Discussion:
Gültigkeit einer Herleitung
(zu alt für eine Antwort)
Roman Töngi
2008-02-27 15:29:03 UTC
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Die geschlossene Form einer aritmethischen Reihe ist ja:

S_n = 1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2

Dies kann man z.B. folgendermassen herleiten:

S_n + S_n = 1 + 2 + ... + n
+ n + n-1 + ... + 1

= (n+1)+(n+1)+ ... + (n+1) (n Summanden)
= n(n+1)

2*S_n = n*(n+1) <-> S_n = n*(n+1)/2


Meine Frage nun:

Diese Formel lässt sich einfach mit vollständiger Induktion beweisen,
aber ist dies überhaupt nötig?

Gilt die obige, folgerichtige, algebraische Herleitung tatsächlich als Beweis?
Die Auslassung lassen sich ja auch mit der Sigma-Notation vermeiden, falls diese
das Problem wären, wobei dies ja auch nur eine implizite Darstellung ist und keine
Verbesserung darstellt, oder?

Falls vollstängige Induktion nötig ist, hat es damit zu tun, dass man sich bei
der Induktion nur auf geschlossene Formeln abstützen kann?
Habe also prinzipielle Probleme.





Vielen Dank
Johannes Kloos
2008-02-27 16:18:03 UTC
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Hallo Roman,
Post by Roman Töngi
S_n = 1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2
S_n + S_n = 1 + 2 + ... + n
+ n + n-1 + ... + 1
= (n+1)+(n+1)+ ... + (n+1) (n Summanden)
= n(n+1)
2*S_n = n*(n+1) <-> S_n = n*(n+1)/2
Gilt die obige, folgerichtige, algebraische Herleitung tatsächlich als Beweis?
Die Auslassung lassen sich ja auch mit der Sigma-Notation vermeiden, falls diese
das Problem wären, wobei dies ja auch nur eine implizite Darstellung ist und keine
Verbesserung darstellt, oder?
Na ja, Knuth macht das genau so. Die Induktion wäre nur ein weiterer
Nachweis.

Gruß
Johannes
Joachim Mohr
2008-02-27 16:42:53 UTC
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Post by Roman Töngi
S_n = 1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2
S_n + S_n = 1 + 2 + ... + n
+ n + n-1 + ... + 1
= (n+1)+(n+1)+ ... + (n+1) (n Summanden)
= n(n+1)
Dieser Beweis ist einleuchtend. Man kann aber so
keinen formalisierten Beweis (in einer formalen Sprache
und formalen Prädikatenlogik) schreiben.

Stelle Dir vor, du müßtest einen Computer so programmiert,
dass er Beweise nachvollziehen kann, dann dürfte Dir
die Pünkten "..." erhebliche Schwierigleiten machen.

Mit vollständiger Induktion ist ein syntaktisch
korrekter Beweis möglich.

Oder etwas anders ausgedrückt.
Ein Computerprogramm kann folgendes nicht
ausrechen.

n=100
x=1+2+...+n

Er wird folgendermaßen programmiert.
n=100
x=0
i=1
Wiederhole
x = x + i
solange bis i=n

MFG Joachim

P.S. In

http://delphi.zsg-rottenburg.de/vollstind.html

findest Du Einwände (und Deine Frage ist ja mehr
als berechtigt) gegen die
vollständige Induktion in diesen Fällen.
--
Joachim Mohr Tübingen
http://www.joachimmohr.de/neu.html
Christopher Creutzig
2008-02-28 21:14:26 UTC
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Post by Joachim Mohr
Stelle Dir vor, du müßtest einen Computer so programmiert,
dass er Beweise nachvollziehen kann, dann dürfte Dir
die Pünkten "..." erhebliche Schwierigleiten machen.
Das geht natürlich auch ganz ohne Pünktchen:

sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)

==>
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i, 1 <= i <= n))/2
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)

Nicht unbedingt auf dem Level der Peano-Arithmetik, aber stimmt daran
irgendetwas formal nicht? (Dass ich Dinge wie die komponentenweise
Addition gleichlanger Summen benutzt habe, die ihrerseits per Induktion
bewiesen werden, ist eine ganz andere Sache.)
Post by Joachim Mohr
Oder etwas anders ausgedrückt.
Ein Computerprogramm kann folgendes nicht
ausrechen.
n=100
x=1+2+...+n
Sagen wir mal: Es ist nicht eindeutig zu parsen. Natürlich kann ein
Computerprogramm so etwas wie sum(i, i=1..n) berechnen.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Joachim Mohr
2008-02-29 07:23:12 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Stelle Dir vor, du müßtest einen Computer so programmiert,
dass er Beweise nachvollziehen kann, dann dürfte Dir
die Pünkten "..." erhebliche Schwierigleiten machen.
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
==>
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i, 1 <= i <= n))/2
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)
Nicht unbedingt auf dem Level der Peano-Arithmetik, aber stimmt daran
irgendetwas formal nicht? (Dass ich Dinge wie die komponentenweise
Addition gleichlanger Summen benutzt habe, die ihrerseits per Induktion
bewiesen werden, ist eine ganz andere Sache.)
Also doch: Vollständige Induktion!
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Oder etwas anders ausgedrückt.
Ein Computerprogramm kann folgendes nicht
ausrechen.
n=100
x=1+2+...+n
Sagen wir mal: Es ist nicht eindeutig zu parsen. Natürlich kann ein
Computerprogramm so etwas wie sum(i, i=1..n) berechnen.
Iterativ:

n=100
x=0
i=1
Wiederhole
x = x + i
solange bis i=n

i=1
x_1=1
i=2
x_2=1+2=3
i=3
x_3=3+3
...
i=n
x_n=x_(n-1) + n

Kein Beweis für x_n = 1 + 2 +3 + .... + n


oder rekursiv mit gedachten Pünktchen:

funktion summe(bis n):
Rechnung: wenn n= 1 dann Ergebnis 1
sonst Ergebnis = summe(n-1) + n

Hier steckt die Induktion per Definition drin.

