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数学 · 证明或反驳日常生活中的数学说法

快速找到一个反例

有人说某个说法对所有的数都成立,你却看不出例外藏在哪里。

要推翻一个“所有”的说法,只需要一个反例,也就是一个使说法不成立的情形。你不用检查每一个数。

本课属于 证明或推翻日常的数学说法,单元的背景在 逻辑推理。

反例该去哪里找?

照一个简短的搜索顺序,遇到第一个不成立的情形就停。

  1. 先试 0 和 1,它们的表现与其他数不同。
  2. 再试 2(唯一的偶质数)和其他小数。
  3. 试一个负数和一个分数。
  4. 都没问题就继续往后试,看规律会不会在某个数上断掉。

每次试验写一行,让失败的那一次容易指出来。

例题:一个看起来很安全的说法

同学说:“对每个整数 n,n² + n + 11 都是质数。”我们按搜索顺序来试。

n = 0:11,是质数。n = 1:13,质数。n = 2:17,质数。

n = 3 得 23,n = 4 得 31,n = 5 得 41,n = 6 得 53,n = 7 得 67,n = 8 得 83,n = 9 得 101,全都是质数。

再试 n = 10:100 + 10 + 11 = 121。121 = 11 × 11,不是质数。

说法在 n = 10 不成立。十个情形看起来都没问题,一个就足以结束争论。

会让你丢分的错误

常见的错误是,成功了几次就停下来,写“说法是真的”。每次的算术都没错,所以感觉很稳妥。

步骤 错误 正确
试过的情形 n = 0、1、2 n = 0 到 10
到目前都是质数 说法为真 继续试,例子不能证明说法
n = 10 没有试到 121 = 11 × 11,不是质数
结论 说法为真 说法为假,n = 10 是反例

再整齐的一小串成功例子,也证明不了“所有”的说法。

自我检测

有同学说:“对任意两个数 a 和 b,(a + b)² = a² + b²。”找一个反例。

答案

取 a = 3,b = 4。左边是 (3 + 4)² = 49。

右边是 3² + 4² = 9 + 16 = 25。49 不等于 25,说法不成立。

正确的展开是 (a + b)² = a² + b² + 2ab。这位同学漏掉了 2ab。若取 a = 0,2ab 也是 0,看不出问题,所以 0 在这里是不好的测试值。

下一步学什么

下一课是 分辨有效的论证与碰巧为真的结论。准备好之后,试试 综合练习。

展开式常出错的话,代数步骤修复训练器 (英文) 会有帮助。想让老师陪你逐个检验说法,可以了解 一对一线上数学补习。

常见问题

为什么一个反例就够了?

“所有”的说法等于说“没有例外”。一个例外就直接与它矛盾。“所有质数都是奇数”在 2 这里就不成立,不必再检查别的数。

找不到反例怎么办?

可能说法是真的,也可能是你试的特殊情形还不够。试 0、1、2、负数、分数和一个很大的数。全部通过,就去找一般理由。

反例需要写出计算过程吗?

需要。写出所取的值,代入两边,并明确写出说法不成立。只写一个数而没有过程,得分很少。

一个说法对十个值都成立,还可能是假的吗?

可能。“n² + n + 11 是质数”对 n = 0 到 9 都成立,到 n = 10 就不成立。短短一串例子,不是证明。

如果找反例时想不出办法,一对一数学课让老师用你实际遇到的说法,示范这套搜索顺序。

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