Sofismul matematic (din grecescul σόφισμα - un truc, o invenție vicleană, un puzzle [1] ) este o afirmație matematică eronată obținută folosind un raționament care pare corect, dar în realitate conține una sau alta eroare [2] . Motivele erorii pot fi variate - utilizarea acțiunilor interzise în matematică (de exemplu, împărțirea la zero ), utilizarea incorectă a legilor matematice sau utilizarea în afara zonei de aplicabilitate a acestora, erori logice etc.
Sofismul matematic este un caz special de sofism . Mai departe, în acest articol vorbim doar despre sofisme matematice , care pentru scurtitate vor fi numite pur și simplu sofisme. Sofismele nu trebuie confundate cu paradoxurile științifice (de exemplu, aporii lui Zenon , paradoxul zilei de naștere sau paradoxul Banach-Tarski ), care nu conțin erori și au adesea o valoare științifică considerabilă [2] .
Analiza sofismelor, căutarea erorilor în ele sunt extrem de valoroase în cursul predării matematicii [3] , ajută elevii și studenții să-și formeze o înțelegere clară a legilor matematice și logice și, de asemenea, avertizează împotriva posibilelor erori tipice în aplicare. din aceste legi [2] [4] .
Proclus Diadochus (secolul al V-lea d.Hr.) în comentariile sale despre „Principiile” lui Euclid a spus că chiar și Euclid în secolul al III-lea î.Hr. e. a compilat o colecție de sofisme matematice pentru a ajuta studenții de geometrie; colecția a fost numită „ Pseudariya ” și nu a supraviețuit până în prezent. Scopul sofismelor, conform lui Proclu, este de a-i învăța pe elevi să detecteze erorile de raționament și să le evite în viitor [4] .
În viitor, până în prezent, literatura educațională, precum și colecțiile de matematică distractivă , includ adesea sofisme cu sarcina „găsește greșeala”, pe baza cărora sunt explicate regulile matematice și sunt verificate cunoștințele cititorilor.
Există mai multe opțiuni de grupare a sofismelor - unii autori le grupează după tipul de subiecte matematice, alții după tipul de eroare în raționament, iar alții combină ambele abordări într-o formă sau alta.
Profesorul rus V. I. Obreimov a propus împărțirea sofismelor în funcție de tipul rezultatului eronat [5] :
Această clasificare a fost criticată pentru faptul că materialul reunește diferite secțiuni de matematică pentru aceeași greșeală, ceea ce este incorect din punct de vedere metodologic și, în plus, caracteristicile de clasificare nu sunt suficient de semnificative [6] .
Matematicianul german Hermann Schubert a considerat patru tipuri de sofisme ("Mathematical Entertainment and Games", 1897) [6] :
Cartea lui V. M. Bradis și alții notează incompletitudinea evidentă a acestei liste și oferă propria sa [7] :
Însuși materialul sofismelor din cartea lui Bradis și alții este prezentat strict pe subiecte: aritmetică, algebră, geometrie, trigonometrie , calcule aproximative . Acest articol aderă, de asemenea, la defalcarea tematică a materialului ca fiind cel mai convenabil pentru profesori și studenți.
Sofismul . Fie numere arbitrare. Notăm diferența lor cu o literă , adică înmulțim această egalitate cu Deschidem parantezele: Apoi, grupăm monomiile după cum urmează: sau:
Reducând cu obținem: adică toate numerele sunt egale.
Împărțirea la zero este una dintre cele mai frecvente erori algebrice, iar această împărțire poate fi mascată, de exemplu, prin reducerea factorului comun. De exemplu, reducând ecuația la pierdem rădăcina . Un alt sofism este ecuația:
Reducerea cu nu numai că pierdem singura rădăcină a ecuației, dar pe parcurs dobândim o rădăcină suplimentară care nu este inclusă în intervalul de valori acceptabile ale necunoscutului, deoarece expresia radicală pentru devine negativă [9] .
InegalitățiSofismul 1 . Fie numere pozitive arbitrare și Înmulțind această inegalitate cu și scăzând din ambele părți , obținem: Factorizare:
Reducând cu (cu condiția să nu fie egal cu zero), obținem inegalitatea: Scădeți rezultatul din ambele părți : Adică orice număr pozitiv este și negativ în același timp.
Sofismul 1 . Egalitatea corectă: poate fi scrisă ca: Extragând rădăcina pătrată , obținem: de unde:
Sofismul 2 . În liceu, creșterea unui număr este definită nu numai la un întreg, ci și la o putere fracțională : Luați în considerare un sofism care demonstrează că .
Sofismul 3 . Trebuie avut grijă atunci când creșteți valorile funcțiilor trigonometrice la o putere fracțională . Pare evident că, totuși, atunci când obținem o egalitate eronată: S-a explicat deja mai sus că rădăcina aritmetică a pătratului unui număr este egală cu valoarea absolută a numărului, deci notația corectă este următoarea [13] :
Condiții incorecte ale problemeiSofismul 1 . Rezolvam ecuatia:
Verificați: înlocuirea primei rădăcini din ecuație dă egalitate ; înlocuirea celei de-a doua dă:
Sofismul 2 . Să rezolvăm ecuația: unde este un număr real arbitrar .