Andere Frage: Wie beweist Du die Formel;
1^11 + 2^11 + 3^11 ... + n^11
= (1/12*n^11 + 1/2*n^10 + 11/12*n^9 - 11/8*n^7
+ 11/6*n^5 - 11/8*n^3 + 5/12*n)*n

MFG Joachim
--
Joachim Mohr Tübingen
http://www.joachimmohr.de/neu.html
Joachim Mohr
2008-02-29 07:42:46 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Stelle Dir vor, du müßtest einen Computer so programmiert,
dass er Beweise nachvollziehen kann, dann dürfte Dir
die Pünkten "..." erhebliche Schwierigleiten machen.
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
==>
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i, 1 <= i <= n))/2
Schreibfehler? ^(n-i+1)
Post by Christopher Creutzig
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)
Das ist ein semantischer Beweis (leicht abgeänder wie der von Raman).
Die bedeutung von sum(i, 1 <= i <= n) als Summe 1 + 2 + ... n
brauchst Du dafür. Formuliere Deinen Beweis mal nur syntaktisch
(nur nach nach Deduktionsregeln). Ich nehme an, das wird Dir
nicht gelingen. (
Post by Christopher Creutzig
Nicht unbedingt auf dem Level der Peano-Arithmetik, aber stimmt daran
irgendetwas formal nicht? (Dass ich Dinge wie die komponentenweise
Addition gleichlanger Summen benutzt habe, die ihrerseits per Induktion
bewiesen werden, ist eine ganz andere Sache.)
Post by Joachim Mohr
Oder etwas anders ausgedrückt.
Ein Computerprogramm kann folgendes nicht
ausrechen.
n=100
x=1+2+...+n
Sagen wir mal: Es ist nicht eindeutig zu parsen. Natürlich kann ein
Computerprogramm so etwas wie sum(i, i=1..n) berechnen.
Iterativ:

n=100
x=0
i=1
Wiederhole
x = x + i
solange bis i=n

i=1
x_1=1
i=2
x_2=1+2=3
i=3
x_3=3+3
...
i=n
x_n=x_(n-1) + n

Kein Beweis für x_n = 1 + 2 +3 + .... + n


oder rekursiv mit gedachten Pünktchen:

funktion summe(bis n):
Rechnung: wenn n= 1 dann Ergebnis 1
sonst Ergebnis = summe(n-1) + n

Hier steckt die Induktion per Definition drin.

Andere Frage: Wie beweist Du die Formel;

1^19+2^19+3^19+ ... + n^19
=1/20*n^20 + 1/2*n^19 + 19/12*n^18
- 323/40*n^16 + 323/7*n^14 - 4199/20*n^12
+ 4199/6*n^10 - 223193/140*n^8 + 2261*n^6
- 68723/40*n^4 + 43867/84*n^2


MFG Joachim
--
Joachim Mohr Tübingen
http://www.joachimmohr.de/neu.html
Christopher Creutzig
2008-02-29 23:45:35 UTC
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Post by Joachim Mohr
Post by Christopher Creutzig
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i, 1 <= i <= n))/2
Schreibfehler? ^(n-i+1)
Post by Christopher Creutzig
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)
Das ist ein semantischer Beweis (leicht abgeänder wie der von Raman).
Die bedeutung von sum(i, 1 <= i <= n) als Summe 1 + 2 + ... n
brauchst Du dafür. Formuliere Deinen Beweis mal nur syntaktisch
(nur nach nach Deduktionsregeln). Ich nehme an, das wird Dir
nicht gelingen. (
Wieso? Meine Regeln beinhalten natürlich so Dinge wie sum(f(i),
a<=i<=b) + sum(g(i), a<=i<=b) = sum(f(i)+g(i),a<=i<=b). Eine
Interpretation als g(a)+...+g(b) brauche ich dafür in keinster Weise,
allenfalls für die letzte Zeile, und auch da nicht wirklich, da brauche
ich eigentlich nur die Regel sum(f, a<=i<=b) = (b-a+1)*f für von i
unabhängiges f. Rein syntaktische Manipulation, ohne jede Semantik.
Post by Joachim Mohr
Post by Christopher Creutzig
Sagen wir mal: Es ist nicht eindeutig zu parsen. Natürlich kann ein
Computerprogramm so etwas wie sum(i, i=1..n) berechnen.
Ich meinte als abstrakte Formel mit unbekanntem n.
Post by Joachim Mohr
Andere Frage: Wie beweist Du die Formel;
1^19+2^19+3^19+ ... + n^19
=1/20*n^20 + 1/2*n^19 + 19/12*n^18
- 323/40*n^16 + 323/7*n^14 - 4199/20*n^12
+ 4199/6*n^10 - 223193/140*n^8 + 2261*n^6
- 68723/40*n^4 + 43867/84*n^2
Per Interpolation. Ich erinnere mich nur spontan nicht mehr an den
Beweis, warum sowieso nur ein Polynom vom Grad <= 20 in Frage kommt.

Ansonsten: n^19 ist im Rahmen der Summationstheorie hypergeometrisch
und durch die Algorithmen von Gosper und Zeilberger problemlos
abgedeckt. Da purzelt das Ergebnis dann unten heraus, ohne vorher diese
Form zu kennen.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Joachim Mohr
2008-03-01 07:53:54 UTC
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Post by Christopher Creutzig
Wieso? Meine Regeln beinhalten natürlich so Dinge wie sum(f(i),
a<=i<=b) + sum(g(i), a<=i<=b) = sum(f(i)+g(i),a<=i<=b). Eine
Interpretation als g(a)+...+g(b) brauche ich dafür in keinster Weise,
allenfalls für die letzte Zeile, und auch da nicht wirklich, da brauche
ich eigentlich nur die Regel sum(f, a<=i<=b) = (b-a+1)*f für von i
unabhängiges f. Rein syntaktische Manipulation, ohne jede Semantik.
Wie iste es mit
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)

Wie beweist Du diese Formel ohne Induktion?

Für mich ist
sum(i, 1 <= i <= n) = 1 + 2 + 3 + ... + n
und
sum(n-i+1, 1 <= i <= n) = n + (n-1) + ... + 1

MFG Joachim
--
Joachim Mohr Tübingen
http://www.joachimmohr.de/neu.html
Joachim Mohr
2008-03-01 10:03:32 UTC
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Post by Christopher Creutzig
Wieso? Meine Regeln beinhalten natürlich so Dinge wie sum(f(i),
a<=i<=b) + sum(g(i), a<=i<=b) = sum(f(i)+g(i),a<=i<=b). Eine
Interpretation als g(a)+...+g(b) brauche ich dafür in keinster Weise,
allenfalls für die letzte Zeile, und auch da nicht wirklich, da brauche
ich eigentlich nur die Regel sum(f, a<=i<=b) = (b-a+1)*f für von i
unabhängiges f. Rein syntaktische Manipulation, ohne jede Semantik.
Wie iste es mit
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)

Wie beweist Du diese Formel ohne Induktion?

