数学漫谈(少年读经典·第二辑)
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不要随便下断语(歪理两条)

法国的数学家笛卡儿曾经说:“天下的事理,非见到极明白,决不要随便就下断语。”

这一句名言告诉我们在推断事理的时候,应当十二分地小心,不要凭着主观,自己觉得这样,就以为一定是这样。这种主观的判断,没有客观的真凭实据,只好算是武断,其结果一定要陷入错误。

这样空泛地说,也许不容易明白,现在来就几何方面举两个有趣的例子吧。几何学的论证都是有客观的根据的,当我们证明一个问题的时候,每一句话都应当有确实可靠的理由。假如我们凭了主观“想当然耳”的作出结论来,就一定要弄得谬误百出的。下面两个命题的证明,粗看好像都“言之成理”,可是只要仔细推敲一下,就不难看出它们都是不能成立的“歪理”。

〔命题一〕直线的全长等于它的一部分。

设AB是一直线,拿AB做边作△ABC(使∠A为锐角),又作CD⊥AB,作CE,使∠ACE=∠CB,于是因∠A=∠A,得

△ABC∽△ACE(α.α.=α.α.)

这就是证明了直线AB的全长等于它的一部分AE。然而几何公理中明明有“全量大于部分”的一条,况且在事实上AB比它的一部分AE长,连三岁的小孩子都知道的,那么上举的证明究竟错误在哪里呢?

细考上述证明的各步,似乎都有定理或公理可以根据,是无法驳倒的;其实第二步应用的除法公理在代数学中明明有一个限制,忽略了这点,就犯了随便下断语的毛病。兹订正如下:

由定理“相似三角形的对应边成比例”,知道

AB:AC=AC:AE

化等积式,得

移项,得

于是在前举证明中的末第三步应是0/AB=0/AE,决不能化为1/AB=1/AE,即末第二步以除两边,实际是用了0除两边,根本是不合理的,换句话说,因为0被任何数除,商总是0,总能相等,所以虽得0/AB=0/AE,但不能决定AB=AE。说得更简单些,因 0/3和0/5都等于0,故0/3=0/5,但3≠5,是谁都知道的。

〔命题二〕凡三角形都有二角相等。

设△ABC,作∠A的平分线AO,BC的垂直平分线DO,二线相交于O。从O作OE⊥AC,OF⊥AB。连OB,OC。

∵OB=OC(线段的垂直平分线上的点,与线段的两端等距),OF=OE(角的平分线上的点,与角的二边等距),

∠BFO=∠CEO(由作图,垂线间的角是直角)

∴△BFO≌△CEO(s.s.rt.∠=s.s.rt.∠),

∠OBF=∠OCE((全同三角形的对应角相等)。

又∵ ∠OBC=∠OCB(由OB=OC,等腰△底角相等),

∴ ∠OBF+∠OBC=∠OCE+∠OCB(等量加等量,和相等)。

即∠ABC=∠ACB(部分的和等于全量,代入)。

这△ABC原是任意的三角形,现在证得∠ABC=∠ACB,根据“三角形等角必对等边”的定理,已变成了一只等腰三角形,不又是一件奇怪的事吗?其实这又是武断。客观地想,决不是这样的。

我们这样想:若AB=AC,则由定理“等腰三角形的顶角平分线必垂直于底边,且平分底边”知道∠A的平分线和BC的垂直平分线必合成一直线,不能说相交于O。若AB≠AC,我们作△ABC的外接圆,取⌒BC的中点O,联AO,则AO平分∠A(等弧对等圆周角),即∠A的平分线过的中点O。又因BC的垂直平分线也过O(弦的垂直平分线平分其对弧),所以这二直线相交于O,且O是△ABC的外接圆⌒BC上的中点,必永远在△ABC的外面,再设AB>AC,则⌒AB>⌒AC(大弦对大弧),但⌒BO=⌒CO,相加得⌒ABO>⌒ACO,所以⌒ABO﹥180°﹥⌒ACO(因这两弧的和是360°﹤⌒ACO﹥90°﹥∠ABO),(圆周角以所对弧之半来度它),垂足E在AC的延长线上,垂足F在AB边上(否则一个三角形内含一直角和一钝角,是不合理的)。同理,AB﹤AC时,垂足E在AC边上,垂足F在AB的延长线上*。[  *这一段的原文,前在进步青年刊出,证O点在△ABC外所用的方法,不免呆笨费力,且对二垂足E和F的一在边上和一在边的延长线上未述理由,承蒙河南偃师县立一中王蕴山同志指出,特根据王同志的意见加以修正,并在这里附致谢意。]*。

综上所述,前举图形中的O在三角形内,且二垂足都在边上,这是错误的。在准确的图中,O在三角形外,垂足E和F,一在边上,一在边的延长线上。故知以前证得的:

∠OBF=∠OCE …  (1),

∠OBC=∠OCB …  (2),

虽丝毫无误,但由此决不能得到

∠ABC=∠ACB… (3)。

为什么呢?因为(3)的左边是(1)(2)两式左边的差,但(3)的右边却不是(1)(2)两式右边的差(这是时的情形,若AB﹤AC,则左右相反),所以从(1)(2)两式不能根据等量公理而得(3)式,前举的证明当然是完全错误了。