Matematisk sofism (från grekiskan σόφισμα - ett trick, ett listigt påhitt, ett pussel [1] ) är ett felaktigt matematiskt påstående som erhållits med hjälp av resonemang som verkar korrekt, men som i verkligheten innehåller ett eller annat fel [2] . Orsakerna till felet kan variera - användningen av åtgärder som är förbjudna i matematik (till exempel division med noll ), felaktig användning av matematiska lagar eller användning utanför zonen för deras tillämplighet, logiska fel , etc.
Matematisk sofism är ett specialfall av sofism . Vidare i den här artikeln talar vi bara om matematiska sofismer, som för korthetens skull kommer att kallas helt enkelt sofismer. Sofismer bör inte förväxlas med vetenskapliga paradoxer (till exempel Zenos aporias , födelsedagsparadoxen eller Banach-Tarski-paradoxen ), som inte innehåller fel och ofta har avsevärt vetenskapligt värde [2] .
Analysen av sofismer, sökandet efter fel i dem är oerhört värdefulla i matematikundervisningen [3] , de hjälper elever och elever att bilda sig en tydlig förståelse av matematiska och logiska lagar och varnar även för möjliga typiska fel i applikationen av dessa lagar [2] [4] .
Proclus Diadochus (400-talet e.Kr.) sa i sina kommentarer om Euklids "principer" att även Euklids på 300-talet f.Kr. e. sammanställde en samling matematiska sofismer för att hjälpa elever i geometri; samlingen kallades " Pseudariya " och har inte överlevt till denna dag. Syftet med sofismer, enligt Proclus, är att lära eleverna att upptäcka fel i resonemang och undvika dem i framtiden [4] .
I framtiden, fram till idag, inkluderar utbildningslitteratur, såväl som samlingar av underhållande matematik , ofta sofismer med uppgiften "hitta felet", på grundval av vilka matematiska regler förklaras och läsarnas kunskap kontrolleras.
Det finns flera alternativ för att gruppera sofismer - vissa författare grupperar dem efter typen av matematiska ämnen, andra efter typen av fel i resonemang, och andra kombinerar båda tillvägagångssätten i en eller annan form.
Den ryska läraren V. I. Obreimov föreslog att dela upp sofismerna efter typen av felaktigt resultat [5] :
Denna klassificering har kritiserats för att materialet sammanför olika delar av matematiken för samma misstag, vilket är metodologiskt felaktigt, och dessutom är klassificeringsdragen inte tillräckligt signifikanta [6] .
Den tyske matematikern Hermann Schubert övervägde fyra typer av sofismer ("Mathematical Entertainment and Games", 1897) [6] :
Boken av V. M. Bradis och andra noterar den uppenbara ofullständigheten i denna lista och erbjuder sin egen [7] :
Själva materialet i sofismerna i Bradis och andras bok presenteras strikt efter ämne: aritmetik, algebra, geometri, trigonometri , ungefärliga beräkningar . Den här artikeln följer också den tematiska uppdelningen av materialet som det mest praktiska för lärare och elever.
Sofism . Låt vara godtyckliga siffror. Vi betecknar deras skillnad med en bokstav , det vill säga Vi multiplicerar denna likhet med Öppna parenteserna: Därefter grupperar vi monomialerna enligt följande: eller:
Att minska med får vi: det vill säga alla tal är lika.
Division med noll är ett av de vanligaste algebraiska felen, och denna division kan döljas till exempel genom att reducera den gemensamma faktorn. Till exempel, reducera ekvationen till att vi förlorar roten . En annan sofism är ekvationen:
Genom att reducera med förlorar vi inte bara den enda roten av ekvationen, utan på vägen får vi en extra rot som inte ingår i intervallet av acceptabla värden av det okända, eftersom det radikala uttrycket för blir negativt [9] .
OjämlikheterSofism 1 . Låt vara godtyckliga positiva tal, och multiplicera denna olikhet med och subtrahera från båda dess delar får vi: Faktorering:
Om vi reducerar med (efter villkoret är det inte lika med noll), får vi olikheten: Subtrahera resultatet från båda delarna : Det vill säga, vilket positivt tal som helst är också negativt samtidigt.
Sofism 1 . Rätt likhet: kan skrivas som: Om vi extraherar kvadratroten får vi: varifrån:
Sofism 2 . I gymnasiet definieras höjningen av ett tal inte bara till ett heltal, utan också till en bråkpotens : Betrakta en sofism som bevisar att .
Sofism 3 . Försiktighet bör iakttas när man höjer värdena för trigonometriska funktioner till en bråkpotens . Det verkar uppenbart att dock när vi får en felaktig likhet: Det har redan förklarats ovan att den aritmetiska roten av kvadraten av ett tal är lika med talets absoluta värde, så den korrekta notationen är som följer [13] :
Felaktiga villkor för problemetSofism 1 . Vi löser ekvationen:
Kontrollera: substitution av den första roten i ekvationen ger likhet ; substitution av den andra ger:
Sofism 2 . Låt oss lösa ekvationen: var är ett godtyckligt reellt tal .