Für mich ist intuitiv
sum(i, 1 <= i <= n) = 1 + 2 + 3 + ... + n
und
sum(n-i+1, 1 <= i <= n) = n + (n-1) + ... + 1

Aber formal:

sum(i,1<=i<=n) = 1 für n=1, sonst sum(i,1<=i<=n) = sum(i,1<=i<=n-1) + n
sum(n-i+1, 1 <= i <= n) = ???

MFG Joachim
--
Joachim Mohr Tübingen
http://www.joachimmohr.de/neu.html
Christopher Creutzig
2008-03-01 21:11:51 UTC
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Post by Joachim Mohr
Wie iste es mit
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
Wie beweist Du diese Formel ohne Induktion?
Das „Problem“, dass mehrere der verwendeten Umformungen ihrerseits
mindestens naheliegenderweise per VI bewiesen werden, hatte ich bereits
in meinem ersten Beitrag in diesem Thread erwähnt.
Post by Joachim Mohr
sum(i,1<=i<=n) = 1 für n=1, sonst sum(i,1<=i<=n) = sum(i,1<=i<=n-1) + n
sum(n-i+1, 1 <= i <= n) = ???
Für n>1:
n + sum(n-i+1, 2 <= i <= n) = n + sum(n-(i+1)+1, 2 <= i+1 <= n)
= n + sum((n-1)-i+1, 1 <= i <= n-1).

Natürlich läuft das auf eine Induktion hinaus. Was allerdings ohne
Induktion funktioniert, ist, direkt zu zeigen, dass i -> n-i+1 eine
Permutation der Menge {i | 1 <= i <= n} ist. Ich brauche ja nur die
Umkehrfunktion anzugeben, und das ist in diesem Fall nicht wirklich
schwierig, und zu zeigen, dass der Bildbereich der Funktion die
gewünschte Menge ist. Dank Monotonie ist auch das kein großer Akt. Dass
endliche Summen umsortiert werden dürfen, wird zwar per VI bewiesen,
aber irgendwo sollte ich mich dann doch auf's Trivium stützen dürfen,
nicht? :-)

Meine Aussage war außerdem nicht, ich wolle den Beweis ohne VI führen,
ich wollte ihn nur so umformulieren, dass er keine unspezifizierten
Pünktchen mehr enthält. Mehr nicht, ehrlich!
--
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probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Joachim Mohr
2008-03-02 06:52:26 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Natürlich läuft das auf eine Induktion hinaus. Was allerdings ohne
Induktion funktioniert, ist, direkt zu zeigen, dass i -> n-i+1 eine
Permutation der Menge {i | 1 <= i <= n} ist. Ich brauche ja nur die
Umkehrfunktion anzugeben, und das ist in diesem Fall nicht wirklich
schwierig
sogar f(f(i)) = i

, und zu zeigen, dass der Bildbereich der Funktion die
Post by Christopher Creutzig
gewünschte Menge ist. Dank Monotonie ist auch das kein großer Akt. Dass
endliche Summen umsortiert werden dürfen, wird zwar per VI bewiesen,
aber irgendwo sollte ich mich dann doch auf's Trivium stützen dürfen,
nicht? :-)
Meine Aussage war außerdem nicht, ich wolle den Beweis ohne VI führen,
ich wollte ihn nur so umformulieren, dass er keine unspezifizierten
Pünktchen mehr enthält. Mehr nicht, ehrlich!
OK! Auf jeden Fall wird jeder (ich damals und du wohl auch "damals"),
der die vollständige Induktion nicht kennt, und als erstes Beispiel der
vollständigen Induktion
s=1 + 2 + 3 + ... + n = n(n+1)/2 kennen lernt oder eine ähnliche
Formel, sich anden Kopf schlagen und - wie der OP fragen:
Warum nicht folgender "direkter" Beweis
2s = (n+1) + ... (n+1) (n mal)...

Und das war wohl die Frage von Roman.

Und ehrlich gesagt: Dieser Beweis gefällt mit besser.

Das Problem der Didaktik der vollständigen Induktion ist,
dass man den Schüler (Student) mit einer Logik überrumpelt,
die er noch nicht so verinnerlicht hat. Siehe:

http://delphi.zsg-rottenburg.de/vollstind.html

"Die vollständige Induktion, ein Thema der höheren Mathematik, ist
unverzichtbarer Inhalt beim Mathematik-, Physik- und Ingenieurstudium.

Sie eignet sich nicht zum Schulstoff, da das Verständnis für die
verwendete Logik und ihre axiomatische Grundlegung fehlt. Demotivierend
für die Studierenden ist außerdem, dass damit Formeln bewiesen, aber
nicht hergeleitet werden. Die Formeln fallen einfach vom Himmel.
Trotzdem findet die vollständige Induktion von Fall zu Fall Eingang in
den Lehrplan der Gymnasien oder - und das ist für mich der Anlass dieses
Kurses - der Aufnahmeprüfungen für das Hochschulstudium für Ausländer.
Sie wird als Kapitel für sich behandelt und hat im Schulstoff keine
weiteren Anwendungen."

