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Solicitud de ejemplos: la verificación de la vs la comprensión de las pruebas

Mi colega y yo investigadores en filosofía de la práctica de matemáticas y están trabajando en el desarrollo de una cuenta de la comprensión matemática. Hemos visto a menudo se observó que existe una importante diferencia entre la mera comprobación de que una prueba es correcta y realmente entender. Bourbaki ponerlo de la siguiente manera:

[E]muy matemático sabe que es una prueba de que no ha sido realmente "entendido" si uno no ha hecho nada más que verificar paso a paso de la corrección de las deducciones de las que se compone, y no ha tratado de obtener una visión más clara de las ideas que han llevado a la construcción de esta cadena en particular de las deducciones en preferencia a cada uno.
[Bourbaki, "La Arquitectura de las Matemáticas', 1950, pág.223]

Estamos interesados en los ejemplos que, desde la perspectiva de un profesional matemático, ilustran este fenómeno. Si alguna vez ha experimentado esta diferencia entre simplemente la verificación de una prueba y su comprensión, nos interesaría saber que prueba(s) y por qué usted no entiende (de ellos) en el primer lugar. Estamos especialmente interesados en las pruebas de que no son más que un par de páginas de longitud. También estaríamos muy agradecidos si usted podría proporcionar algunas referencias a la prueba(s) en cuestión.

Lo siento si este no es el lugar apropiado para publicar esto, pero nosotros esperábamos que los matemáticos profesionales en MathOverflow podría proporcionar algunos ejemplos que podrían ayudar con nuestra investigación.

52voto

Dean Hill Puntos 2006

Don Zagier tiene un conocido de papel, Una sola frase la prueba de que cada prime $p\equiv 1\pmod 4$ es una suma de dos cuadrados. Un estudiante de matemáticas importantes deben ser capaces de verificar que esta prueba es correcta. Pero como se puede ver en otros lugares en MathOverflow, la mayoría de los matemáticos profesionales no son capaces de "entender" esta prueba sólo estudiando en el aislamiento. Por la falta de "comprensión" se entiende, por ejemplo, la incapacidad para responder a preguntas tales como, "¿de Dónde las fórmulas vienen? ¿Cómo a nadie que haya venido para arriba con esta prueba en el primer lugar? ¿Hay algún principio general en que esta prueba se basa, que no se presenta explícitamente en la prueba?"

31voto

Dean Hill Puntos 2006

Ivan Niven ha publicado Una simple prueba de que $\pi$ es irracional. Verificar que la prueba es correcta sólo requiere elementales de cálculo. Por otro lado, para "entenderlo", un profesional matemático probablemente tendrá que estudiar algo de teoría general (¿qué tipo de estrategias generales existen para la construcción de una irracionalidad o transcendentality prueba?) y/o algo de la historia del sujeto. De lo contrario, se ve como algo complicadas fórmulas están siendo sacados de la nada.

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erfink Puntos 131

"En el resto de apartados de este artículo analizaremos brevemente las diversas apariciones de la estabilidad y reducir los fenómenos en la geometría diferencial. Los resultados que presentamos son, para la mayor parte, no es nueva y que no proporcionan el detallado de las pruebas. (Estos se pueden encontrar en los documentos citados en nuestra lista de referencias). Lo que puede ser nuevo e interesante para los no expertos es una exposición de la estabilidad/pellizcar la filosofía que se encuentra detrás de los resultados básicos y métodos en el campo y que es muy rara vez (si alguna vez) presentado en la impresión. (Este común y lamentable hecho de la falta de una adecuada presentación de las ideas y motivaciones de casi cualquier teoría matemática es, probablemente, debido a la naturaleza binaria de la matemática de la percepción: o no tienes la menor idea de una idea o, una vez que se ha entendido, esta misma idea aparece tan vergonzosamente evidente que se sienten reacios a decirlo en voz alta; por otra parte, una vez que tu mente cambia desde el estado de la oscuridad a la luz, toda la memoria de la oscuridad estado se borra y se vuelve imposible concebir la existencia de otra mente para que [la] idea parece no obvio.)" --Mikhail Gromov, "Estabilidad" y presionar" p 64-65. Negrita cursiva agregada.

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Joe King Puntos 146

Desde un punto de vista de la lógica, de la verificación de una prueba es un sintáctica de negocios, también conocido como símbolo de empujar, mientras que la comprensión de una prueba es una semántica de la materia. No puedo resistir a dar un laico de la analogía como un aperitivo: Muchas personas pueden seguir una receta para hornear un pastel, pero no como muchos pueden diseñar la receta o saber cómo ajustar a hacer algo más.

