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二、少年高斯的天才完全歸納推理

典型案例

德國著名數學家高斯,在很小的時候就表現出非凡的數學天才。他十歲那一年,還是一個小學生。有一次,上算術課,老師出了一道算術題,他叫孩子們計算一下:

1+2+3+…+98+99+100=?

老師心裡想:要加的數目這麼多,可得費些工夫呢!而且稍不留心,答案就會弄錯。可是,沒過多大會兒,就有個孩子舉起手並說出了正確的答案。

老師感到非常驚奇,這孩子是怎麼得來的答案呢?

邏輯辨析

小學生高斯為什麼會如此快地就得出了答案呢?原來他雖然還是小學生,但具有非常敏銳的洞察力。他看到了一連串要加的數目(從1到100)中,第一項和倒數第一項,第二項和倒數第二項,第三項和倒數第三項……每一對的和數都是101,而這樣的數剛好有50對,因此,101×50=5050。

高斯之所以能如此迅速、準確地求得題目的答案,是因為他正確地運用了完全歸納推理的形式,找到了一種迅速、準確的解題方法。

知識鏈接

什麼是完全歸納推理?完全歸納推理就是根據某類事物中每一個對象都具有某種屬性,推出該類事物都具有該屬性的推理。例如:

當知道太平洋產石油、印度洋產石油、北冰洋產石油、大西洋產石油,並且太平洋、印度洋、北冰洋、大西洋是世界上的全部大洋之後,就可以推出結論:世界上的全部大洋都產石油。

完全歸納推理可用公式表示為:

S1是P;

S2是P;

…………

Sn是P;

S1,S2,…,Sn是S類的全部對像;

所以,所有S是P。

完全歸納推理的特點是,前提考察的是一類事物的全體對象,結論所斷定的範圍沒有超出前提的範圍,因此,前提與結論之間的聯繫是必然的。完全歸納推理本質上是一種必然性的推理。

完全歸納推理有以下兩個要求:一是前提中需要考察一類事物的全部對象,否則就不是完全歸納推理;二是前提中對每一個別對象的斷定都必須是真實可靠的。

高斯正是在前提中完全考察了100這個數內的所有對應的兩個數字之和分別等於101,即1+100=101,2+99=101,…,50+51=101,然後得出結論:100這個數內所有各個相應的首尾兩數之和都等於101。

擴展延伸

數學中許多問題,都可以採用完全歸納推理來求解。比如,證明所有三角形的三個內角和都等於180度:

我們知道,直角三角形的三個內角和等於180度,銳角三角形的三個內角和等於180度,鈍角三角形的三個內角和等於180度。而全部的三角形都無非是直角三角形、銳角三角形和鈍角三角形。所以,全部三角形的三個內角和都是180度。

這一證明過程表明,有些無窮問題可以通過有窮完全方法來進行把握。

同理,可以證明全部三角形的面積都等於底乘高再乘以1/2。

上述高斯的推理,可以結合梯形面積的求解公式來求解。梯形面積的公式是:上底加下底乘高再乘以1/2。於是:

1+2+3+…+98+99+100=(1+100)×100×1/2=5050。

但是完全歸納的作用範圍畢竟是有限度的,實際思維中大量的推理問題需要通過運用不完全歸納推理來解決。

不完全歸納推理,是根據一類事物中的部分對像具有某種屬性,推出該類對象都具有某種屬性的推理。比如:

已知某市甲公司實行與利潤掛鉤的工資制度以後效益提高了,乙公司實行與利潤掛鉤的工資制度以後效益提高了,丙公司實行與利潤掛鉤的工資制度以後效益提高了……所以,該市所有實行與利潤掛鉤的工資制度的公司,在實行該制度後效益都提高了。

不完全歸納推理的特點是,前提中只是斷定了一類事物的部分對像具有某種屬性,結論卻是斷定該類事物的全部對象都具有某種屬性,結論所斷定的知識範圍超出了前提。不完全歸納推理的歸納強度不必然等於1。因此,前提與結論間的聯繫是或然的,結論也是或然的。不完全歸納推理包括簡單枚舉歸納推理和科學歸納推理。

勤思多練

1.下列結論是否可以通過完全歸納推理得到?為什麼?

(1)原子都是可分的。

(2)人人都是有思維能力的。

(3)螞蟻搬家蛇過道,老牛大叫雨就到。

(4)在24~28之間沒有質數。

(5)我們廠所有車間都實現了生產自動化。

(6)綠色植物可通過光合作用把水和二氧化碳變成糖類而放出氧氣。

(7)春夏秋冬,週而復始。

(8)天下烏鴉一般黑。

2.單項選擇題。

(1)陳華圖便宜花50元買了雙旅遊鞋,不到一個月鞋底就斷了。不久,他按市價的幾乎一半買了件皮夾克,結果發現原來是仿羊皮的。於是他得出結論:便宜無好貨。

陳華得出結論的思維方法,與下列哪項最為類似?

A.李京是語文教師,他仔細地閱改了每一篇作文,得出結論:全班同學的文字表達能力普遍有提高。

B.王江檢驗一批產品,第一件合格,第二件是次品,於是得出結論:這批產品不全合格。

C.王強鄰居的小男孩,頭髮有兩個旋,脾氣很強;王強的小侄子,頭髮也有兩個旋,脾氣也很強。王強因此得出結論:頭髮上有兩個旋的孩子,脾氣都很強。

D.李文認為頭髮上有兩個旋的孩子都很強,因此得出結論:自己的孩子脾氣不強是因為頭髮上只有一個旋。

(2)婚禮看得見,愛情看不見;情書看得見,思念看不見;花朵看得見,春天看不見;水果看得見,營養看不見;幫助看得見,關心看不見;颳風看得見,空氣看不見;文憑看得見,水平看不見。有人由此得出結論:看不見的東西比看得見的東西更有價值。

下面哪個選項使用了與題干中同樣的推理方法?

A.三角形可以分為直角三角形、鈍角三角形和銳角三角形三種。直角三角形的三內角之和等於180度,鈍角三角形的三內角之和等於180度,銳角三角形的三內角之和等於180度,所以,所有三角形的三內角之和都等於180度。

B.我喜歡「偶然」勝過「必然」。你看,奧運會比賽中充滿了懸念,比賽因此激動人心;藝術家的創作大多出自「靈機一動」;科學發現與發明常常與「直覺」、「靈感」、「頓悟」、「機遇」連在一起;在茫茫人海中偶然碰到「他」或「她」,互相射出丘比特之箭,成就人生中最美好的一段姻緣。因此,我愛「偶然」,我要高呼「偶然性萬歲!」

C.外科醫生在給病人做手術時可以看X光片,律師在為被告辯護時可以查看辯護書,建築師在蓋房子時可以對照設計圖,教師在備課時可以看各種參考書,為什麼不允許學生在考試時看教科書及其他相關材料?

D.玫瑰花好看,因為所有的花都好看。