MFG Joachim
--
Joachim Mohr Tübingen
http://www.joachimmohr.de/neu.html
Christopher Creutzig
2008-03-02 14:54:31 UTC
Permalink
Post by Joachim Mohr
"Die vollständige Induktion, ein Thema der höheren Mathematik, ist
unverzichtbarer Inhalt beim Mathematik-, Physik- und Ingenieurstudium.
Sie eignet sich nicht zum Schulstoff, da das Verständnis für die
verwendete Logik und ihre axiomatische Grundlegung fehlt. Demotivierend
Ich habe keine Ahnung von Didaktik etc., würde dem aber durchaus
zustimmen. In der Schulmathematik wird so vieles nicht wirklich
bewiesen, und die wenigsten Schüler werden wirklich verstanden haben,
was es mit dieser unendlich großen Menge, die nur aus endlichen Zahlen
besteht, auf sich hat, warum muss man etwas derart komplexes wie die VI
im Detail behandeln? (Vielleicht gibt es ja gute Gründe, nur sehen tue
ich sie einfach noch nicht.)
Post by Joachim Mohr
Sie wird als Kapitel für sich behandelt und hat im Schulstoff keine
weiteren Anwendungen."
Anwendungen außerhalb des Mathemaik-Unterreichts zu finden, scheint mir
noch eine ganze Ecke schwieriger. Das ist schon bei Dingen wie einer
Kurvendiskussion, die ich mindestens in der derzeit gelehrten Form
ebenfalls schon lange für ausgesprochen verzichtbar im Schulstoff halte,
wesentlich einfacher.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Ralf Bader
2008-03-03 20:35:37 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
"Die vollständige Induktion, ein Thema der höheren Mathematik, ist
unverzichtbarer Inhalt beim Mathematik-, Physik- und Ingenieurstudium.
Sie eignet sich nicht zum Schulstoff, da das Verständnis für die
verwendete Logik und ihre axiomatische Grundlegung fehlt. Demotivierend
Ich habe keine Ahnung von Didaktik etc.,
ich auch nicht
Post by Christopher Creutzig
würde dem aber durchaus
zustimmen.
Nö, das nun nicht.
Post by Christopher Creutzig
In der Schulmathematik wird so vieles nicht wirklich
bewiesen, und die wenigsten Schüler werden wirklich verstanden haben,
was es mit dieser unendlich großen Menge, die nur aus endlichen Zahlen
besteht, auf sich hat,
Diese Menge ist der Inbegriff aller natürlichen Zahlen. Was ist daran
schwierig? Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter
fortsetzen läßt, ist eine Grundintuition. Offenbar gibt es Menschen, die
dieser Grundintuition nicht teilhaftig sind, aber andere sind es, schon als
Kinder.
Post by Christopher Creutzig
warum muss man etwas derart komplexes wie die VI
im Detail behandeln? (Vielleicht gibt es ja gute Gründe, nur sehen tue
ich sie einfach noch nicht.)
Soll man es lieber nicht im Detail behandeln? Oder garnicht? VI ist
die /einzige/ Möglichkeit, Allaussagen über natürliche Zahlen zu beweisen,
ohne zu Dreipünktchenkrücken Zuflucht zu nehmen (oder kannst Du ein
Gegenbeispiel zu dieser Behauptung nennen?). Natürliche Zahlen und VI sind
2 Seiten derselben Medaille - die natürlichen Zahlen sind diejenige
mathematische Strukktur, in der Beweise mit VI möglich (und nötig) sind.
Aber ich sehe nicht, was daran so ungeheuer kompliziert sein soll. Seitdem
es Computer gibt, ist der Unterschied zwischen VI und DPK auch ziemlich
augenscheinlich: Erstere kann man "programmieren", letztere nicht.
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Sie wird als Kapitel für sich behandelt und hat im Schulstoff keine
weiteren Anwendungen."
Jede Grenzwertberechnung ist direkt oder indirekt eine Anwendung der VI...
Post by Christopher Creutzig
Anwendungen außerhalb des Mathemaik-Unterreichts zu finden, scheint mir
noch eine ganze Ecke schwieriger. Das ist schon bei Dingen wie einer
Kurvendiskussion, die ich mindestens in der derzeit gelehrten Form
ebenfalls schon lange für ausgesprochen verzichtbar im Schulstoff halte,
wesentlich einfacher.
...folglich ist es nur konsequent, mit dem Kapitelchen "VI" auch gleich die
ganze Analysis aus dem Schulunterricht zu eliminieren, und weshalb nicht
dann auch den Rest der Mathematik? Wer braucht das Zeug schon im Leben, im
Gegensatz zu Latein, das sich als Schulfach wieder im Aufschwung befinden
soll? (Was hat sich eigentlich seit damals, vor dem "schon lange", seitdem
Kurvendiskussionen überflüssig sein sollen, geändert? Doch nicht etwa die
Einführung graphischer Taschenrechner?)


Ralf
Christopher Creutzig
2008-03-04 11:54:58 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
In der Schulmathematik wird so vieles nicht wirklich
bewiesen, und die wenigsten Schüler werden wirklich verstanden haben,
was es mit dieser unendlich großen Menge, die nur aus endlichen Zahlen
besteht, auf sich hat,
Diese Menge ist der Inbegriff aller natürlichen Zahlen. Was ist daran
schwierig? Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter
