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数学花园漫游记:无法证明的陈述

时间:2023-07-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:可见,从任何前提出发,你既不可能证明这句话是对的,也不可能证明这句话是错的。哥德尔的定理,不但宣告了把数学彻底形式化的企图是不可能的,而且开创了一条新路,来证明数学中的不可能问题。这些不可能问题,分别属于不同的数学分支。观察和发现,这正是人类的优势。

数学花园漫游记:无法证明的陈述

他想,如果你能从某些前提出发证明这句话是对的,那你就得承认这句话是不能证明的,你就陷入了矛盾。

如果你能从某些方面出发证明这句话不对,那你就承认这句话是可以证明的,你怎么又能证明它是错误的哩!

可见,从任何前提出发,你既不可能证明这句话是对的,也不可能证明这句话是错的。

经过许多耐心细致的推演,哥德尔证明了他的定理。

哥德尔的定理,不但宣告了把数学彻底形式化的企图是不可能的,而且开创了一条新路,来证明数学中的不可能问题。在这方面的新的成果之一,是解决了有名的希尔伯特第十个问题。

1900年,希尔伯特给20世纪的数学家提出了23个数学问题,其中第十个问题是:

能不能找到一个办法,用这个办法,可以判断任何一个不定方程有没有整数解。

这个问题的答案是“不可能”。大概正是因为它的答案是不可能,才使它很难解决,以至于花了70年的时间。

在解决这个问题的时候,需要掌握从一些已知的数出发,进行各种各样的计算所可能得到的一切结果的总和。

一个可以得到结果的计算过程,叫做一个算法。比如整数的加、减、乘、除,是算法;求最大公约数、最小公倍数,是算法。但是,我们没有分解因式和证明几何定理的算法,所以不能按照某个固定的办法去解决这些问题。

第十个问题的意义就是要找到一个算法,而对它的回答是“不可能”。

数学上的不可能问题还有许多,不过大都十分艰深。有的问题,把它说明白就得写上许多页。

这些不可能问题,分别属于不同的数学分支。但是现代数学中最关心的,是几个互相有关的分支,它们是数理逻辑、算法理论、递归函数论、自动机理论、形式语言学,等等。这反映了电子计算机的发明和广泛应用,给人们开辟了解决各种疑难问题的新的前景。除了努力解决这些疑难问题之外,数学家还要关心一个非常严肃的问题:电子计算机能解决的问题的界限在哪里?

人们越来越发现,不是有了电子计算机就万事大吉了,还有许多问题不能用电子计算机解决。我们永远不能把所有的问题都交给电子计算机去解决,而自己躺下来睡觉。我们总要继续研究,有所发明,有所创造。数学是一个等待人们去不断探索的领域

名师导读

在象征人类智慧的围棋比赛中柯蓝不敌阿尔法狗,人机大战,又一次以AI(人工智能)的胜利告终。机器将替代人类的担忧言论再次开始扩散,在各种科幻电影中机器人统治宇宙的情节也一再出现,到底人工智能会发展到什么程度?人类会不会被AI替代或被AI统治?(www.xing528.com)

不会,这个答案不仅仅是源自人类的自信,更有据可寻。在马教授的书里就有这样的佐证——哥德尔的胜利!希尔伯特学派认为一切事物都可以形式化、数学化,将逻辑推理推崇到了极高的地位,然而哥德尔的发现,打破了希尔伯特学派的理论。哥德尔认为:数学的任务不能只是逻辑推理,必须对外界进行观察,用新的发现丰富数学;而新的发现,是不能从原有的数学知识证明的。众所周知AI(人工智能)的优点是,它储存了大量已有的数据和算法,可以在短时间内完成大量逻辑推理和计算,却缺乏独立观察和发现的功能。观察和发现,这正是人类的优势。

因而我们应扬长避短,发展观察能力、发现问题和提出问题的能力,进而才能分析问题和解决问题。从小学一年级数学开始,就有这样的问题:

观察上表(20以内的加法表),横着看看、竖着看看、斜着看看,说一说你的发现。

初步观察,小朋友们会有比较直观的发现,如:竖着看第一列都有9,横着看第一个加数都是987;进一步观察后,会发现:竖着看,第一列都是9加几,加的数越大,结果越大;横着看相加的结果都一样等等。当多个发现汇总的时候,我们会归纳出相应的规律。

例1:下图是一辆汽车从解放路站到商场站之间行驶速度变化的情况:

观察上图,你知道了什么?

答案:从解放路到商场用时4分钟;0到1分钟的时候这辆汽车的速度从0升到了400米;0.5分时速度是200米/分。

例2:观察下面这组算式,说说你有什么发现吧!

37×3=111

37×6=222

37×9=333

37×12=()

37×15=()

37×18=()

答案:一个因数(37)不变,第二个算式开始,另一个因数依次是第一个算数的另一个因数(3)的2、3、4、5、6倍,因此乘积依次为222、333、444、555、666这样的三个相同数字。

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