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【转】盘点数学里十大不需要语言的证明

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当谈到复杂数学定理的证明时,很多人常常为之色变,认为这只是一个枯燥的公式堆砌和深奥的数学推导过程。这当然是一个让笔者感到纠结的误解。因为数学证明中包含的美丽与精巧实在是一道亮丽的风景线,而这种亮丽甚至不需要用语言来描述。所以我在这里盘点了数学里十大不需要语言的证明(proofs without words)。让读者在领略数学所包含的无与伦比的精巧之外,更从此爱上数学。
0. 勾股定理
这个大家小学就学过的古老定理,有着无数传奇故事。我可以很随意的写出她的10个不同的证明方法。而路明思(Elisha Scott Loomis)在 《毕达哥拉斯命题》( Pythagorean Proposition)提到这个定理的证明方式居然有367种之多,实在让人惊讶。这里给出一个不需要语言的证明方法。


1楼2015-08-23 12:01回复
    实际上勾股定理是余弦定理的一种特殊情况,而余弦定理的证明,同样可以不用语言。


    2楼2015-08-23 12:02
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      2026-02-28 02:49:37
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      1. 关于反正切的恒等式
      关于反正切,有如下两个很精彩的等式:
      arctan1/2+arctan1/3=π/4acrtan1+arctan2+arctan3=π
      它们的证明方法也同样精彩


      3楼2015-08-23 12:03
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        4楼2015-08-23 12:03
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          2. 几何平均值小于算术平均值
          这是不等式中最重要和基础的等式:

          它也可以通过图形来证明。

          注意到△ABC∽△DBA ,可以很轻松地得到AB=√ab。剩下的就显而易见了。
          3. 1+3+5+…+(2n-1)= n 2
          这是奇数的求和公式,下图是当n=8时的情形


          5楼2015-08-23 12:04
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            6楼2015-08-23 12:05
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              4. 平方数的求和公式


              7楼2015-08-23 12:06
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                5. 立方数的求和公式


                8楼2015-08-23 12:07
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                  2026-02-28 02:43:37
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                  6. 斐波那契数列的恒等式
                  可谓家喻户晓的斐波那契数列指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21 ……
                  这个数列从第三项开始,每一项都等于前两项之和, F n+1 = F n + F n-1 。
                  它的通项公式是

                  有趣的是,这样一个完全是自然数的数列,通项公式居然是用无理数来表达的。而且当n无穷大时 F n-1 / F n 越来越逼近黄金分割数0.618。正因为它的种种神奇性质,美国数学会甚至从1960年代起出版了《斐波纳契数列》季刊。关于斐波那契数列,有一个恒等式是这样的

                  这个等式很漂亮,不需要借助复杂的数学推导,它有一个很直观的证明方法


                  9楼2015-08-23 12:07
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                    7. 结果为1/3的一组分子式
                    下面是一组分子式,他们的结果都等于1/3 :


                    10楼2015-08-23 12:08
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                      8. 最受数学家喜爱的无字证明
                      1989 年的《美国数学月刊》(American Mathematical Monthly)上有一个貌似非常困难的数学问题:下图是由一个个小三角形组成的正六边形棋盘,现在请你用右边的三种(仅朝向不同的)菱形把整个棋盘全部摆满(图中只摆了其中一部分),证明当你摆满整个棋盘后,你所使用的每种菱形数量一定相同。

                      《美国数学月刊》提供了一个非常帅的“证明”。把每种菱形涂上一种颜色,整个图形瞬间有了立体感,看上去就成了一个个立方体在墙角堆叠起来的样子。三种菱形分别是从左侧、右侧、上方观察整个立体图形能够看到的面,它们的数目显然应该相等。


                      11楼2015-08-23 12:08
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                        资料来源:
                        mathoverflow
                        《意料之外的绞刑和其他数学娱乐》
                        《Proofs without words》


                        13楼2015-08-23 12:12
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