关于同理可证的教学准备

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  [摘要]同一个定理中含两种情况时,或不同的相似定理间,在证明过程中对后者往往使用“同理可证”一语代过。多数证明是明显的同理可证,然也存在一些证明并不是简单的同理,需要做一定的先期变换方可。教师在备课时应当有所准备。
  [关键词]定理证明 同理可证 教师备课
  一、同理可证的概念
  在数学教学过程中的“同理可证”,对于多年在教学一线的教师而言,确实“同理”即“可证”,对于刚刚接触到新的学习内容的学生而言,觉得“同理”未必“可证”。如何避免课堂教学过程当中学生提问的突然性,就要求教师在课堂教学前对“同理可证”做充分的教学准备。
  “同理可证”是数学定理证明中时常使用的手段,其具有易于阅读、过程简洁的特点。从数学理论上说,证明命题A与证明命题B同理是指:证明命题A与证明命题B或者用了相同的定理,或者用了相同的方法[1]。
  “同理可证”的使用,必须注意同理的对应范围,且“同理”得出的结论必须是明显的,如果过程复杂,不建议用“同理可证”。特别是具有对称性时,最应选择“同理可证”。
  二、直接的同理可证
  例如在《高等数学》中,关于极限保号性的定理,就应该用“同理可证”的手段[2]。
  定理(局部保号性) 若 (或<0),
  则对任意正数r(0  使得对一切x∈N ,恒有地f(x)>r>0(或f(x)<-r<0)。
  证明:当A>0时,取ε=A-r>0,由函数极限的定义,存在正数δ,使得对一切 x∈N 有|f(x)-A|  即0  所以 f(x)>r>0
  当A<0时,此处适合使用“同理可证”。“同理”过程如下:
  取ε=-A-r>0,由函数极限的定义,存在正数δ,
  使得对一切x∈N 有|f(x)-A|  即2A+r=A-(-A-r)  所以f(x)<-r<0
  从上面这个例子可以看出,除了极少数细节外,其证明过程几乎完全一样[3]。
  三、需要调整后的同理可证
  例如在《积分变换》中,关于Fourier变换的卷积定理,就无法直接用“同理可证”的手段[4]。
  定理 设函数f1(x)和f2(x)都满足Fourier积分定理的条件,则
  ① (1)
  ② (2)
  证明①:有定义
  交换积分次序得
  在内层积分中令x-η=y,则
  于是
  在证明定理中结论②时,显然不是直接的“同理可证”。因为定理结论①中等号左边中括号里是“卷积”,而定理结论②中等号左边中括号里是“乘积”,意义完全不同。为了解决教材中的“同理可证”,需对定理的结论②做如下处理:
  要证明(2)式,即须等价证明
  即
  亦即
  (3)
  此时的(3)式与(1)式差别只在F与F-1、1与2π两点了,由此再结合Fourier逆变换的定义
  (3)式与(1)式“同理可证”才称顺理成章了。
  总之,对带有隐蔽性的“同理可证”,教师必须加以小心并课前充分准备。
  [参考文献]
  [1]印鉴,李师贤.一种基于事例推理的检索模型[J].中山大学学报(自然科学版),1999,2:1-10.
  [2]褚宝增,陈兆斗.高等数学(上册)[M].北京:北京大学出版社,2008年8月.
  [3] 赵明方.Max(f,g)与Min(f,g)的若干性质及其应用[J].四川师院学报(自然科学版),1981,3:12-16.
  [4] 张元林.积分变换[M].北京:高等教育出版社,2003年12月.
  (作者单位:中国地质大学(北京)数理学院 北京)
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