反证法是一种常用的证明方法,通过假设一个命题的否定是正确的,然后推导出矛盾,从而证明原命题是正确的。以下是几个反证法的经典例题:
证明根号2是无理数
假设:根号2是一个有理数,可以表示为两个整数的比值,即 $\sqrt{2} = \frac{a}{b}$,其中 $a$ 和 $b$ 互质。
推导:将这个假设转化为等式 $2 = \frac{a^2}{b^2}$,进而得到 $2b^2 = a^2$。根据整数的奇偶性质,$a$ 必须为偶数,设 $a = 2k$,代入等式得到 $b^2 = 2k^2$,$b$ 也必须为偶数。这与 $a$ 和 $b$ 互质矛盾。
结论:假设不成立,根号2是无理数。
证明任意两个正整数的最大公约数存在
假设:不存在任意两个正整数的最大公约数。
推导:根据这个假设,对于任意两个正整数 $a$ 和 $b$,它们的最大公约数不存在,即 $gcd(a, b) = 1$。因为如果存在一个大于1的公约数,那么它就是最大公约数,与假设矛盾。
矛盾:我们知道存在无数个互质的正整数对,例如 $3$ 和 $5$,$7$ 和 $11$ 等等,这与假设矛盾。
结论:假设不成立,任意两个正整数的最大公约数是存在的。
证明如果 $a > b > 0$,那么 $\sqrt{a} > \sqrt{b}$
假设:$\sqrt{a} \leq \sqrt{b}$。
推导:两边平方得到 $a \leq b$,这与已知条件 $a > b$ 矛盾。
结论:假设不成立,所以 $\sqrt{a} > \sqrt{b}$。
证明一个整数的平方能被2整除,则这个数是偶数
假设:整数 $a$ 的平方能被2整除,但 $a$ 不是偶数。
推导:设 $a = 2m + 1$($m$ 是整数),则 $a^2 = (2m + 1)^2 = 4m^2 + 4m + 1 = 4m(m + 1) + 1$,$a^2$ 是奇数,与已知矛盾。
结论:假设不成立,所以 $a$ 是偶数。
这些例题展示了反证法在不同情境下的应用,通过假设否定命题并推导出矛盾,从而证明原命题的正确性。