Înmulțind ambele părți ale ecuației și apoi adăugând la ele, transformăm ecuația în forma: După extragerea rădăcinii cubice, obținem ecuația de unde: adică toate numerele sunt egale cu zero.
Sofismul 1 . Să tăiem triunghiul în patru părți, așa cum se arată în partea de sus a figurii, și apoi să formăm un nou triunghi de aceeași dimensiune din aceste părți, așa cum se arată în partea inferioară a figurii. Din rearanjarea pieselor, suprafața totală se modifică cu o celulă!
Acest sofism are multe opțiuni, dintre care una este prezentată în figură: prin deplasarea părților unui dreptunghi cu o zonă, obținem un dreptunghi cu o zonă . Motivul este similar: o gaură cu o zonă de os. celula este întinsă de-a lungul diagonalei celui de-al doilea dreptunghi.
Sofismul 2 . Ne vom baza pe semnul : două triunghiuri sunt egale dacă au două laturi egale și unul dintre unghiuri. Triunghiurile ABC și ABC' au un unghi egal și două laturi (o latură comună, ) și, prin urmare, triunghiurile sunt egale, ceea ce contrazice construcția din figură (unghiurile și nu sunt egale cu 90°, deci punctele C și C' nu sunt egale). coincide).
Sofismul 3 : „toate triunghiurile sunt isoscele” (deseori atribuit lui Lewis Carroll [18] ) [19] . Luați în considerare un triunghi arbitrar ABC (vezi figura). Bisectoarea unghiului A și perpendiculara la mijlocul laturii BC se intersectează într-un punct O. Să aruncăm perpendicularele OR (pe latura AB) și OQ (pe latura AC) din punctul O și, de asemenea, conectăm O la vârfurile B și C. ..
Triunghiurile dreptunghiulare RAO și QAO sunt congruente deoarece au aceeași latură (AO) și unghi (∠RAO = ∠QAO). Triunghiurile dreptunghiulare ROB și QOC sunt de asemenea egale deoarece au două laturi egale: BO = OC și RO = OQ. Dar atunci AR = AQ, RB = QC, iar latura AB = AR + RB = AQ + QC = AC este un triunghi isoscel.
Sofismul . Luați în considerare binecunoscuta identitate trigonometrică : În orice triunghi, suma unghiurilor este deci egală, pe de o parte, prin identitate, iar pe de altă parte, în consecință, unghiurile sunt și ele egale: Scăzând această egalitate din identitate: obținem: sau Concluzie: orice triunghi este dreptunghic .
Sofismul . Să demonstrăm că toți caii sunt de același costum. Dovada este prin inductie asupra numarului de cai. Când afirmația este banală. Lăsați toate turmele de cai de aceeași culoare; dovedi pentru o turmă de cai. Să scoatem un cal; toate rămase au același costum prin ipoteza inducției. Vom întoarce calul la turmă și vom lua un alt cal. Apoi, calul separat anterior se dovedește a fi de același costum.
Acest sofism plin de duh are o variație interesantă: o dovadă a afirmației că toate numerele întregi sunt egale. Să demonstrăm prin inducție pe lungimea unui segment de numere naturale . Când există un singur număr în segment, iar afirmația este adevărată. Fie afirmația adevărată pentru primele numere, să demonstrăm pentru Să luăm două numere arbitrare Prin ipoteza inductivă dar apoi ■ Eroarea de aici este similară cu cea anterioară: pentru un segment de lungime 2, valoarea depășește ipoteza inductivă, distrugând logica dovezii [23] .
Sofismul 1 . Unitatea imaginară este definită astfel Dar Se pare că
Sofismul 2 . Să ridicăm identitatea cunoscută la putere . În stânga, va ieși în dreapta, evident, 1. Ca urmare: ceea ce, deoarece este ușor de verificat, este greșit.
Sofismul 1 . Să găsim limita expresiei când Dacă aspirăm mai întâi atunci limita este (indiferent de valoarea ), iar dacă începem de atunci limita este Se dovedește că orice număr este egal cu inversul său.
Sofismul 1 . Considerăm o serie infinită pentru logaritmul natural , obținut din seria Mercator cu
Să grupăm termenii cu aceleași semne:
Combinând primele două paranteze și adăugând un factor de 2 în a treia paranteză, obținem diferența a două valori identice, adică zero, deși nu este egală cu zero:
Sofismul . Noi integrăm două identități:
Rezultate:
Scăzând a doua ecuație din prima ecuație, obținem:
în timp ce dreapta ar trebui să fie 1.
Sofismul 1 . Să găsim integrala unei funcții pozitive folosind formula Newton-Leibniz :
Integrala unei funcții pozitive s-a dovedit a fi negativă („Paradoxul lui D’Alembert”, 1768) [28] .
Sofismul 2 . Să găsim integrala unei funcții pozitive prin metoda schimbării variabilei :
Să introducem o nouă variabilă ; segmentul de integrare pentru va intra în segmentul pentru :
Răspuns corect:Câteva exemple suplimentare de sofisme și concluzii paradoxale care au provocat o discuție vie în comunitatea științifică: