神奇的數(shù)學(xué)歸納法
大部分數(shù)學(xué)都是讓人昏昏欲睡,但是有一個點,其實很吸引人,那就是數(shù)學(xué)歸納法。因為它確實很神奇。
規(guī)則看上去很簡單,功能卻超乎常人想像:
基礎(chǔ)情況滿足
假設(shè) n 成立,可推出 n+1 成立,則全體滿足
如漢諾塔問題。從大到小堆疊的圓盤,保持大小順序關(guān)系,在三個柱子中的a柱移動到另一個柱子??瓷先ズ孟窨梢?,又好像很難,仔細琢磨還挺高難度的,因為實際完成的操作動作特別復(fù)雜。但是數(shù)學(xué)歸納法能夠證明其可行性。
一個圓盤時可以直接移動到另一個柱子
分割成兩部分,最后一個和之前的n個。假設(shè) n 個是可以移動到另一個柱子,那么可以證明 n+1 是能做到的:
首先將 n 移動到 abc編號的 b柱, a柱放著最后一個圓盤,因為基于假設(shè),這一步是可以做到的
將最后一個圓盤移到 c 柱
將 b 柱剩余圓盤移到 c 柱,基于假設(shè),n 是可以做到的,證明 n+1 完成。
因此,基于以上數(shù)學(xué)歸納法的技巧,就能證明漢諾塔確實可以移動。
為啥兩個這么簡單的條件,就能證明如此復(fù)雜的難題?數(shù)學(xué)歸納法為何能夠成立?
基礎(chǔ)條件簡單且容易一眼看穿。
第二步的證明很有藝術(shù)性,因為它實際上是一個高度抽象,n 推導(dǎo) n+1,這個 n 可以是集合的任何數(shù),也就是實際證明了基礎(chǔ)情況到某個 n 的過程是可以做到的,并且也證明了后續(xù)n+1...end 也是可以做到的。
也就是因為有這個推導(dǎo)結(jié)構(gòu),從而能證明整個空間都能滿足這個性質(zhì)。
具體過程:
1 : 1 0 0 -> 0 0 1
2 : 1 1?0 -> 0?1?1 -> 0 0?2
3 : 1 2?0 ->0 ?2 1?-> 0 0 3
4: 1 3 0 -> 0 3 1 -> 0 0 4
...
n: 1 f(n-1)?0 -> 0 f(n-1) 1 -> 0 0 n
...
不管上一步多么復(fù)雜,它最終也會回溯到f(1)這個最簡單的情況。既然 f(1)可以完成,當(dāng)前這一步永遠可以基于上一步將 n 堆疊到 b,然后按步驟搬運即可。
當(dāng)然上面的細節(jié)可能還需要補充,比如為什么可以永遠形成這個局面,會不會發(fā)生干涉,還有交換柱子編號等等。這些就交給專業(yè)人士來證明了。