一、3/(x-16)=
各种花式谬证
你看过多少?
最近看到几个有趣的数学谬证,想写下来与大家分享;结果写到这个又想到那个,一写就写个没完,于是想到干脆做一篇谬证大全,收集各种荒谬的证明。
1=2?史上最经典的“证明”
设 a= b,则 a·b= a,等号两边同时减去 b就有 a·b– b= a– b。
注意,这个等式的左边可以提出一个 b,右边是一个平方差,于是有 b·(a– b)=(a+ b)(a– b)。
约掉(a– b)有 b= a+ b。
然而 a= b,因此 b= b+ b,也即 b= 2b。
约掉 b,得 1= 2。
这可能是有史以来最经典的谬证了。 Ted Chiang在他的短篇科幻小说 Division by Zero中写到:
这个证明的问题所在想必大家都已经很清楚了:等号两边是不能同时除以 a– b的,因为我们假设了 a= b,也就是说 a– b是等于 0的。
无穷级数的力量(1)
小学时,这个问题困扰了我很久:下面这个式子等于多少?
1+(-1)+ 1+(-1)+ 1+(-1)+…
一方面,
1+(-1)+ 1+(-1)+ 1+(-1)+…
= [1+(-1)]+ [1+(-1)]+ [1+(-1)]+…
= 0+ 0+ 0+…
= 0
另一方面,
1+(-1)+ 1+(-1)+ 1+(-1)+…
= 1+ [(-1)+ 1]+ [(-1)+ 1]+ [(-1)+…
= 1+ 0+ 0+ 0+…
= 1
这岂不是说明 0= 1吗?
后来我又知道了,这个式子还可以等于 1/2。不妨设 S= 1+(-1)+ 1+(-1)+…,于是有 S= 1– S,解得 S= 1/2。
学习了微积分之后,我终于明白了,这个无穷级数是发散的,它没有一个所谓的“和”。无穷个数相加的结果是多少,这个是需要定义的。
无穷级数的力量(2)
同样的戏法可以变出更多不可思议的东西。例如,令
x= 1+ 2+ 4+ 8+ 16+…
则有
2x= 2+ 4+ 8+ 16+…
于是
2x– x= x=(2+ 4+ 8+ 16+…)–(1+ 2+ 4+ 8+ 16+…)=-1
也就是说
1+ 2+ 4+ 8+ 16+…=-1
平方根的阴谋(1)
定理:所有数都相等。
证明:取任意两个数 a和 b,令 t= a+ b。于是,
a+ b= t
(a+ b)(a– b)= t(a– b)
a– b= t·a– t·b
a– t·a= b– t·b
a– t·a+(t)/4= b– t·b+(t)/4
(a– t/2)=(b– t/2)
a– t/2= b– t/2
a= b
怎么回事儿?
问题出在倒数第二行。
永远记住, x= y并不能推出 x= y,只能推出 x=±y。
平方根的阴谋(2)
1=√1=√(-1)(-1)=√-1·√-1=-1
嗯?
只有 x、 y都是正数时,√x·y=√x·√y才是成立的。
-1的平方根有两个, i和-i。√(-1)(-1)展开后应该写作 i·(-i),它正好等于 1。
复数才是王道
考虑方程
x+ x+ 1= 0
移项有
x=– x– 1
等式两边同时除以 x,有
x=– 1– 1/x
把上式代入原式中,有
x+(-1– 1/x)+ 1= 0
即
x– 1/x= 0
即
x= 1
也就是说 x= 1。
把 x= 1代回原式,得到 1+ 1+ 1= 0。也就是说, 3= 0,嘿嘿!
