反例在数学中的应用毕业论文.doc
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1、反例在数学中的应用北方民族大学学士学位论文 论文题目: 反例在数学中的应用 35毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提
2、交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者
3、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日反例在数学中的应用摘 要高等代数和数学分析是一门很重要的基础课程,对学生的数学思想的形成和后继课程的学习都有着十分重要的意义反例思想是数学中的重要思想,对概念的理解,命题的研究中都具有不可替代的作用恰当地运用反例,对于正确理解概念,培养学生的逻辑思维能力,将起着十分重
4、要的作用本文主要通过对高等代数和数学分析的学习,列举了课本中的反例,并用举反例的方法加强了对一些基本概念和基本定理的理解关键词:反例,高等代数,数学分析Application of counterexample in MathematicsAbstractHigher Algebra and Mathematical Analysis are important basic courses, its very important to the formation of mathematical thoughts of students and learning of the following
5、 coursesThe counterexample is an important thought in Mathematical, and it plays an irreplaceable role in the understanding of the concept, and natureThe proper use of counterexamples, for a correct understanding of the concept, and develop their logical thinking ability, will play a very important
6、roleThis paper mainly through the learning of Higher Algebra and Mathematical Analysis, lists the counterexamples in textbooks, and strengthen the understanding of basic concepts and geometrical theoremsKey Words: counterexample ,Higher Algebra, Mathematical Analysis目 录前 言1第一章高等代数中的反例21.1矩阵中的反例21.2多
7、项式中的反例81.3线性空间中的反例111.4线性变换中的反例12第二章数学分析中的反例142.1数列中的反例142.2函数中的反例152.3微商与微分中的反例192.4微积分中的反例202.5级数中的反例212.6偏导数与全微分中的反例25致 谢27参考文献28前 言“全等的三角形是相似的”这一命题是正确的,我们需要加以严格的证明;然而对于不正确的命题“相似的三角形一定是全等的”,那么我们就要找到两个相似但并不是全等的三角形,即举出一个反例由此看来,对于命题来说,给出证明和构造反例是同等重要的数学分析中包含了一套抽象且形式化的理论体系,概念难以理解,学习中容易犯一些表象的错误,比如,我们会将
