你想出来了,不等于你能拿到分。竞赛和考试里,会做却写不清、被扣分,是最冤的一种死法。这一章谈怎样把思路写成别人读得懂的证明:证明,本身是一种写作。

它是一种很特别的文体。别的文章想打动人,证明只想让人不得不服——读它的是一个挑剔的、随时准备问"凭什么"的怀疑者,你要堵死他每一个"凭什么"。从"我觉得对“到”因此必然如此",中间隔着的,就是这种文体的全部讲究。


一、先看一个反例:什么叫"写得不让人服气"

要证: 两个奇数之和是偶数。

潦草的写法: “奇数加奇数当然是偶数嘛。你看 \(3+5=8\),\(7+9=16\),都是偶数,所以成立。”

这段错在哪?它读起来"挺有道理",但一个怀疑者会立刻反问:

  1. 举例不是证明。 你验了 \(3+5\)、\(7+9\),那 \(999+1001\) 呢?无穷多对奇数你验得完吗?举例只能证伪(找反例),不能证真。 这是新手第一大坑。
  2. “当然"“嘛"是耍赖。 你没说出"为什么”,只是把"凭什么"用语气糊过去了。

现在看让人服气的写法。


二、同一道题,写得让人服气

证明: 设两个奇数为 \(m\) 和 \(n\)。 由奇数的定义,存在整数 \(a,b\),使 \(m=2a+1\),\(n=2b+1\)。 于是

$$m+n=(2a+1)+(2b+1)=2a+2b+2=2(a+b+1).$$

因为 \(a+b+1\) 是整数,所以 \(m+n\) 是 2 的整数倍,即偶数。证毕。

对比一下,让人服气的写法多做了四件事:

  1. 先安顿对象:开头一句"设两个奇数为 \(m,n\)",把要谈的东西命名、摆好。
  2. 搬出定义:“由奇数的定义……\(m=2a+1\)"——不靠直觉,靠定义把"奇数"翻译成能算的式子。
  3. 每一步都接得上:从 \(m,n\) 到 \(m+n=2(a+b+1)\),每个等号都是上一行直接推来的,怀疑者插不进嘴。
  4. 干净收尾:“因为……所以……是偶数。证毕。” 回到要证的结论,画上句号。

这就是从"我觉得"到"因此"的全部差别:不是更聪明,是每一步都把"凭什么"提前回答了。


三、写证明的几条硬规矩

把上面拆成你下笔时能照做的规矩:

  1. 先设、先声明,再推导。 出场的每个字母都要先"设"清楚是什么(“设 \(n\) 为正整数"“记最大的数为 \(M\)")。读者不该猜你的符号指什么。
  2. 每一步都给依据。 你写"所以 \(x>0\)",心里要能答上"凭哪条”。依据无非几种:题目条件、定义、已证的步骤、公认定理。第 3 章那个"显然”,自己写时尽量摊开。
  3. 逻辑词用准。
    • “因为……所以……““于是"“故"“因此”:表示前面推出了后面,方向是单向的。
    • 当且仅当":两个方向都要证(第 3 章的双开门)。
    • 不妨设":用前先确认对称,交换对象题目不变(第 3、10 章)。
  4. 分类讨论要"不重不漏”。 分了几种情况,就要保证:每种都处理到(不漏),且合起来恰好盖满所有可能(第 12 章的精神)。常见失分:漏掉等号那一档、漏掉为零或为负的边界。
  5. 几种证法有固定的开场白,照格式走最稳:
    • 反证法(第 7 章):开头”假设结论不成立,即……",结尾”……矛盾,故原命题成立”。
    • 数学归纳法(第 2 章):先写”\(n=1\) 时……"(奠基),再写”假设 \(n=k\) 时成立,则 \(n=k+1\) 时……"(递推)。
    • 构造法(第 9 章):先”构造如下:……",再逐条验"它满足每个要求”。
  6. 结尾回扣结论,画句号。 写一句"即证得……“或"证毕”(也写作 \(\blacksquare\)、Q.E.D.)。让批卷人一眼看到你确实抵达了终点,而不是半路停笔。

四、严谨,但别啰嗦

新手听完"每步给依据",容易矫枉过正,把 \(1+1=2\) 都注释一遍,反而把关键步淹没了。分寸在这里:

  • 真正的关键步——那个"注意到"、那条辅助线、那次配方——要写足、写透。 这是整道题的命脉,多写几句不嫌多。
  • 纯属常识的算术、移项,可以一步带过。 这种地方写"显然"或直接给结果,怀疑者也不会反对。

判断标准很简单:问自己"一个挑剔但讲理的人,会在这一步喊停问’凭什么’吗?" 会,就写清楚;不会,就放它过去。 好证明跟好文章一个道理(这是你的本行)——该详则详,该略则略,详略由读者的疑问决定,而不是由你想炫耀的多少决定。 修辞立其诚,证明立其严。


这一章要带走的东西:

  • 证明是一种文体,读者是挑剔的怀疑者,目标是堵死每一个"凭什么"。
  • 举例只能证伪、不能证真;“当然"“嘛"是耍赖。
  • 硬规矩:先设后推、每步给依据、逻辑词用准、分类不重不漏、按证法格式开场、结尾回扣写"证毕”。
  • 详略由读者的疑问决定:关键步写透,常识步带过。严谨但不啰嗦。

就这样。


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