其实, x= 1并不是方程 x+ x+ 1= 0的解。在实数范围内,方程 x+ x+ 1= 0是没有解的,但在复数范围内有两个解。
另一方面, x= 1只是 x= 1的其中一个解。 x= 1其实一共有三个解,只不过另外两个解是复数范围内的。考虑方程 x– 1=(x– 1)(x+ x+ 1)= 0,容易看出 x= 1的两个复数解正好就是 x+ x+ 1的两个解。因此, x+ x+ 1= 0与 x= 1同时成立并无矛盾。
注意,一旦引入复数后,这个谬论才有了一个完整而漂亮的解释。或许这也说明了引入复数概念的必要性吧。
颇具喜剧色彩的错误
众所周知,
1+ 2+ 3+…+ n= n(n+1)/ 2
让我们用 n– 1去替换 n,可得
1+ 2+ 3+…+(n-1)=(n-1)n/ 2
等式两边同时加 1,得:
1+ 2+ 3+…+ n=(n-1)n/ 2+ 1
也就是
n(n+1)/ 2=(n-1)n/ 2+ 1
展开后有
n/ 2+ n/ 2= n/ 2– n/ 2+ 1
可以看到 n= 1是这个方程的唯一解。
也就是说 1+ 2+ 3+…+ n= n(n+1)/ 2仅在 n= 1时才成立!
这个推理过程中出现了一个非常隐蔽而搞笑的错误。等式两边同时加 1后,等式左边得到的应该是
1+ 2+ 3+…+(n-2)+(n-1)+ 1
1块钱等于 1分钱?
我要用数学的力量掏空你的钱包!请看:
1元= 100分=(10分)=(0.1元)= 0.01元= 1分
用这个来骗小孩子们简直是屡试不爽,因为小学(甚至中学)教育忽视了一个很重要的思想:单位也是要参与运算的。
事实上,“100分=(10分)”是不成立的,“10分”的平方应该是“100平方分”,正如“10米”的平方是“100平方米”一样。
数学归纳法的杯具(1)
下面这个“证明”是由数学家 George Pólya给出的:任意给定 n匹马,可以证明这 n匹马的颜色都相同。
对 n施归纳:首先,当 n= 1时命题显然成立。若命题对 n= k成立,则考虑 n= k+ 1的情形:由于{#1,#2,…,#k}这 k匹马的颜色相同,{#2,#3,…,#k+1}这 k匹马也相同,而这两组马是有重叠的,可知这 k+1匹马的颜色也都相同了。
这个证明错在,从 n= 1推不出 n= 2,虽然当 n更大的时候,这个归纳是正确的。这是数学归纳法出错的一个比较奇特的例子:基础情形和归纳推理都没啥问题,偏偏卡在归纳过程中的某一步上。
数学归纳法的杯具(2)
下面,我来给大家证明,所有正整数都相等。
为了证明这一点,只需要说明对于任意两个正整数 a、 b,都有 a= b。
为了证明这一点,只需要说明对于所有正整数 n,如果 max(a, b)= n,那么 a= b。
我们对 n施归纳。当 n= 1时,由于 a、 b都是正整数,因此 a、 b必须都等于 1,所以说 a= b。若当 n= k时命题也成立,现在假设 max(a, b)= k+ 1。则 max(a– 1, b– 1)= k,由归纳假设知 a– 1= b– 1,即 a= b。
这个问题出在, a– 1或者 b– 1有可能不是正整数了,因此不能套用归纳假设。
1是最大的正整数?
来自网友 boring David发来的邮件:
证明: 1是最大的正整数。假设最大的正整数不是 1,是 a,则必有 a> 1。于是有 a> a,即 a是一个比 a更大的正整数,与 a的最大性矛盾。因此 1是最大的正整数。
这个证明是错误的。在假设最大正整数是 a之前,你得先说明它的存在性,排除最大的正整数根本不存在的可能性(而事实情况正是后者)。
所有三角形都是等腰三角形
别以为谬证都是隐藏在数字和字母之中的。下面就是一个经典的几何谬论。
画一个任意三角形 ABC。下面我将证明, AB= AC,从而说明所有三角形都是等腰三角形。
令 BC的中垂线与∠A的角平分线交于点 P。过 P作 AB、 AC的垂线,垂足分别是 E、 F。
由于 AP是角平分线,因此 P到两边的距离相等,即 PE= PF。
于是,由 AAS可知△APE≌△APF。
由于 DP是中垂线,因此 P到 B、 C的距离相等,由 SSS可知△BPD≌△CPD。
另外,由于 PE= PF, PB= PC,且∠BEP=∠CFP= 90°,由 HL可知△BEP≌△CFP。
现在,由第一对全等三角形知 AE= AF,由最后一对全等三角形知 BE= CF,因此 AE+ BE= AF+ CF,即 AB= AC。
这个证明过程其实字字据理,并无破绽。证明的问题出在一个你完全没有意识到的地方——这个图形就是错的!