8、一些函数的特定性质通过四则运算用到另一个函数上反例是解决此类问题最有效的方法由于数学分析思维的严谨性,定理性质的给出一般都带有一些限制条件,这些条件是不可忽视的恰当地使用反例,对于深入理解定理的条件,准确掌握概念的本质,可以起到无可比拟的作用此外,反例对于数学学科的理论发展和完善也起着非常重要的作用构造反例,可以深化理解基本概念,可以充分掌握定理的本质,可以有效纠正错误的命题或定理;通过构造反例,从反面消除一些易出错的条件,严格区分那些相近易混的概念,把握概念的要素和本质定理证明中,反例具有同等重要的作用,通过严密的证明才可以肯定一个命题的正确性,而反例即可否定一个命题的正确性这篇论文的主要内
9、容是举出关于数学中的反例,包括高等代数和数学分析两部分在举反例的过程中,所涉及到的定理和命题均参照高等代数第三版和数学分析第二版的教材,为了加强对问题的理解,我们举出了一些具有说明性的反例第一章 高等代数中的反例高等代数是数学专业的一门重要基础课程之一, 为进一步学习其他后续知识奠定了基础,它包括了对多项式、矩阵、线性空间、线性变换的学习下面列出在学习过程中遇到的需要用反例来判断命题或定理的正确性的例子1.1 矩阵中的反例矩阵是数学中应用广泛的极其重要的概念,在高等代数中,它占着十分重要的地位,它贯穿了整个高等代数的学习下面就列出矩阵的运算以及不同性质矩阵的之间的关系所运用的反例矩阵乘积中的反
10、例定义1.11 设, ,那么矩阵,其中,称为与的乘积,记为1. 我们知矩阵的加法满足交换律,而矩阵的乘法不适合交换律(1)有意义,当时,没有意义;(2)和都有意义,当时,它们乘积是阶数不等的矩阵;(3)和都是阶的例 取,则,故,即矩阵不适合乘法交换律2. 矩阵的乘法不满足消去律:,未必有例 取,显然,而3. 一般情况下,例 取,则,所以故并不是恒成立的只要,就有4. 定理 设和是数域上的两个矩阵,那么 那么,是否也成立?答案是不成立,存在反例例 阶矩阵,而,故不成立5. 阶矩阵,且,未必有例 当时,取,有 ,但是对称阵中的反例1. 对称阵之和仍为对称阵,对称阵之积未必是对称阵。例,则,不是对称
11、阵2. 实对称阵和对角阵相似,但和对角阵相似的未必对称例 取,有,即与相似,是对角阵,而不是对称阵3. 反对称矩阵是指满足条件的矩阵,那么反对称矩阵之积未必是反对称矩阵例 ,均为反对称矩阵而,当,时,是对称阵,但不是反对称矩阵正定阵中的反例1. 正定阵的和还是正定阵,但正定阵的差未必是正定阵例 ,都是正定阵,但不是正定阵2. 正定阵的积未必是正定阵例 ,都是正定阵而不是正定阵3. 是正定阵,则的主对角线上元素都大于零但反之不真例,都不是正定阵正交阵中的反例正交阵2是指满足条件的阶实数矩阵1. 我们知道正交阵之积仍为正交阵,那么正交阵之和是不是正交阵?例 以下两个阶矩阵,都是正交矩阵,因为,但而
12、所以正交阵的和不一定是正交阵2. 若是正交阵,则,但反之不真例 ,而,都不是正交阵等价矩阵、合同矩阵、相似矩阵定义1.2 设是数域上两个级矩阵,如果可以找到数域上的级可逆矩阵,使得,就说相似于定义1.3 矩阵与称为等价的,如果可以由经过一系列初等变换得到定义1.4 数域上矩阵,成为合同的,如果有数域上可逆的矩阵,使1. 合同矩阵一定是等价矩阵,但反之不真例 取与等价,因为假设与合同,即存在可逆矩阵,使得设,则,故则,(矛盾),故不存在可逆阵,则与不是合同的2. 相似矩阵一等是等价矩阵,但反之不真例 仍取则与等价若与相似,则存在可逆阵,使得,又,故与不相似3. 相似矩阵未必合同例, 则取,可得,
13、即与相似假设与合同,设则那么;整理得,;(矛盾),故与不合同4. 合同矩阵未必相似例 取,故与合同又,则与不相似5. 可逆,则有与相似,但反之不真例 ,显然,有与相似,而不存在逆矩阵1.2 多项式中的反例多项式是代数学中最基本的对象之一,在进一步学习其他数学科目时也能遇到,本章主要讨论数域上的一元多项式,并举出有关反例1定理 如果,那么就能整的组合,即反之不真即能整除的组合,未必能整除每一个例 令 而 , , 显然 ,但 定义1.5 数域上次数的多项式称为域上的不可约多项式,如果它不能表示成数域上的两个次数比的次数低的多项式的乘积2不可约多项式,则有或是不可约多项式的限制是有必要的,否则即可举
