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數學負負得正的原理

生活 更新时间:2024-10-01 07:27:04

數學負負得正的原理(數學中那些看起來不證自明的道理)1

01--傳遞性是什麼?

傳遞性是什麼?象快遞小哥,風裡來,雨裡去,一站一站上傳下達。傳遞性象接力棒,雖被不同的人掌握,但都是為一個共同的目标,一棒一棒去拼搏。傳遞性象人類基因,承載着上輩喜怒哀樂的信息編碼,一代一代傳承下去。

一段文字,用文學的手段,描述了我們心中的傳遞性。但如鋼鐵般冷峻而理性的數學不會以此定義傳遞性的。數學中的傳遞性是什麼?傳遞性是指數量之間(或圖形之間)關系的傳承不變性。

02--哪些關系具有傳遞性?

初中數學數量之間的關系,相等,不等(大于,小于)等。圖形之間的關系,平行,相交,垂直,全等,相似等。這些關系中,哪些具有傳遞性?

細數起來,這些關系具有傳遞性:相等,大于,小于;平行,全等,相似。

比如:

數量之間關系有傳遞性:

  • 若a=b,b=c,則a=c(相等的傳遞性);
  • 若a>b,b>c,則a>c(大于的傳遞性);
  • 若a<b,b<c,則a<c(小于的傳遞性)。

圖形之間關系有傳遞性:

  • 若a//b,b//c,則a//c(平行的傳遞性);
  • 若△ABC≌△DEF,△DEF≌△GHI,則△ABC≌△GHI(全等的傳遞性);
  • 若△ABC∽△DEF,△DEF∽△GHI,則△ABC∽△GH(相似的傳遞性)。
03--這些關系為什麼具有傳遞性?

這些看似天經地義,“不證自明”的道理,你能否用數學的邏輯自圓其說呢?

  • 若a=b,b=c,則a=c(相等的傳遞性)

假設a≠c。因為a=b,則b≠c。這與已知b=c矛盾,因而假設不成立,所以a=c。

故相等關系具有傳遞性。

  • 若a>b,b>c,則a>c(大于的傳遞性);

從形的角度來看,在數軸上,數與點是一一對應的。越靠右的點所對應的數越大,越靠左的點對應的數越小;越大的數,對應點越靠右,越小的數,對應點越靠左。

數學負負得正的原理(數學中那些看起來不證自明的道理)2

如圖,在數軸上a,b,c的對應點分别為A,B,C。因為a>b,則點A在點B的右邊。因為b>c,則點B在點C的右邊,因而點A在點C的右邊,所以a>c。

故大于關系具有傳遞性。

  • 若a<b,b<c,則a<c(小于的傳遞性)。

因為若a<b,則b>a,又b<c,則c>b,所以c>b,b>a,由“大于的傳遞性”得,c>a,即a<c。

故小于關系具有傳遞性。

  • 若a//b,b//c,則a//c(平行的傳遞性);

如圖,設直線d與a,b,c同時相交,組成一組同位角∠1,∠2,∠3。

數學負負得正的原理(數學中那些看起來不證自明的道理)3

因為a//b,所以∠1=∠2;因為b//c,所以∠2=∠3。由“相等的傳遞性”得,∠1=∠3,所以a//c。

故平行關系具有傳遞性。

  • 若△ABC≌△DEF,△DEF≌△GHI,則△ABC≌△GHI(全等的傳遞性);

因為△ABC≌△DEF,所以△ABC與△DEF的三邊對應相等,三角對應相等;因為△DEF≌△GHI,所以△DEF與△GHI的三邊對應相等,三角對應相等。由“相等的傳遞性”得,△ABC與△GHI的三邊對應相等,三角對應相等,所以△ABC≌△GHI。

故全等關系具有傳遞性。

  • 若△ABC∽△DEF,△DEF∽△GHI,則△ABC∽△GH(相似的傳遞性)。

因為△ABC△DEF,所以△ABC與△DEF的三邊對應成比例,三角對應相等;因為△DEF△GHI,所以△DEF與△GHI的三邊對應成比例,三角對應相等。由“相等的傳遞性”得,△ABC與△GHI的三邊對應成比例,三角對應相等,所以△ABC△GHI。

故相似關系具有傳遞性。

04--這些關系為什麼不具有傳遞性?

我們知道,要說明一個結論是成立的,光靠舉例來說明是不夠的。一千個例子,也不足以說明結論的正确。但要說明一個結論不成立,一個反例就夠了,一個反例足以推翻一個結論。

我們來看看,“≠”關系具有傳遞性嗎?

若a≠b,b≠c,則a≠c。

此結論不成立。舉反例:1/2≠1,1≠4/8,但1/2=4/8=0.5。

所以“”關系不具有傳遞性。

垂直關系具有傳遞性嗎?

在同一平面内,若a⊥b,b⊥c,則a⊥c。

如圖,

數學負負得正的原理(數學中那些看起來不證自明的道理)4

因為a⊥b,所以∠1=90°。因為b⊥c,所以∠2=90°,由“=”的傳遞性得,∠1=∠2,所以a//c,因而a與c不垂直。

這就是定理“一條直線垂直于平行線的一條,也垂直于平行線的另一條”的由來。

這條定理還有另外一種說法“垂直于同一條直線的兩條直線互相平行”。

所以“”關系不具有傳遞性。

05--結語

相等,大于,小于,是表示數量之間的關系;平行,全等,相似是表示圖形之間的關系。這些關系是初中數學中最最基本的關系,而傳遞性是它們所共有性質。傳遞性,看起來是不證自明的,但數學的神奇之處就在于它們總能用數學的邏輯自圓其說,具備這種自圓其說的本領正是學習數學證明的目的。

從說明這些關系具有傳遞性的證明方法中,我們發現:

  • 自圓其說都是建立在一些最基本的數學概念、公理、定理之上,同時一個結論被證明以後,它又可以作為進一步推理的基礎,由此派生出新的結論,數學大廈由此建構。
  • 圖形的(平行/全等/相似)關系總是轉化為(邊/角)數量關系來說明,有時候數量之間的(大小)關系又轉化為圖形之間的(位置)關系來說明。這正是“數形結合”的數學思想的體現。
  • 難則反(證法),不易直接說明的,可以從假設(否定結論)出發,推出矛盾,再否定假設,從而得證。
  • 有限的舉例,不足以結論的正确性,但一個反例,足以說明結論的反面成立。

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