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¿Por qué escribimos las pruebas "hacia adelante"?

Soy consciente de que esto puede convertirse en una discusión, pero tengo la sensación de que esto puede tener un respuesta (¿tal vez algo histórico?) en su lugar. Espero que los que tengan especulaciones las mantengan en los comentarios.

Este trimestre he empezado a trabajar en la redacción de pruebas formales, y he descubierto que la clave para llegar a algunas de ellas es pensar en el problema "al revés". Pero, por desgracia, cuando escribí mi prueba empezando por esto, mi profesor dijo que no debía hacerlo. ¿Pero por qué no? Da al lector una idea de lo que motivó este tipo de prueba y permite una mayor comprensión, ¿no?

Mods: Siéntanse libres de cerrar, si esto resulta ser una discusión excesiva. Estaré en el chat para aquellos dispuestos a discutir esto.

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Xenph Yan Puntos 20883

Uno de los principales problemas de escribir un argumento al revés, especialmente para un estudiante que empieza a aprender sobre pruebas, es que sería mucho más difícil seguir la pista de lo que es una suposición y lo que es un objetivo. En una prueba que $A\implies B$ Nunca debemos asumir en el camino que $B$ es verdadera, de lo contrario estamos siendo circulares; pero si la afirmación de $B$ ya está escrito en tu papel, podrías confundirte y pensar que ya has demostrado que es cierto. No digo que esto ocurra siempre, sólo que es un riesgo mayor.

Si bien es cierto que "pensar hacia atrás" puede ser a veces una estrategia útil para atacar un problema, y explicar su estrategia al lector puede ser una buena adición a una demostración formal, no es un sustituto; uno siempre debe ser capaz de explicar el argumento partiendo de su información y axiomas dados, y procediendo al enunciado deseado completamente "hacia adelante". Es esencial adquirir suficiente práctica en la formulación de los argumentos de esta manera.

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Andy Puntos 21

Debido a que muchas implicaciones lógicas son de un solo sentido, escribir las cosas al revés puede resultar confuso. Trabajamos hacia atrás para saber a dónde vamos, pero escribimos hacia delante para asegurarnos de que todo funciona realmente.

Sin embargo, no siempre se da el caso de que las pruebas procedan de los supuestos a los objetivos. He aquí dos excepciones típicas a la regla de empezar por el principio y terminar por el final:

Teorema: XXX

prueba. En primer lugar, observamos que para demostrar XXX, basta con demostrar YYY, y demostrar YYY es equivalente a demostrar ZZZ....

o

Teorema: XXX

En primer lugar, tenemos el siguiente lema:

Lema YYY

Con el lema, podemos demostrar el teorema como sigue....

Prueba del lema. (la prueba va aquí)

En ambos casos, el primer paso de la prueba es demostrar que podemos trasladar nuestro objetivo a algo más sencillo.

Sin embargo, este estilo de prueba tiene algunas advertencias. En primer lugar, dado que muchas implicaciones lógicas sólo van en una dirección, debes asegurarte de que escribes cosas que implican tu conclusión y NO sólo cosas que se derivan de tu conclusión. En segundo lugar, dado que no se procede en un orden simple de las cosas que se conocen a las que no se conocen, es mucho más fácil cometer errores con el razonamiento circular.

En tercer lugar, y quizás lo más importante, aunque trabajar hacia atrás puede facilitar las cosas para descubrir una prueba, es difícil leer una prueba larga que esté escrita completamente al revés. La decisión de poner parte del final al principio (o, en general, de hacer cualquier cosa fuera del orden estándar hacia adelante) sólo debe hacerse cuando mejore la claridad de la exposición. La principal razón por la que podría mejorar la claridad es porque hay que dedicar una cantidad significativa de tiempo a algo que parece fuera de tema, inmotivado o intermedio. Poner el final de la prueba en primer lugar en estos casos significa que el lector sabe hacia qué se está trabajando y por qué se está trabajando hacia ello.

Ten en cuenta que poner el final de una prueba al principio y luego saltar al principio es muy diferente de hacer la prueba al revés. Hasta que no aprecies la diferencia, y hasta que no estés seguro de que tienes una muy buena razón para hacerlo y hayas visto suficientes ejemplos para saber cómo hacerlo con claridad, esta no es una técnica de escritura de pruebas que yo recomendaría. Sí, si se hace bien, aclara las cosas. Sin embargo, si se hace mal, complica las cosas o introduce errores lógicos.