fortsetzen läßt, ist eine Grundintuition. Offenbar gibt es Menschen, die
dieser Grundintuition nicht teilhaftig sind, aber andere sind es, schon als
Kinder.
Ja, aber dass diese „Folge“ eine vernünftige „Menge“, also ein
statisches Gebilde, bildet, ist ein Axiom der Mathematik, das nur auf
sich selbst begründet eingeführt werden kann. Dass dabei etwas
herauskommt, was man im Nachhinein betrachtet gut gebrauchen kann, ist
zwar richtig, aber es scheint nicht ganz einfach zu sein und führt
geradezu zwangsläufig zu ausgesprochen kontraintuitiven Ergebnissen.
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
warum muss man etwas derart komplexes wie die VI
im Detail behandeln? (Vielleicht gibt es ja gute Gründe, nur sehen tue
ich sie einfach noch nicht.)
Soll man es lieber nicht im Detail behandeln? Oder garnicht? VI ist
Ich weiß es nicht. Natürlich tendiere ich als Mathematiker dazu, in der
Schule weniger Rechnen und mehr athematik zu erhoffen. Aber die innere
Schönheit der Mathematik ist irgendwie kein sonderlich überzeugendes
Argument, wenn Du verstehst, was ich meine. Und die VI *ist* einfach
ausgesprochen abstrakt. Natürlich kann man argumentieren, dass gerade
die Beschäftigung mit dem Abstrakten der eigentliche Nutzen der
Mathematik-Ausbildung auch und gerade an der Schule sei. Ob der
durchschnittliche Mathematik-Unterricht diesem Anspruch gerecht wird,
ist dann allerdings wieder eine andere Frage, die zu klären wäre.
Post by Ralf Bader
die /einzige/ Möglichkeit, Allaussagen über natürliche Zahlen zu beweisen,
ohne zu Dreipünktchenkrücken Zuflucht zu nehmen (oder kannst Du ein
Gegenbeispiel zu dieser Behauptung nennen?). Natürliche Zahlen und VI sind
Klar: „Zu jeder natürlichen Zahl n gibt es eine Primzahl p mit p>n.“
Oder auch „n+1 > n“, einfach aus der Definition von „m > n“.
Post by Ralf Bader
2 Seiten derselben Medaille - die natürlichen Zahlen sind diejenige
mathematische Strukktur, in der Beweise mit VI möglich (und nötig) sind.
Aber ich sehe nicht, was daran so ungeheuer kompliziert sein soll. Seitdem
Hast Du mal versucht, die VI einer etwas größeren Gruppe von Lernenden
beizubringen? Vorzugsweise nicht gerade Mathe-Studenten? Meine Erfahrung
aus Betreuung von Vorlesungen verschiedener Dozenten ist, dass ein
nennenswerter Prozentsatz der Studis zwar soweit kommt, die Formeln
richtig aufschreiben zu können und die Klausur zu bestehen, aber niemals
versteht, warum das Ganze einen Beweis darstellt. Das schien auch denen
aus anderen Übungsgruppen genauso zu gehen.
Post by Ralf Bader
es Computer gibt, ist der Unterschied zwischen VI und DPK auch ziemlich
augenscheinlich: Erstere kann man "programmieren", letztere nicht.
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Sie wird als Kapitel für sich behandelt und hat im Schulstoff keine
weiteren Anwendungen."
Jede Grenzwertberechnung ist direkt oder indirekt eine Anwendung der VI...
Jein. Oft gengt das archimedische Prinzip.
Post by Ralf Bader
...folglich ist es nur konsequent, mit dem Kapitelchen "VI" auch gleich die
ganze Analysis aus dem Schulunterricht zu eliminieren, und weshalb nicht
Das ist keineswegs meine Aussage. Das Suchen von Extrema ist sicherlich
sinnvoll. Ebenso die Untersuchung des asymptotischen Verhaltens oder die
Suche nach Null- und Polstellen. Nur sind das vier voneinander völlig
unterschiedliche Fragestellungen; das fertig geschnürte, immer gleiche
Paket der Kurvendiskussion halte ich für nicht wirklich begründet.
Post by Ralf Bader
soll? (Was hat sich eigentlich seit damals, vor dem "schon lange", seitdem
Kurvendiskussionen überflüssig sein sollen, geändert? Doch nicht etwa die
Häh? Ich halte sie in der unterrichteten Form (soweit ich das
beobachten kann) schon lange für überflüssig. Etwa so lange, wie ich mir
einbilde, mir dazu eine Meinung bilden zu können.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Ralf Bader
2008-03-05 22:58:49 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
In der Schulmathematik wird so vieles nicht wirklich
bewiesen, und die wenigsten Schüler werden wirklich verstanden haben,
was es mit dieser unendlich großen Menge, die nur aus endlichen Zahlen
besteht, auf sich hat,
Diese Menge ist der Inbegriff aller natürlichen Zahlen. Was ist daran
schwierig? Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter
fortsetzen läßt, ist eine Grundintuition. Offenbar gibt es Menschen, die
dieser Grundintuition nicht teilhaftig sind, aber andere sind es, schon
als Kinder.
Ja, aber dass diese „Folge“ eine vernünftige „Menge“, also ein
statisches Gebilde, bildet, ist ein Axiom der Mathematik, das nur auf
sich selbst begründet eingeführt werden kann.
Ich beziehe mich hinsichtlich der natürlichen Zahlen auf die Peano-Axiome.

