李永乐任意三角形都是等腰三角形(对李永乐用例证法证明三角形内角和为180度的一些看法)
我们先沿着李老师的思路走,来看看这个方法的本质是什么。任意给三角形ABC,取AC中点G,AB中点F。延长BG到E使得BG=GE,延长CF到D使得DF=CF。根据“边角边”的判断原理,有三角形AGE和BGC全等,DFA与FBC全等。那么角DAB等于角ABC,角EAC等于角ACB,于是要证明三角形内角和为180度,等价于证明DAE共线(因为平角是180度)。我查看了一下几何原本,证明全等三角形“边角边”判定法则,只需要用到公设和公理(第一卷命题4,以及第一卷命题15证明的对顶角相等)。因此按照李永乐老师那样,归结到证明共线是没有问题的。
为了证明AED共线,只要用内错角相等得到DA和AE都与BC平行。我查看了几何原本,证明内错角相等,两直线平行(第一卷命题27),用的是反证法,归结于与“外角大于不相邻内角”的结论矛盾。见下图,如果角1等于角2,AB不平行与CD,那么它们一定相交,不妨设在右边相交,交于E,这样右边形成一个三角形,角1是它的外角,角2是角1不相邻内角。
有人怀疑外角大于不相邻内角,用到了三角形内角和是180度的结论,其实不然。几何原本第一卷命题16,就是证明外角大于不相邻内角的,通过延长边构造全等三角形(“边角边”判定)证明。我们从直觉上也能察觉,得到大于关系要比得到等于关系更加容易。
几何原本第一卷命题32证明了三角形内角和为180度,用的是第五公设,和平行直线内错角相等(第一卷命题29):
已知三角形ABC,过A有唯一一条直线AD与BC平行,由于内错角相等,于是根据平角是180度,证完。
但是李老师证明三点共线,是用的解析几何方法。把三角形放到直角坐标系中,然后检验DAE是不是在直线方程上面。设B=(0,0),C=(a,0),其中a=BC,而A=(x1,y1)。那么F=(x1/2,y1/2),G=((x1 a)/2,y1/2)。然后得到D=(x1-a,y1),E=(x1 a,y1),这样A,D,E显然在y=y1直线上。我们看出,不管是得到点D,E,F,G的坐标,还是验证AED是直线,都隐含利用了全等和相似三角形的边角关系。而李老师为了说明他的例证法啊,强行的绕了个弯,用了个用反证法(演绎中也只有反证过程才可以举例子)。因为ADE的坐标都是关于x1,y1一次的,现在假设存在某x1,y1使得A,D,E不共线,那么用ADE三点列出的直线式子f(x1,y1)=0(三点法)不恒成立。这个时候,f(x1,y1)一定是一个一次多项式而不是0多项式,那么根据代数基本定理,不可能存在四个不同的(x1,y1)满足f(x1,y1)=0。现在李老师举出了四个例子,说明反证的假设不成立。但是,很显然,我们完全可以直接用ADE坐标写出f(x1,y1)是0多项式,根本没必要使用反证法。
综上所述,李老师所谓的例证法只是演绎法中反证过程的举例子,并不是他口中的归纳法。归纳法也分为数学归纳法和自然科学中的归纳法。数学法归纳法是Peano公理体系下的一条公理,和反证法的举例子毫无关系。数学是形而上学,所有的定理都是蕴含在公理中,而公理本来就是无法被证明的一种假设。在几何公理下得出的一切定理推论,都不会比公理多出任何的信息,因此你完全可以绕过三角形内角和180度,而始终用它的等价命题或包含它的命题去论述,最终规约到反证的几个例子上(这就是机械证明的思想)。我的观点是,这样的数学证明没有太大的理论意义,只是表现在建立演绎框架的先后顺序罢了。我们完全可以用一个等价命题去证明另外一个等价命题,也可以反过来。而自然科学中的归纳法是真正获取新知识的方法,它通过在自然界收集资料,概括知识,最终用一个演绎体系表示(公理),然后用数学方法得到定理。但这个演绎体系不一定自恰,只要存在一个反例就可以被推翻。而任意一个自恰的数学体系都不能代表大自然真实规律,只能被认为是一种建模或近似,因为数学中的概念是理想的,形而上学的。在现实中,我们验证不了平行线不相交,也甚至都找不到一个真正的三角形。
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