4]赵杰.反证法―――化难为易的法宝.中学生数理化（高二版），2010，（3）.

[5]路从条.“反证法”思想在中学教学中的运用.福建教育学院学报，2003，（3）.

第3篇

关键词：反证法；证明；矛盾；命题；假设

有个很著名的“道旁苦李”的故事：从前有个名叫王戎的小孩，一天他和小朋友发现路边的一棵树上结满了李子，小朋友一哄而上，去摘，尝了之后才知是苦的，独有王戎没动，王戎说：“假如李子不苦的话，早被路人摘光了，而这树上却结满了李子，所以李子一定是苦的。”这个故事中王戎用了一种特殊的方法，从反面论述了李子为什么不甜，不好吃.在数学里这种方法叫反证法.

反证法不但在实际生活和初等数学中有着广泛的应用，而且在高等数学中也具有特殊作用.数学中的一些重要结论，从最基本的性质、定理，到某些难度较大的世界名题，往往是用反证法证明的.即：提出假设――推出矛盾――肯定结论.

“反证法”虽然是在平面几何教材中出现的，但对数学的其他各部分内容，如代数、三角、立体几何、解析几何中都可应用.下面通过具体的例子来说明其应用。

一、否定性命题

证明：假设AB，CD不平行，即AB，CD交于点P，则过P点有ABEF，且CDEF，与“过直线外一点，有且只有一条直线垂直于已知直线”矛盾.假设错误，则AB∥CD

否定结论导出矛盾是反证法的任务，但何时出现矛盾，出现什么样的矛盾是不能预测的，也没有一个机械的标准，有的甚至是捉摸不定的.一般总是在命题的相关领域里考虑（例如，平面几何问题往往联系到相关的公理、定义、定理等），这正是反证法推理的特点.因此在推理前不必要也不可能事先规定要得出什么样的矛盾.只需正确否定结论，严格遵守推理规则，进行步步有据的推理，矛盾一经出现，证明即告结束.

反证法推理过程中出现的矛盾是多种多样的，推理导出的结果可能与题设或部分题设矛盾，可能与已知真命题（定义或公理、或定理、或性质）相矛盾，可能与临时假设矛盾，或推出一对相互矛盾的结果等.