谈谈数学上的推广
撰文/大罕
楼主在审稿的过程中,看到一个现象:一些作者热衷于将定理加以推广。由于这样的稿件较多,所以有必要谈谈个人对推广的看法。
推广是坏事吗?当然不是,恰恰相反,它是非常好的事情,因为它是数学发展的源泉之一。这样的事例在数学中是举不胜举的。
定理的推广,或者是现实生活的需要,或者是数学内部的需要。这样的推广,才是本质上的推广。以数的概念的推广为例,从自然数到有理数,从有理数到实数,都是现实生活的需要,而从实数到复数的推广,则是因为数学内部的需要。又如,在研究平面闭折线的过程中,笔者将多边形的内角和公式f(n)=(n-3)π推广到任意闭折线的有向顶角和σ(n)=(n-t)π
(t为有向闭折线的环数),熊曾润教授将平面几何中的许多经典定理如西摩松定理、来莫恩定理推广到平面闭折线中去,特别是将三角形的“心”推广到空间闭折线中去,创立了内外p号心的概念,这些工作都是数学本身的需要。
数学既是智慧的结晶,也是天然的尤物。数学定理、公式,以和谐、对称、简捷、深刻而著称于世,有人形容它们象诗一样美丽动人。有些数学成果,特别是初等数学的成果,它对数学的发展并不起作用,但可供人们欣赏和玩味。这样的数学仍然称得上好的数学。但是,如果因为我们的推广,破坏这种美感,那就是非常不可取的事情。
例如有这样一个不等式:
设xi>0,i=1,2,3, ∑xi=1,
则∑1/(1+xi2)≤27/10.
这个不等式是非常优美的。但如果有人把它推广成:
设xi>0,i=1,2,3,…, ∑xi=1,
则∑1/[(2λ+5)+λ2xi2]≤[3n+λ(n-1)]/2(2+λ)2.
大家看看,推广后的不等式是不是怪模怪样的?原来的美感呢,荡然无存!
同时,我们又收到这样的稿件,眼睛并没有钉着推广,而是另辟溪径,对其正本清源,拨云驱雾,揭示庐山真面目。原来,这一类不等式盖源于:在xi>0,i=1,2,3,
…,
∑xi=m的条件下,欲证不等式∑g(xi)≤k(≥k).成立,只需构造函数f(x)=g(x)-(ax+b)且使f(m/n)=0,f,
(m/n)=0(m/n为不等式取等号的平衡值),从而确定a、b,即可得出一个0i)≤ma+nb(或∑g(xi)≥ma+nb.)。这样的工作是值得称道的。
又如,瓦西列夫给出了不等式:
设a,b,c>0,a+b+c=1,则
(a2+b)/(b+c)+(b2+c)/(c+a)+(c2+a)/(a+b)≥2,
彼得罗夫给出了如下不等式:
设a,b,c>0,a+b+c=1,则
√(ab/ab+c)+ √(bc/bc+a)+
√(ca/ca+b)≤3/2.
这两个不等式优美和谐,令人拍案叫绝。而有些人在欣赏之余试图将它们加以推广,无非是增元、升幂、加权,这样做,把一个好端端的不等式弄得臃肿不堪面目可憎,何苦来着?!当然,作为练兵是可以的,如果拿来发表,那就值得考虑了。
推广要有度。节而无度,一味追求新奇险,就有钻死胡同之嫌。例如不等式:
△ABC中,cosAcosBcosC≤1/8是大家熟知的。倘若推广到:
△ABC中,对λ≥0,有cosAcosBcos(C+λ)≤(1+λ)2/8,仍不失优美。
如果进一步推广为:
△ABC中,对λ≥0及正奇数m、n,有,cosnAcosnBcosn(C+λ)≤[mmnn/2n(m+n)m+n](1+λ)m+n
,这样怪异繁复,就没有什么意思了。
从上例可以看出,如果推广结果不失优美或者推广方法具有一般性,仍然是可取的。例如,有人将彼得瓦西列夫不等式推广为:
设a,b,c>0,a+b+c=1,则
(λa2+b)/(b+c)+(λb2+c)/(c+a)+(λc2+a)/(a+b)≥(λ+3)/2
这个推广节而有度,给人以美的享受,仍值得肯定。
相比之下,发现比推广是更难的事情。因为发现需要个人独具慧眼,而推广往往只需要灵机一动。作为写作上的新手,也许认为推广是可以走的一条捷径。须知推广比创造更难受到人们的承认。
慎重推广,欢迎原创!
(本文首发在数学通讯论坛上.作者是该杂志的编委.)
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