事实上, BC的中垂线与∠A的角平分线不可能交于三角形的内部。我们可以证明, P点总是落在△ABC的外接圆上。
如图, P是 BC的中垂线与外接圆的交点,显然 P就是弧 BC的中点,即弧 BP=弧 PC。
因此,∠BAP=∠CAP,换句话说 P恰好就在∠A的角平分线上。
P在△ABC外的话,会对我们的证明产生什么影响呢?
你会发现,垂足的位置发生了本质上的变化—— F跑到 AC外面去了!
也就是说,结论 AE+ BE= AF+ CF并不错,只是 AF+ CF并不等于 AC罢了。
一个可怕的逻辑错误
下面这个勾股定理的“证明”曾经发表在 1896年的 The American Mathematical Monthly杂志上:
假设勾股定理是正确的,于是我们可以得到
AB= AC+ BC
BC= CD+ BD
AC= AD+ CD
把后两式代入第一个式子,有
AB= AD+ 2·CD+ BD
但 CD^2= AD·BD,因此
AB= AD+ 2·AD·BD+ BD
即
AB=(AD+ BD)
即
AB= AD+ BD
而这显然成立。因此,我们的假设也是成立的。
这个证明是错误的。假设结论正确,推出一个矛盾,确实能说明这个假设是错误的(这就是反证法);但假设结论正确,推出它与条件吻合,这却并不能说明假设真的就是正确的。错误的假设也有可能推出正确的结果来。
最经典的例子就是,不妨假设 1= 2,由等式的对称性可知 2= 1,等量加等量有 1+2= 2+1,即 3= 3。但 3= 3是对的并不能表明 1= 2是对的。
如此反证
下面这个有趣的故事来源于 Lewis Carroll的一篇题为 A Logical Paradox的小论文。
Joe去理发店理发。理发店有 A、 B、 C三位师傅,但他们并不总是待在理发店里。 Joe最喜欢 C的手艺,他希望此时 C在理发店里。他远远地看见理发店还开着,说明里面至少有一位师傅。另外, A是一个胆小鬼,没有 B陪着的话 A从不离开理发店。
Joe推出了这么一个结论: C必然在理发店内。让我们来看看他的推理过程。
反证,假设 C不在理发店。这样的话,如果 A也不在理发店,那么 B就必须在店里了,因为店里至少有一个人;然而,如果 A不在理发店, B也理应不在理发店,因为没有 B陪着的话 A是不会离开理发店的。因此,由“C不在理发店”同时推出了“若 A不在则 B一定在”和“若 A不在则 B也一定不在”两个矛盾的结论。这说明,“C不在理发店”的假设是错误的。
从已有的条件看, C当然有可能不在理发店。但是,为什么 Joe竟然证出了 C一定在理发店呢?因为他的证明是错的。其实,“若 A不在则 B一定在”和“若 A不在则 B也一定不在”并不矛盾——如果事实上 A在理发店,那么这两个条件判断句都是真的。“若 A不在则 B一定在”真正的否定形式应该是“A不在并且 B也不在”。
自然语言的表达能力
我曾写过:
定理:
所有的数都可以用 20个以内的汉字表达(比如 25852016738884976640000可以表达为“二十三的阶乘”, 100000000000000000000000可以表达为“一后面二十三个零”)
证明:
反证,假设存在不能用 20个以内的汉字表达的数,则必有一个最小的不能用 20个以内的汉字表达的数,而这个数已经用“最小的不能用 20个以内的汉字表达的数”表达出来了,矛盾。
当然,这个定理明显是错的,因为 20个汉字的组合是有限的,而数是无限多的。这个证明错在哪儿了呢?我也没办法一针见血地道出个所以然来,大家一起来讨论吧。
有趣的是,我们有一个与之相关的(正确的)定理:存在一个实数,它不能用有限个汉字来表达。
这是因为,有限长的汉字字符串是可数的,而实数是不可数的。更有趣的是,这个定理的证明必然是非构造性的。
两边同时取导数(1)
取一个正整数 N。则有
N= N+ N+ N+…+ N( N个 N)
两边同时取导数,有
2N= 1+ 1+ 1+…+ 1= N
两边同时除以 N,得2= 1
数学威武!