Muchos de los mejores ejemplos de incluir la prueba de una declaración existencial que requiere la construcción de un complicado testimonio de ella. Usted puede estar familiarizado con la construcción de los reales a través de Dedekind cortes de racionales o a través de secuencias de Cauchy de racionales, y estas pruebas se puede comprobar fácilmente, paso por paso, cualquier estudiante que comprende básicos de matemáticas, pero, ¿cuántos estudiantes realmente entender estas construcciones? Que no saben es que el Dedekind corte enfoque se extiende a la realización de lineal órdenes, mientras que la secuencia de Cauchy enfoque se extiende a la finalización de la métrica espacios? ¿Tienen un poco de sentido de la maravilla que de ambas maneras suceder a producir el mismo resultado en el caso de la cumplimentación de los racionales?

En una vena similar, uno puede construir los números complejos, al definir el conjunto $C = \mathbb{R}^2$ con $+,·$ definido por $(a,b)+(c,d) = (a+c,b+d)$ e $(a,b)·(c,d) = (ac-bd,ad+bc)$, y, a continuación, comprobar que $(C,+,·,(0,0),(1,0))$ es un anillo y que $(a,b)·(\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}},-\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}}) = (1,0)$ por cada $(a,b) ∈ C ∖ \{(0,0)\}$. Pero en mi opinión, esta prueba debe sentir misterioso e insuficiente , a menos que usted realmente entender la motivación de estas definiciones y conocer la construcción a través de la extensión de campo (es decir, $R[X]/(X^2+1)R[X]$). Esto es porque no hay a priori ninguna razón en absoluto para las definiciones anteriores de $+,·$ hacer $·$ asociativa y distributiva de más de $+$, a menos que usted ya ha entendido que los reales puede ser extendido a un campo con algún elemento $i$ tal que $i^2+1 = 0$, y que el campo resultante debe ser un espacio vectorial sobre los reales con la dimensión de $2$, que en conjunto de la fuerza de $+,·$ a necesariamente obedecer esas definiciones! De lo contrario, sería totalmente en la oscuridad en cuanto a por qué esas definiciones deben trabajar, aunque se puede ver claramente que ellos hacen.

Estos son ejemplos de la matemática básica, pero espero que muestra cómo una declaración existencial podría tener una prueba de que no ofrece ninguna comprensión de la prueba, de la misma manera que se puede observar que la mezcla de pastel se eleva a hornear sin tener ni idea de por qué lo hace...

Como experiencia personal, hay una en particular, la prueba de que nunca me he sentido realmente me entiende, aunque tengo un asimiento sólido de la prueba formal de sí mismo: $ \def\pa{\text{PA}} $

Teorema: Vamos a $T = \pa + \{ \ c>1 \ , \ c>1+1 \ , \ c>1+1+1 \ , \ \cdots \ \}$, donde $c$ es una nueva constante de símbolos. A continuación, $T$ es conservador más de $\pa$.

Prueba: Tome cualquier aritmética sentencia de $Q$ tal que $\pa ⊬ Q$. A continuación, $\pa+¬Q$ es consistente y tiene un modelo (por integridad), que claramente finitely satisface $T+¬Q$, y, por tanto, $T+¬Q$ tiene un modelo (por compacidad). Por lo tanto $T ⊬ Q$.

Aunque estoy totalmente de entender la completitud y compacidad teoremas, yo de alguna manera no puede comprender intuitivamente cómo esta la prueba de que funciona. ¿Por qué debemos tener para invocar modelos? Puede que en lugar de mostrar directamente que cada prueba de aritmética $Q$ sobre $T$ se puede convertir en una prueba de $Q$ sobre $\pa$?

14voto

Xavier Nodet Puntos 2498

Doron Zeilberger la prueba de la alternancia de signo conjetura es quizás un caso extremo de esto. Él reclutó a un gran equipo de árbitros (88 al parecer) a cada uno de verificar una pequeña parte de la larga pero en lugar de modular la prueba. Una más corta y, presumiblemente, más conceptual, prueba más tarde fue dado por Kuperberg, y Zeilberger, a continuación, utiliza Kuperberg métodos para probar una versión refinada de la conjetura. No uno de los árbitros se podría decir para entender la prueba. Podría decirse que, Zeilberger no tienen una buena comprensión de por qué la conjetura era cierta, el pasado de los casi 100 pasos elementales, ya que la segunda prueba parece haber iluminado el conceptual conceptos, que conduce a una prueba de una declaración más fuerte.

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