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归纳与演绎

归纳法

归纳法或归纳推理(Inductive reasoning),有时叫做归纳逻辑,是论证的前提支持结论但不确保结论的推理过程。

它基于对特殊的代表(token)的有限观察,把性质或关系归结到类型;或基于对反复再现的现象的模式(pattern)的有限观察,公式表达规律。

例如,使用归纳法在如下特殊的命题中:

  1. 冰是冷的。
  2. 弹子球在击打球杆的时候移动。

推断出普遍的命题如:

  1. 所有冰都是冷的。
  2. 所有弹子球都在击打球杆的时候移动。

演绎法

演绎推理(Deductive Reasoning)、正向推理在传统的亚里士多德逻辑中是「结论,可从叫做‘前提’的已知事实,‘必然地’得出的推理」。如果前提为真,则结论必然为真。这区别于溯因推理和归纳推理:它们的前提可以预测出高概率的结论,但是不确保结论为真。

“演绎推理”还可以定义为结论在普遍性上不大于前提的推理,或「结论在确定性上,同前提一样」的推理。

例如: 任何三角形只可能是锐角三角形、直角三角形和钝角三角形。——大前提

这个三角形既不是锐角三角形,也不是钝角三角形。——小前提

所以,它是一个直角三角形。——结论

数学归纳法

数学归纳法(Mathematical Induction、MI、ID)是一种数学证明方法,通常被用于证明某个给定命题在整个(或者局部)自然数范围内成立。

除了自然数以外,广义上的数学归纳法也可以用于证明一般良基结构,例如:集合论中的树。这种广义的数学归纳法应用于数学逻辑和计算机科学领域,称作结构归纳法。

虽然数学归纳法名字中有“归纳”,但是数学归纳法并非不严谨的归纳推理法,它属于完全严谨的演绎推理法。事实上,所有的数学证明都是演绎法。

证明有关整数的断言对于 0 以上的所有整数(0、1、2、3……)是否成立。

假设现在要用数学归纳法来证明“断言 P(n) 对于 0 以上的所有整数 n 都成立”。

数学归纳法要经过以下两个步骤进行证明。

  1. 证明“P(0) 成立”。
  2. 证明不论 k 为 0 以上的哪个整数,“若 P(k) 成立,则 P(k+1) 也成立”。

在步骤 1 中,要证明当 k 为 0 时断言 P(0) 时成立。我们将步骤 1 称为基底(base)。

在步骤 2 中,要证明无论 k 为 0 以上的哪个整数,“若 P(k) 成立,则 P(k+1) 也成立”。我们将步骤 2 称作归纳(induction)。该步骤证明断言若对于 0 以上的某个整数成立,则对于下一个整数也成立。

若步骤 1 和步骤 2 都能得到证明,就证明了“断言 P(n) 对于 0 以上的所有整数 n 都成立”。

以上就是数学归纳法的证明方法。

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