中学里学了恒等式,例如下图的等式就是一个恒等式。
用x=1代入,两边都得0;x=2,两边都得1;x=3,两边都得4。
这样举了三个例子之后,能不能肯定式上面的等式是恒等式呢?
所谓恒等式,就是要求x取所有数值时等号两边都相等。才验证了三个x的值,怎么能断定它一定恒等呢?
其实,这三个实例已经证明了上式是恒等式。道理是:如果它不是恒等式,它一定是二次或一次方程,而这种方程不可能有三个根。现在1,2,3都是“根”,说明它不是方程而是恒等式。
在这个具体问题,演绎推理支持了归纳推理。我们用数学上的演绎法证明了归纳法的有效性。
一般说来,代数恒等式的检验都可以用举例子的方法。不过,高次,高次的和多元的等式,要用更多的例子罢了。
更为了有趣的是,有些代数恒等式用一个例子也能解决问题。
例如,在开篇的等式中取x=10代入,两边都是81,这就已经证明了它是恒等式。
为什么呢?请看下面利用不等式来说明:
如果不是恒等式就可以整理成一个二次或一次方程:
$ax^2+bx+c=0$
而且a,b,c都是绝对值不大于6的整数。这是因为左边展开后至多只有4项,每项系数都是±1,右端系数绝对值最大是2。
如果我们用x=10代入后,得到:
$100a+10b+c=0$
因而
$|100a|=|10b+c|=0$
可是由于a,b,c是绝对值不大于6的整数,所以必须a=0。从而得到,
$|10b+c|=0$
因而,
$|10b|=|c|=0$
所以又有b=0,进而c=0,这就证明开篇的式子是恒等式。
这个方法也适用于检验高次的多变元的代数等式是不是恒等式 。只用一个例子就可以。当次数越高,变元越多时,例子所涉及的的数值就越大。
这些事实表明:在数学王国的某些角落里里,归纳法可以有效地证明一般性的命题,甚至可以用一个特例证明一般的命题。归纳法的这种力量,是由演绎推理证明的!
【附】图说开篇恒等式:
$\left(x-1\right)^2=x^2-2x+1$