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Dave Futer Puntos 36

A veces, el razonamiento intuitivo en el que se piensa en el problema "al revés" queda bien plasmado en una prueba por contradicción.

Supongamos que usted está tratando de demostrar que $A \Rightarrow Z$ . Pensando al revés, has deducido que $Y \Rightarrow Z$ , por lo que es suficiente para probar $Y$ . También se ha dado cuenta de que $X \Rightarrow Y$ , por lo que en realidad probar $X$ sería suficiente, y así sucesivamente.

Ahora, puedes escribir la prueba de la siguiente manera: Supongamos que $Z$ es falso. Esto implica $Y$ es falso, por lo tanto $X$ también es falso. Continuando de esta manera, usted concluye que la hipótesis $A$ debe ser falso, lo cual es una contradicción.

Ningún profesor debería oponerse a ello (a menos que sea un positivista incorregible).

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user11300 Puntos 116

En mi opinión, cuando se escribe una prueba no se intenta dar al lector una idea de lo que motivó la prueba, o permitir una mayor comprensión. El objetivo de una prueba consiste en mostrar que algo se sigue puramente por lógica en alguna teoría, o en convencer a tu audiencia de que algo se sigue puramente por lógica en alguna teoría (y es de esperar que uno de tus espectadores pueda realmente demostrarlo, o conseguir que una máquina proporcione información para demostrarlo, si tal persona se preocupara por hacerlo, tuviera el tiempo y los recursos para hacerlo). O al menos, sin hacer esto, no estás proporcionando una prueba, estás haciendo otra cosa... y esto no se puede decir de otras cosas. Así que, en cierto sentido, los teoremas demostrados se convierten en una parte necesaria de la teoría, o si no lo hacen, tienes que trabajar con otras reglas y/o principios lógicos que la teoría da por sentado. Los teoremas no son cuadros bonitos (motivación) ni proverbios (comprensión). Son más comparables a las herramientas, y necesitas saber que una herramienta realmente funcionará o habrás desperdiciado recursos, y las pruebas (al menos eso esperamos) lo hacen.

Además, me parece relevante mencionar que no parece tener una definición de prueba. El único lugar donde conozco una definición precisa de lo que es una prueba, viene de la lógica formal. En la lógica formal, es evidente que no se pueden tener pruebas al revés en general, porque todas las pruebas consisten en una secuencia de algún tipo. Aunque en el discurso matemático, como muchos otros han señalado excelentemente aquí, no se tienen pruebas que aparezcan exactamente en la secuencia correcta si se escriben en algún sistema lógico formal, no parece un gran problema reescribir la información básica en tal secuencia.

Así que, si escribes pruebas al revés en tus apuntes, te sugiero que luego le des la vuelta a las cosas y vuelvas a secuenciar las pruebas en el orden correcto. Creo que aprenderás más si ves la información de ambas maneras. En otras palabras, con respecto a su pregunta, uno podría responder lo siguiente:

"¿Por qué no escribirlas hacia adelante Y hacia atrás, en lugar de escribirlas sólo en un sentido?"

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goblin Puntos 21696

Las otras respuestas pasan por alto algo importante.

Si quiero demostrar que $A$ implica $B$ Puedo argumentar lo siguiente.

Supongamos que $A$ .


Entonces $X$ . Así, $Y$ . Por lo tanto, $Z$ . Así, $B$ .

Por lo tanto, $A$ implica $B$ .

Sin embargo, también puedo argumentar "hacia atrás", demostrando el contrapositivo y argumentando hacia adelante.

Supongamos que $\neg B$ .


Entonces $\neg Z$ . Así, $\neg Y$ . Por lo tanto, $\neg X$ . Así que $\neg A$ .

Por lo tanto, $\neg B$ implica $\neg A$ o en otras palabras, $A$ implica $B$ .

De hecho, puedo mezclar enfoques hacia delante y hacia atrás. El truco está en estructurar el argumento por contradicción.

Supongamos que $A$ y $\neg B$ .


Desde $A$ Por lo tanto $X$ Por lo tanto $Y$ . Desde $\neg B$ entonces $\neg Z$ Por lo tanto $\neg Y$ . Contradicción.

Por lo tanto, $A$ implica $B$ .

En resumen, nunca necesito para argumentar al revés; al menos, no en la lógica clásica.

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