14、出反例:例 令 显然有 但 ,定义1.6 不可约多项式称为多项式的重因式,如果,而3若不可约多项式是的重因式(),则是的重因式反之不真例 令 则 是的2重因式,但不是的3重因式,事实,就不是的重因式定义1.7 如果一个非零的整系数多项式的系数没有异于的公因子,也就是说,它们是互素的,它就称为一个本原多项式4本原多项式不一定是不可约的例 是本原多项式,但,是可约的5设,是整系数多项式,且是本原的,若,其中是有理系数多项式,则一定是整系数的我们说,限制为本原的条件不可少,否则就可能有不是整系数的例 取,而那么6爱森斯坦判别法:当是一个整系数多项式,存在一个素数使得);)那么在有理数域上是不可约的但
15、是当找不到这样的素数,我们能不能就说是可约的答案是不能的,如有反例例 令 ,对来说找不到满足条件的素数,但是可约,不可约1.3 线性空间中的反例线性相关性定义1.5 线性空间中向量称为线性相关,如果数域中有个不全为零的数,使1. 不能由线性表示,是否一定线性无关?例 ,明显的是不能由线性表出,然而线性相关2. 若线性无关,则其中任意两个不同的向量必定线性无关,反之如何?即两两线性无关,是否全部线性无关?例 ,这里任意两向量线性无关可是,即线性相关所以,两两线性无关,不一定全部线性无关子空间3. 子空间的直和都是和,而子空间的和未必是直和例 ,是实数域,显然 对任意的,只要,就是两种不同的表示方
16、法所以,不是直和1.4 线性变换中的反例1. 线性变换把线性相关的向量组变为线性相关的向量组,但反之不真例 变换就把线性无关的向量组变为线性相关的向量组2. 线性变换的乘法不满足交换律 例 在实数域上的线性空间中,线性变换的乘积,而一般说来为单位变换(恒等变换)3. 线性变换乘积的指数法则不成立,即一般来说,例 线性变换,取,则,;即成立4. 相似矩阵有相同的特征多项式,但反之不真例 ,即有相同的特征的多项式,可是与不相似,这是因为这就是说,只能与相似定义1.6 设是数域上线性空间的线性变换,是的子空间如果中的向量在下的像仍在中,我们就称是的不变子空间,简称子空间5. ,是线性空间的线性变换若
17、,则,都是子空间,同样,是子空间,反之不真例 是数域而 都是线性变换易知 , 都是子空间; , 都是子空间可是 因而第二章 数学分析中的反例数学分析也是数学专业的一门重要基础课之一, 是进一步学习数学其他课程的基础它是一门逻辑性很强的课程,它有许多重要的概念都是用抽象的数学语言来描述的, 在学习过程中很难理解其中含义, 因此在学习中经常使用反例来理解学习中时常出现的错误, 充分理解一些定理和概念这部分对课本中容易出现错误的概念和定理用反例来加深理解和学习2.1 数列中的反例1. 定理3:设,则););)那么,对于两个发散的数列,是否有:(1)之和发散;(2)之积发散,(3)其商发散?答案是不成
18、立,有反例可以说明例如,(1),因为,则发散的,是发散的但是数列却是收敛的(2),这两个数列都是发散的,但是数列却是收敛的(3),这两个数列都发散,但是是收敛的。2. 定理 有极限存在的数列必有界反之不真,存在反例例 数列 数列在0和2之间跳动,但当时,并不能接近于一个常数,因此极限并不存在3. 定理 单调上升(下降)有上(下)界的数列必有极限存在然而,收敛数列单调有界,是否成立呢?不成立,存在反例:收敛但是不单调的数列例 ,其极限,但是对于任意正整数,都有,即,所以,数列并不单调4. 若,反之是否成立?反之不成立,例如,但是不存在5. 若收敛,是否 就收敛?不能断定,存在反例例如,收敛,但是
19、发散6. 若,中一个是收敛数列,一个是发散数列,那么和是否也是发散数列例 取 ,则 ,故和是收敛数列2.2 函数中的反例函数的极限1. 定义2. 14 设在点附近(除点外)有定义, 是一定数若对任意给定的,存在 ,当时, 有, 则称是当趋于的极限(1)我们会认为如果在点处有极限, 在就有定义根据定义:在点附近(除点外)有定义,这说明函数 在是否存在极限与函数在处是否有定义无关例 在处虽然无定义,但在处无定义, 但极限是存在的(2)若在处有定义, 但在处的极限与在处的函数值无关例 ,尽管在处有定义,但在时极限不存在(3)在函数极限定义中将改为,是否有?结论是不成立的例 ,则,当时, 总有成立,但
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