Was das "statische Gebilde" anbetrifft: Welches "Axiom der Mathematik"
verlangt derartiges? Ich weiß nicht, was man /mathematisch/ mit der Aussage
anfangen soll, irgendwas sei ein "statisches Gebilde". Auch die Behauptung,
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
Die "Menge der natürlichen Zahlen" ist ein keiner weiteren
Charakterisierung bedürftiges Abstraktum, das allein dadurch gekennzeichnet
ist, daß jede natürliche Zahl zu diesem Abstraktum in einer nicht näher
spezifizierten Relation "enthalten in" steht. Daß da gern zu einer
Schachtel- und Sackmetaphorik gegriffen wird, ist naheliegend, trifft die
Sache aber nicht. Genauso könnte man zu einer Mitgliedsmetaphorik greifen
(die natürlichen Zahlen sind die "Mitglieder" einer gewissen Menge, mit
entsprechenden Mitgliedsausweisen, aber sie stecken nicht drin in der
Menge).
Post by Christopher Creutzig
Dass dabei etwas
herauskommt, was man im Nachhinein betrachtet gut gebrauchen kann, ist
zwar richtig, aber es scheint nicht ganz einfach zu sein und führt
geradezu zwangsläufig zu ausgesprochen kontraintuitiven Ergebnissen.
Diese Kontraintuitivität beruht auf (geistiger) Verkalkung, auf
Assoziationen, die in der Sache eigentlich nicht drinstecken, deshalb nur
von begrenzter Reichweite sind und an ihre Grenzen stoßen. Etwa, wenn man
sich vorstellt, man müsse die Menge der natürlichen Zahlen erst erschaffen,
in einem "Prozeß", in dem man eine natürliche Zahl nach der anderen in
diese Menge hineinsteckt, und dann natürlich Probleme bekommt, damit fertig
zu werden.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
warum muss man etwas derart komplexes wie die VI
im Detail behandeln? (Vielleicht gibt es ja gute Gründe, nur sehen tue
ich sie einfach noch nicht.)
Soll man es lieber nicht im Detail behandeln? Oder garnicht? VI ist
Ich weiß es nicht. Natürlich tendiere ich als Mathematiker dazu, in der
Schule weniger Rechnen und mehr athematik zu erhoffen.
Man kann das ja auffächern. Was muß ein Schüler lernen? Was soll er lernen
(d.h., es ist gut, wenn er es lernt, aber zur Not geht es auch ohne), was
darf er lernen, was kann er lernen?
Post by Christopher Creutzig
Aber die innere
Schönheit der Mathematik ist irgendwie kein sonderlich überzeugendes
Argument, wenn Du verstehst, was ich
Sie ist nicht für jedermann ein Argument, aber das ist sogar gut so. Es muß
nicht jeder Mathematik für etwas ganz Tolles halten.
Post by Christopher Creutzig
Und die VI *ist* einfach
ausgesprochen abstrakt. Natürlich kann man argumentieren, dass gerade
die Beschäftigung mit dem Abstrakten der eigentliche Nutzen der
Mathematik-Ausbildung auch und gerade an der Schule sei. Ob der
durchschnittliche Mathematik-Unterricht diesem Anspruch gerecht wird,
ist dann allerdings wieder eine andere Frage, die zu klären wäre.
Post by Ralf Bader
die /einzige/ Möglichkeit, Allaussagen über natürliche Zahlen zu
beweisen, ohne zu Dreipünktchenkrücken Zuflucht zu nehmen (oder kannst Du
ein Gegenbeispiel zu dieser Behauptung nennen?). Natürliche Zahlen und VI
sind
Klar: „Zu jeder natürlichen Zahl n gibt es eine Primzahl p mit p>n.“
Oder auch „n+1 > n“, einfach aus der Definition von „m > n“.
Aber die Definition von n+1 beruht doch schon auf VI. *Vielleicht* liegt
auch hier ein Grund, weshalb (cf. unten) das Verständnis der VI so
schwerfällt.
Mit VI sollen Aussagen bewiesen werden, die für alle natürlichen Zahlen
gelten, also für eine in gewisser Weise unabgrenzbare Vielheit von
Objekten. Solche Aussagen unterscheiden sich schon in den Mitteln, die zu
ihrer Formulierung nötig sind, von Aussagen über die Objekte einer finiten
Vielfachheit. Man müßte erst einmal das klarmachen, und dann darüber
nachdenken, wie sich überhaupt Aussagen über alle natürlichen Zahlen
begründen lassen.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
2 Seiten derselben Medaille - die natürlichen Zahlen sind diejenige
mathematische Strukktur, in der Beweise mit VI möglich (und nötig) sind.
Aber ich sehe nicht, was daran so ungeheuer kompliziert sein soll. Seitdem
Hast Du mal versucht, die VI einer etwas größeren Gruppe von Lernenden
beizubringen? Vorzugsweise nicht gerade Mathe-Studenten? Meine Erfahrung
aus Betreuung von Vorlesungen verschiedener Dozenten ist, dass ein
nennenswerter Prozentsatz der Studis zwar soweit kommt, die Formeln
richtig aufschreiben zu können und die Klausur zu bestehen, aber niemals
versteht, warum das Ganze einen Beweis darstellt. Das schien auch denen
aus anderen Übungsgruppen genauso zu gehen.
Post by Ralf Bader
es Computer gibt, ist der Unterschied zwischen VI und DPK auch ziemlich
augenscheinlich: Erstere kann man "programmieren", letztere nicht.
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Sie wird als Kapitel für sich behandelt und hat im Schulstoff keine
weiteren Anwendungen."
Jede Grenzwertberechnung ist direkt oder indirekt eine Anwendung der VI...
Jein. Oft gengt das archimedische Prinzip.
Post by Ralf Bader
...folglich ist es nur konsequent, mit dem Kapitelchen "VI" auch gleich
die ganze Analysis aus dem Schulunterricht zu eliminieren, und weshalb
nicht
Das ist keineswegs meine Aussage. Das Suchen von Extrema ist sicherlich
sinnvoll. Ebenso die Untersuchung des asymptotischen Verhaltens oder die
Suche nach Null- und Polstellen. Nur sind das vier voneinander völlig
unterschiedliche Fragestellungen; das fertig geschnürte, immer gleiche
Paket der Kurvendiskussion halte ich für nicht wirklich begründet.
Jetzt ist das klar. Deine ursprüngliche Aussage war nicht eindeutig.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
soll? (Was hat sich eigentlich seit damals, vor dem "schon lange",
seitdem Kurvendiskussionen überflüssig sein sollen, geändert? Doch nicht
etwa die
Häh? Ich halte sie in der unterrichteten Form (soweit ich das
beobachten kann) schon lange für überflüssig. Etwa so lange, wie ich mir
einbilde, mir dazu eine Meinung bilden zu können.
Ich bin davon ausgegangen, daß sich das "schon lange" auf die
Kurvendiskussion bezieht, daß also diese früher einmal nicht überflüssig
war, aber es zu einem nun schon lange zurückliegenden Zeitpunkt wurde.


