以前は同値記号⇔をよく使っていました.
学生の頃は一切使っておらずでしたが,この仕事について初めて使うようになりました.
何も考えずに使っている時期もありましたが,よくなかったなぁ,と反省しています.
当時は,条件と命題の違いも言語化できていなかったのではないか,と思うほどです.
今回は,生徒の答案を見て思ったことをもとに,ちょっと整理しておこうかなと思って書いています.
証明するのは「命題」.
「命題」は,真偽が確定するような数学的な文章(意味をなしていないものはダメ).
xは実数とする.x≧3において,x^2-2x-1>0が成り立つことを示せ.
という問題を出されたら,示すのは何でしょう?
「x^2-2x-1>0」ではないですよ!
だって,これは,「条件」ですから.
「条件」は,変数を含んでいて,「全体集合」に含まれるものを変数に代入したら「命題」になるもの.
全体集合があって初めて条件なんですね.
全体集合をU={x | x≧3}として,xに関する「x^2-2x-1>0」という“条件”を考えていることになります.
証明する(“真”であると論証する)のは,
「x∈Uを満たすすべてのxでx^2-2x-1>0が成り立つ」
という“命題”です.
「x∈Uを満たすすべてのxで」が付いていると,xに何か代入するもの(条件)ではなく,真偽が確定するもの(命題)になるのです.
「あらゆるxを代入して,必ず真になるか?」という問いが真か偽か,答えるからです.
また,同値記号⇔は,「必要十分条件」という言葉からも分かるように,“条件”と“条件”をつなぐものです.そのさい,全体集合Uは固定されていることに注意です!
(証明例)
U={x | x≧3}とする.x∈Uについて
x^2-2x-1>0 ⇔ (x-1)^2-2>0
⇔ x>1+√2 ⇔ x≧3
であるから,“命題”「x≧3において,x^2-2x-1>0が成り立つ」は真である.
だから,x∈Uについて,
・x-1>0だから, (x-1)^2-2>0 ⇔ x>1+√2
・1+√2≦3だから, x>1+√2 ⇔ x≧3
となるのです.
極端な例では,次のような同値変形も可能です.
0≦x≦πにおいて,
0≦sin x≦1 ⇔ -1≦sin x≦1 ⇔ -20≦sin x≦100
また,
x∈Uを満たすすべてのxで x^2-2x-1>0 が成り立つ
⇔ x∈Uを満たすすべてのxで (x-1)^2-2>0 が成り立つ
⇔ x∈Uを満たすすべてのxで x>1+√2 が成り立つ
⇔ x∈Uを満たすすべてのxで x≧3 が成り立つ
と書いてはダメですよ!
丁寧に書いたつもりでも,“命題”と“命題”を同値記号⇔でつないじゃってますから!
もちろん,
「見えない文字があって,その文字に関する条件なんだ!」
と主張することは可能ですが,それなら,その文字と,文字に代入できるものを表す全体集合を明示しましょうね!
この観点だけで書かれた稀有な本(賛否両論ですけど)
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