附录1 归谬法和2的平方根
附录1
归谬法和2的平方根
毕达哥拉斯学派对“2的平方根为无理数”的原始论证基于“归谬法”:假设某命题为真,如果以此推导出了矛盾或荒谬的结论,则该命题必然错误。我们可以举个现代点的例子。20世纪伟大的物理学家尼尔斯·玻尔有句格言:“每个伟大的思想,其对立面是另一个伟大的思想。”如果这句名言是对的,那结果至少有点儿危险。想一想老生常谈的“应当推己及人”“不该说谎”或者“不该杀人”就明白了。我们还可以假定玻尔这句格言本身也是个伟大的思想,这样一来,它的反面“每个伟大的思想,其对立面不是伟大的思想”也一定是正确的。这时候,谬误就出现了。如果它的对立面是错的,那我们就无须奉玻尔的名言为圭臬,因为它证明了自己不是。
毕达哥拉斯学派在通过归谬法论证2的平方根是无理数时,采用了专业的几何学方法,而我们可以用更现代,也更简单的代数方式。论证的过程、思考的方式,至少和结论一样有趣:
想象一个边长为1的正方形(这个1是厘米、英寸,或者光年都无所谓)。对角线BC将这个正方形切分成了两个直角三角形。按照毕达哥拉斯定理,这样的直角三角形中12+12=X2,所以X2=2,X=。即2的平方根。我们假定X=p/q,且是一个有理数,所以p和q都是整数。对它们的大小,我们不做任何要求,但不得有公约数。举个例子,14/10里p=14,q=10,但它们都可以除以2,得p=7,q=5,即7/5。开始前,我们需要除去所有公约数。p和q的取值有无穷多的选择。从
=p/q开始,将等号两边都平方,得到2=p2/q2,或者我们把两边都乘以q2,得
p2=2q2(方程1)
p2是某个数乘以2,因此p2是偶数。但任何奇数的平方根都是奇数(12=1,32=9,52=25,72=49,等等),所以p本身也必然是偶数。我们可以写p=2s,s为另一个整数。将p代入方程1,得
p2=(2s)2=4s2=2q2
等式两边都除以2,得
q2=2s2
因此q2是偶数。根据我们刚才对p的讨论,可得q也是偶数。但如果p和q都是偶数,就都能被2整除,没有得到完全约分,与我们的假设相矛盾。这就是归谬法。但问题出在命题的哪个部分?从论述中,我们得不出公约数错误的结论,也即14/10可行但7/5不行,所以问题只能出在最初的假设上;p和q不可能都是整数,2的平方根只能是无理数。实际上, =1.4142135……
多么令人震惊,又出人意料的结论啊!这个证明,又是多么优雅!可惜毕达哥拉斯学派认为有必要保守这伟大的发现。