Ralf
Christopher Creutzig
2008-03-06 15:27:51 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Ja, aber dass diese „Folge“ eine vernünftige „Menge“, also ein
statisches Gebilde, bildet, ist ein Axiom der Mathematik, das nur auf
sich selbst begründet eingeführt werden kann.
Ich beziehe mich hinsichtlich der natürlichen Zahlen auf die Peano-Axiome.
Die definieren, was eine natürliche Zahl ist. Ohne so etwas wie eine
Schachtel außen drumherum ist es schon nicht ganz trivial, so einen
Begriff wie „für alle natürlichen Zahlen gilt“ ordentlich zu fassen.
Möglich, aber eben nicht trivial.
Post by Ralf Bader
Was das "statische Gebilde" anbetrifft: Welches "Axiom der Mathematik"
verlangt derartiges? Ich weiß nicht, was man /mathematisch/ mit der Aussage
INF aus ZFC.
Post by Ralf Bader
anfangen soll, irgendwas sei ein "statisches Gebilde". Auch die Behauptung,
Es ist meta-mathematisch durchaus wichtig, dass die natürlichen Zahlen
in der modernen Sichtweise, wie sie in der VI zu finden ist, keinen
Prozess darstellen, wie man ihn aus dem passenden Blickwinkel bei den
Peano-Axiomen finden kann und nicht erst, wenn man irgendwo hinschaut,
spontan ein paar neue natürliche Zahlen entstehen, sondern dass die
natürlichen Zahlen als Gesamtheit einfach „sind“. Was auch immer das
„Sein“ reiner Geisteskonstrukte sein mag.
Post by Ralf Bader
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
In der modernen Mathematik bilden die natürlichen Zahlen eine Menge.
Post by Ralf Bader
Die "Menge der natürlichen Zahlen" ist ein keiner weiteren
Charakterisierung bedürftiges Abstraktum, das allein dadurch gekennzeichnet
ist, daß jede natürliche Zahl zu diesem Abstraktum in einer nicht näher
spezifizierten Relation "enthalten in" steht. Daß da gern zu einer
Absolut jede Menge ist ausschließlich dadurch charakterisiert, dass
irgendwelche mathematischen Gebilde darin enthalten sind oder nicht. Was
soll eine Menge denn sonst sein?
Post by Ralf Bader
Sache aber nicht. Genauso könnte man zu einer Mitgliedsmetaphorik greifen
(die natürlichen Zahlen sind die "Mitglieder" einer gewissen Menge, mit
entsprechenden Mitgliedsausweisen, aber sie stecken nicht drin in der
Menge).
Natürlich. Ich weiß nicht, was zur Zeit en vogue ist, um den
Mengenbegriff einzuführen. Ich stamme aus der Generation, die
Plastikteile nach Form, Größe und Farbe in Wollknäuelschleifen sortieren
musste.
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Dass dabei etwas
herauskommt, was man im Nachhinein betrachtet gut gebrauchen kann, ist
zwar richtig, aber es scheint nicht ganz einfach zu sein und führt
geradezu zwangsläufig zu ausgesprochen kontraintuitiven Ergebnissen.
Diese Kontraintuitivität beruht auf (geistiger) Verkalkung, auf
Assoziationen, die in der Sache eigentlich nicht drinstecken, deshalb nur
von begrenzter Reichweite sind und an ihre Grenzen stoßen. Etwa, wenn man
sich vorstellt, man müsse die Menge der natürlichen Zahlen erst erschaffen,
in einem "Prozeß", in dem man eine natürliche Zahl nach der anderen in
diese Menge hineinsteckt, und dann natürlich Probleme bekommt, damit fertig
zu werden.
Ich dachte eigentlich eher an die bekannten kontraintuitiven Ergebnisse
wie die Gleichmächtigkeit von |N und |N x |N oder (Q, bei gelichzeitiger
Überabzählbarkeit von |R. Dass es Leute gibt, die mit der
grundsätzlichen Idee unendlicher Mengen Probleme haben, ist etwas ganz
Anderes.
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Klar: „Zu jeder natürlichen Zahl n gibt es eine Primzahl p mit p>n.“
Oder auch „n+1 > n“, einfach aus der Definition von „m > n“.
Aber die Definition von n+1 beruht doch schon auf VI. *Vielleicht* liegt
Nein, die VI beruht darauf, dass jede natürliche Zahl genau einen
Nachfolger hat, es eine kleinste gibt und man von dort aus per
Nachfolgerrelation alle erreicht. Die Definition von n+1 ist eine
Definition und kann schlecht auf einem Beweisprinzip beruhen, sondern
sie beruht schlicht auf dem gleichen Peano-Axiom, dass mit n auch ein
gewisses n' eine natürliche Zahl ist. Eines der Axiome, die auch
Grundlage der VI sind.
Post by Ralf Bader
Mit VI sollen Aussagen bewiesen werden, die für alle natürlichen Zahlen
gelten, also für eine in gewisser Weise unabgrenzbare Vielheit von
Objekten. Solche Aussagen unterscheiden sich schon in den Mitteln, die zu
Unbestritten. Ich bestreite ja nur, dass VI das einzige Beweisverfahren
für solche Fälle ist. Auch dass n*(n+1) für alle natürlichen Zahlen n
gerade ist, beweise ich nicht per VI.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Thomas Haunhorst
2008-03-06 17:46:12 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Diese Kontraintuitivität beruht auf (geistiger) Verkalkung, auf
Assoziationen, die in der Sache eigentlich nicht drinstecken,
deshalb nur von begrenzter Reichweite sind und an ihre Grenzen
stoßen. Etwa, wenn man sich vorstellt, man müsse die Menge der
natürlichen Zahlen erst erschaffen, in einem "Prozeß", in dem man
eine natürliche Zahl nach der anderen in diese Menge hineinsteckt,
und dann natürlich Probleme bekommt, damit fertig zu werden.
Ich dachte eigentlich eher an die bekannten kontraintuitiven Ergebnisse
wie die Gleichmächtigkeit von |N und |N x |N
Ich finde das nicht kontraintuitiv; es gibt ja sogar sehr anschauliche
("intuitio") Verfahren der Abzählung von IN x IN. Ob irgend etwas
kontraintuitiv ist oder nicht, hängt wohl auch von einem gewissen
(mathematischen) Sprachverständnis ab. Es ist sehr wahrscheinlich,
dass man obige Gleichmächtigkeit eher kontraintuitiv findet, je
weniger man von der Mathematik versteht. Mit fortschreitender Kenntnis
sollte sich das aber geben; die mathematische Intuition passt sich
eben auch mit dem erworbenen Wissen an. Aber das überrascht auch nur
den, der nicht viel von Mathematik versteht. ;-)
--
Thomas Haunhorst
Christopher Creutzig
2008-03-07 12:22:32 UTC
Permalink
Post by Thomas Haunhorst
Post by Christopher Creutzig
Ich dachte eigentlich eher an die bekannten kontraintuitiven Ergebnisse
wie die Gleichmächtigkeit von |N und |N x |N
Ich finde das nicht kontraintuitiv; es gibt ja sogar sehr anschauliche
("intuitio") Verfahren der Abzählung von IN x IN. Ob irgend etwas
Ist es intuitiv, dass die Menge der geraden Zahlen gleichmächtig zur
Menge der natürlichen Zahlen ist? Klar, hier und heute sehe ich das als
„offensichtlich“ an, aber war mir das immer so klar? Ich glaube nicht.
Post by Thomas Haunhorst
(mathematischen) Sprachverständnis ab. Es ist sehr wahrscheinlich,
dass man obige Gleichmächtigkeit eher kontraintuitiv findet, je
weniger man von der Mathematik versteht. Mit fortschreitender Kenntnis
sollte sich das aber geben; die mathematische Intuition passt sich
eben auch mit dem erworbenen Wissen an. Aber das überrascht auch nur
den, der nicht viel von Mathematik versteht. ;-)
Ich dachte, ich hätte etwas zur Situation eines mehr oder weniger
durchschnittlichen Schülers geschrieben?
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Thomas Haunhorst
2008-03-10 05:50:04 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Ist es intuitiv, dass die Menge der geraden Zahlen gleichmächtig zur
Menge der natürlichen Zahlen ist?
Ja. Ordne jeder natürlichen Zahl n die gerade Zahl 2n zu.
Post by Christopher Creutzig
Ich dachte, ich hätte etwas zur Situation eines mehr oder weniger
durchschnittlichen Schülers geschrieben?
Zunächst war mein Einwand gegen die Allgemeinheit Deiner Aussage
Post by Christopher Creutzig
Ich dachte eigentlich eher an die bekannten kontraintuitiven
Ergebnisse wie die Gleichmächtigkeit von |N und |N x |N
gerichtet.

