如何写数学证明
一般数学教科书或者专著上给出的证明过程是浑然一体的。即便有其内在的层级和结构关系,也并不容易直接看出。再加上证明中鲜有图示与思路的讲解,使得书本上的证明过程至少在形式上非常抽象、难以理解。读者很容易在追踪作者思维的过程中把原本的目标给跟丢了。为了改进这种表述的形式和方式,在笔记中整理个人的证明过程时,需要做到如下几点:
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证明前先分析问题,讲清楚证明的目标与思路。
一个数学证明像是一阙音乐段落,都有一个动机(motive)隐藏其中。对于数学来说,这个动机就是我们常常在好奇心的驱使下所问的:“定理的提出者或发现者是如何想到这个问题的?”、“完成证明的那灵光一现是如何产生的?”、“换做我自己又该怎样思考”,等等。没有对这个动机的把握,就像是没有灵魂的音乐演奏一般,数学证明也就变成了枯燥、机械的逻辑过程。虽然将其死记硬背下来能考高分,甚至也能够解决实际问题,但却绝不能说由此就掌握了数学。
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准备好证明所需的技术、工具。这包括必要的定义、定理等。
这要求我们能够“学而时习”,时时查漏补缺。
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用结构化思维组织证明的步骤与层次架构。
根据我个人的实践体会,手绘的或者专业软件制作的思维导图是整理思维很好的方法。这对于解构需要复杂证明步骤的大定理非常有用。
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用结构化文档呈现证明的具体过程。
可以使用层级标题、有序和无序列表,并配合以缩进来格式化文档。这里推荐使用轻量级的Markdown撰写原稿。在使文档格式具有足够表现力的同时,既可以避免LaTeX文档编写的繁琐和抽象,也不至于被办公软件提供的多种复杂功能分心。
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尽量给出能够体现出证明思路的流程图,关键知识点与主要结论的示意图。
在这一点上,James Munkres的拓扑学一书就是很好的典范。同时,日本人在不同专业领域出版的一系列“图解”书籍也很值得借鉴。
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给出例子,由抽象层次落实到现实案例和具体问题,从而有助于知识点和思路的巩固。
通过以上几个步骤,相信不仅可以巩固自身的知识并强化推理的能力,由此形成的文字也能够为相关领域的其他学习者带来一定的启发,因而是由输入型学习转为输出型学习的良好实践。
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