Genom att multiplicera båda sidor av ekvationen med och sedan lägga till dem, transformerar vi ekvationen till formen: Efter att ha extraherat kubroten får vi ekvationen varifrån: det vill säga alla tal är lika med noll.
Sofism 1 . Låt oss skära triangeln i fyra delar, som visas i den övre delen av figuren, och sedan bilda en ny triangel av samma storlek av dessa delar, som visas i den nedre delen av figuren. Från omarrangering av delar ändras den totala ytan med en cell!
Denna sofism har många alternativ, varav en visas i figuren: genom att flytta delar av en rektangel med en area får vi en rektangel med en area . Anledningen är liknande: ett hål med en benyta cellen sträcks utmed diagonalen av den andra rektangeln.
Sofism 2 . Vi kommer att lita på tecknet : två trianglar är lika om de har två lika sidor och en av vinklarna. Trianglar ABC och ABC' har en lika stor vinkel och två sidor (en gemensam sida, ) och därmed är trianglarna lika, vilket motsäger konstruktionen i figuren (vinklar och är inte lika med 90°, så punkterna C och C' gör det inte sammanfaller).
Sofism 3 : "alla trianglar är likbenta" (tillskrivs ofta Lewis Carroll [18] ) [19] . Betrakta en godtycklig triangel ABC (se figur). Halslinjen för vinkeln A och vinkelrät mot mittpunkten på sidan BC skär varandra vid någon punkt O. Låt oss släppa vinkelräta OR (till sidan AB) och OQ (till sidan AC) från punkt O, och även koppla O till hörn B och C ..
De räta trianglarna RAO och QAO är kongruenta eftersom de har samma sida (AO) och vinkel (∠RAO = ∠QAO). Rätt trianglar ROB och QOC är också lika eftersom de har två lika sidor: BO = OC och RO = OQ. Men då är AR = AQ, RB = QC, och sidan AB = AR + RB = AQ + QC = AC en likbent triangel.
Sofism . Betrakta den välkända trigonometriska identiteten : I vilken triangel som helst är summan av vinklarna därför lika, å ena sidan av identitet, och å andra sidan, följaktligen är vinklarna också lika: Subtrahera denna likhet från identiteten: vi får: eller Slutsats: vilken triangel som helst är rätvinklig .
Sofism . Låt oss bevisa att alla hästar är av samma färg. Beviset är genom induktion på antalet hästar. När påståendet är trivialt. Låt alla hjordar av hästar av samma färg; bevisa för en flock hästar. Låt oss ta bort en häst; alla återstående har samma färg enligt induktionshypotesen. Vi ska lämna tillbaka hästen till flocken och ta en annan häst. Då visar sig den tidigare separerade hästen vara i samma färg.
Denna kvicka sofism har en intressant variant: ett bevis på påståendet att alla heltal är lika. Låt oss bevisa genom induktion på längden av ett segment av naturliga tal . När det bara finns ett nummer i segmentet och påståendet är sant. Låt påståendet vara sant för de första talen, låt oss bevisa för Låt oss ta två godtyckliga tal Med det induktiva antagandet men sedan ■ Felet här liknar det föregående: för ett segment med längden 2 går värdet utöver det induktiva antagandet, förstöra bevisets logik [23] .
Sofism 1 . Den imaginära enheten definieras som så Men det visar sig att
Sofism 2 . Låt oss höja den kända identiteten till makten . Till vänster kommer det uppenbarligen att visa sig till höger, 1. Som ett resultat: vilket, eftersom det är lätt att kontrollera, är fel.
Sofism 1 . Låt oss hitta gränsen för uttrycket när Om vi först aspirerar så är gränsen (oavsett värdet ), och om vi utgår från då är gränsen Det visar sig att vilket tal som helst är lika med dess invers.
Sofism 1 . Betrakta en oändlig serie för den naturliga logaritmen , erhållen från Mercator-serien med
Låt oss gruppera termer med samma tecken:
Genom att kombinera de två första parenteserna och lägga till en faktor 2 inuti den tredje parentesen får vi skillnaden mellan två identiska värden, det vill säga noll, även om den inte är lika med noll:
Sofism . Vi integrerar två identiteter:
Resultat:
Om vi subtraherar den andra från den första ekvationen får vi:
medan högern ska vara 1.
Sofism 1 . Låt oss hitta integralen av en positiv funktion med hjälp av Newton-Leibniz formel :
Integralen av en positiv funktion visade sig vara negativ ("D'Alemberts paradox", 1768) [28] .
Sofism 2 . Låt oss hitta integralen av en positiv funktion genom att ändra variabelmetoden :
Låt oss introducera en ny variabel ; integreringssegmentet för kommer att gå in i segmentet för :
Rätt svar:Några ytterligare exempel på sofismer och paradoxala slutsatser som orsakade en livlig diskussion i det vetenskapliga samfundet: