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反證法

高中 10 年級 · 數與量

觀念

反證法:要證 PP,先假設 PP 不成立,一路合法推論,推出和已知事實互相矛盾的結果,所以假設錯誤,PP 成立。

證「某數是無理數」時,假設它是有理數並寫成最簡分數 ab\frac{a}{b}(gcd⁡(a,b)=1\gcd(a,b)=1),再推出 aa、bb 有公因數;或寫成 mn\frac{m}{n} 後推出違反質因數分解唯一性的等式。常見漏洞是忘了寫「最簡」,矛盾就不成立。

例:2=ab\sqrt{2}=\frac{a}{b} 最簡,則 a2=2b2a^2=2b^2 是偶數;奇數的平方是奇數,所以 aa 是偶數,設 a=2ca=2c,得 b2=2c2b^2=2c^2,同理 bb 也是偶數,與最簡矛盾,所以 2\sqrt{2} 是無理數。

例題

用反證法證明:log⁡112\log_{11} 2 是無理數。

看參考證明

因 2>12>1,log⁡112>0\log_{11} 2>0。假設它是有理數,寫成 mn\frac{m}{n},m、nm、n 是正整數。

由對數定義:11m/n=211^{m/n}=2,兩邊 nn 次方得 11m=2n11^m=2^n。

左邊的質因數只有 1111,右邊的質因數只有 22,而 m,n≥1m,n\ge 1。

一個正整數的質因數分解是唯一的,11≠211\ne 2,所以 11m≠2n11^m \ne 2^n,矛盾。故 log⁡112\log_{11} 2 是無理數。

結論: log⁡112\log_{11} 2 是無理數

用在哪裡

插畫

反證法:情境插畫反證法:例題插畫

學習路徑

先學會

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