这个推理是有问题的(废话)。随着 N的增加,等式右边的 N的个数却没变,因此 N的增长率比等式右边更大。
两边同时取导数(2)
令 x= 1,两边同时取导数, 1= 0。哈哈!
问题出在哪儿?这里有意略去答案不写,呵呵。
链式法则也出错?
下面这个例子告诉我们,数学符号混淆不得,分清每个数学符号的意义有多重要。
定义 f(x, y):=(x+ y),然后令 x= u– v,令 y= u+ v。我们有:
f/x= f/y= 2(x+ y)
x/v=-1
y/v=+1
根据链式法则,有
f/v=(f/x)·(x/v)+(f/y)·(y/v)
= 2(x+ y)·(-1)+ 2(x+ y)·(1)
= 0
但是, f(u, v)=(u+ v),因此 f/v= 2(u+ v)= 2y。这岂不是说明 y= 0了么?但是,条件里并没有什么地方规定 y= 0呀?这怎么回事?
问题出在,整个推理过程把两个不同的函数都用 f来表示了。事实上,一个函数是 f(x, y):=(x+ y),另一个函数是 F(u, v)= f(u– v, u+ v)=(2u)。链式法则求的并不是 f/v,而是 F/v。
不定积分的困惑
我们尝试用分部积分法求解∫(1/x) dx。
令 u= 1/x, dv= dx
du=-1/x dx, v= x
于是∫(1/x) dx=(1/x)x–∫ x(-1/x) dx= 1+∫(1/x) dx
怎么回事?
不怎么回事。这个等式是成立的。别忘了,不定积分的最后结果要加上一个常数 C。
记得学高数时,求一积分,两哥们儿做出来的答案差别很大,而且试了很久也没能把其中一个答案变形成另外一个。后来终于恍然大悟:他们的答案是有可能不相同的,可以差一个常数嘛!
貌似漏掉了什么
很多 Goldbach猜想、孪生素数猜想的“证明”都栽在了下面这个有时候很不容易注意到漏洞。
让我们来证明一个看上去有些不可思议的结论:πe是一个有理数。首先注意到,对任意有理数 r, logπr都是无理数,否则令 s= logπr,我们就有πs= r,这与π是超越数矛盾。
现在,假设πe是无理数,也就是说对任意有理数 r,πe都不等于 r。这也就是说,对任意一个 r, logππe都不等于 logπr。由前面的结论, logππe就不等于任意一个无理数。但logππe是等于 e的,这与 e的无理性矛盾了。因此,我们的假设是错的——πe是一个有理数。
对于有理数 r,logπr确实是无理数;但遍历所有的有理数 r,并不能让 logπr遍历所有的无理数,而 e正好就等于某个漏掉的无理数。
不过,也不要想当然地认为,πe当然是一个无理数。目前为止,πe是否有理还是一个谜。
本文内容来源于Matrix67博客
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17、电池与充电:4600毫安时(典型值),手机支持最大超级快充11V/6A,兼容10V/4A或10V/2.25A或4.5V/5A或5V/4.5A超级快充,兼容9V/2A快充
18、WLAN:2.4GHz和5GHz,802.11 a/b/g/n/ac/ax,2x2 MIMO,HE160,4096 QAM,8 Spatial-stream Sounding MU-MIMO
19、蓝牙:Bluetooth 5.2,支持低功耗蓝牙,支持SBC、AAC,支持LDAC高清音频
20、数据线接口:USB Type-C,USB 3.1 GEN1
21、耳机接口:USB Type-C
22、NFC:支持读卡器模式,卡模拟模式(华为钱包支付,SIM卡支付,HCE支付)
23、定位:支持GPS(L1+L5双频)/AGPS/GLONASS/北斗(B1I+B1C+B2a三频)/GALILEO(E1+E5a双频)/QZSS(L1+L5双频)/NavIC
24、音频:华为Histen,支持立体声
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