Zweitens muss man sich im obigen Zusammenhang fragen, wie ein
"durchschnittlicher" Schüler den Terminus "Gleichmächtigkeit" versteht,
denn immerhin möchtest Du das ja irgendwie mit einer (Kontra)intuition
in Zusammenhang bringen. Versteht der Schüler unter gleichmächtigen
Mengen, dass es zwischen ihnen eine Bijektion gibt, dann muss er "nur"
noch die Injektivität von n |-> 2n zeigen, um zu dem Schluss zu kommen,
dass die Menge der geraden Zahlen mit der Menge der natürlichen Zahlen
gleichmächtig ist. Aber versteht er etwas anderes darunter oder sogar
nichts oder fast nichts, dann ist nicht klar, was nun kontraintuitiv
hinsichtlich /seines/ Verständnisses sein soll.

Erklär' doch 'mal was Du genau meinst.
--
Thomas Haunhorst
Christopher Creutzig
2008-03-12 23:23:15 UTC
Permalink
Post by Thomas Haunhorst
Post by Christopher Creutzig
Ist es intuitiv, dass die Menge der geraden Zahlen gleichmächtig zur
Menge der natürlichen Zahlen ist?
Ja. Ordne jeder natürlichen Zahl n die gerade Zahl 2n zu.
Danke, ich kenne den Beweis. Aber dass die natürlichen Zahlen (wie jede
unendliche Menge) zu einer echten Teilmenge gleichmächtig sind, ist für
Menschen, die nur mit endlichen Mengen Erfahrungen gesammelt haben,
erfahrungsgemäß schlicht kontraintuitiv. Ich kann das irgendwie
nachvollziehen.
Post by Thomas Haunhorst
Zweitens muss man sich im obigen Zusammenhang fragen, wie ein
"durchschnittlicher" Schüler den Terminus "Gleichmächtigkeit" versteht,
„Gleich viele“, mit einem sehr, sehr vagen Begriff von „unendlich
viele“. Behaupte ich jedenfalls.
Post by Thomas Haunhorst
in Zusammenhang bringen. Versteht der Schüler unter gleichmächtigen
Mengen, dass es zwischen ihnen eine Bijektion gibt, dann muss er "nur"
Unwahrscheinlich. Das ist eine hochabstrakte Ebene, die ein Schüler
wohl lernen kann formal anzuwenden, aber nur wenige Schüler wirklich
verinnerlichen und „verstehen“ werden.
Post by Thomas Haunhorst
Erklär' doch 'mal was Du genau meinst.
Wenn ich die Tage beim Blättern aufgepasst habe, ist genau dieses
Beispiel auch in Beutelspachers Buch mit dem mehr oder weniger
italienischen Titel, an den ich mich nicht erinnere, ausgewalzt.
Vermutlich deutlich schöner, als ich das uberhaupt könnte und mit
Sicherheit besser zu lesen als was ich um diese Zeit noch zu Stande bringe.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Thomas Haunhorst
2008-03-13 14:33:30 UTC
Permalink
Aber dass die natürlichen Zahlen (wie jede unendliche Menge) zu einer
echten Teilmenge gleichmächtig sind, ist für Menschen, die nur mit
endlichen Mengen Erfahrungen gesammelt haben, erfahrungsgemäß schlicht
kontraintuitiv.
Es geht mir darum, ob man hier überhaupt von Kontraintuivität sprechen
kann, wenn die Begriffe zu vage sind oder man überhaupt keinen Begriff
hat. Mglw. hat ein Schüler nur ein operationalistisches Verständnis,
welches er sich anhand von Beispielen klar macht. Dann hat er zu der
Sache mglw. überhaupt keine Intuitionen, sondern folgt in gewisser Weise
einfach nur gewissen Regeln quasi "blind".
Post by Thomas Haunhorst
Zweitens muss man sich im obigen Zusammenhang fragen, wie ein
"durchschnittlicher" Schüler den Terminus "Gleichmächtigkeit" versteht,
"Gleich viele", mit einem sehr, sehr vagen Begriff von "unendlich
viele".
Dieser Begriff könnte mglw. auf Verfahren des Abzählens beruhen, wobei
man übrigens nicht die Existenz natürlicher Zahlen annehmen muss.
--
Thomas Haunhorst
Stefan Ram
2008-03-13 14:55:34 UTC
Permalink
Post by Thomas Haunhorst
kann, wenn die Begriffe zu vage sind oder man überhaupt keinen Begriff
»Unendlich« ist sprachlich als »ohne Ende« verständlich.

Betrachtet man die folgende Abfolge »ooooooo«, so sieht man
links und rechts ein Ende. Ohne diese Enden, ergibt sich:
»...ooooooo....«. Man kann also von jedem »o« nach rechts
gehen und trifft wieder auf ein »o«.

Das wäre für mich ein auf die Wortbedeutung zurückgehender
naiver Begriff von »unendlich«.
Karl Heinze
2008-03-13 15:00:58 UTC
Permalink
Post by Stefan Ram
»Unendlich« ist sprachlich als »ohne Ende« verständlich.
Betrachtet man die folgende Abfolge »ooooooo«, so sieht man
»...ooooooo....«. Man kann also von jedem »o« nach rechts
gehen und trifft wieder auf ein »o«.
Das wäre für mich ein auf die Wortbedeutung zurückgehender
naiver Begriff von »unendlich«.
Sehe ich auch so. Aber auch

ooooooo...

wird wohl als "unendlich" betrachtet. Das/die "o" ganz links wird dann
wohl als Anfang/Beginn der Abfolge betrachtet. D. h.

ooooooo...

hat zwar einen Anfang/einen beginn, aber kein Ende. :-)


K. H.


P.S.
Genau genommen hat man aber auf diese Weise erst mal nur einen Begriff
von /abzählbar unendlich/. So kann man sich z. B. die Unendlichkeit der
reellen Zahlen NICHT in dieser Weise "denken". (Obwohl R natürlich eine
Teilmenge besitzt, die in diesem Sinne unendlich ist.)
--
E-mail: info<at>simple-line<Punkt>de
Peter Niessen
2008-03-13 20:30:41 UTC
Permalink
Post by Stefan Ram
Post by Thomas Haunhorst
kann, wenn die Begriffe zu vage sind oder man überhaupt keinen Begriff
»Unendlich« ist sprachlich als »ohne Ende« verständlich.
Betrachtet man die folgende Abfolge »ooooooo«, so sieht man
»...ooooooo....«. Man kann also von jedem »o« nach rechts
gehen und trifft wieder auf ein »o«.
Das wäre für mich ein auf die Wortbedeutung zurückgehender
naiver Begriff von »unendlich«.
Schon richtig aber arg daneben, weil seit Kantor hat man etwas weiter
gedacht.
--
Mit freundlichen Grüßen
Peter Nießen
Ralf Bader
2008-03-10 02:51:08 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Ja, aber dass diese „Folge“ eine vernünftige „Menge“, also ein
statisches Gebilde, bildet, ist ein Axiom der Mathematik, das nur auf
sich selbst begründet eingeführt werden kann.
Ich beziehe mich hinsichtlich der natürlichen Zahlen auf die
Peano-Axiome.
Die definieren, was eine natürliche Zahl ist. Ohne so etwas wie eine
Schachtel außen drumherum ist es schon nicht ganz trivial, so einen
Begriff wie „für alle natürlichen Zahlen gilt“ ordentlich zu fassen.
Möglich, aber eben nicht trivial.
Post by Ralf Bader
Was das "statische Gebilde" anbetrifft: Welches "Axiom der Mathematik"
verlangt derartiges? Ich weiß nicht, was man /mathematisch/ mit der Aussage
INF aus ZFC.
Post by Ralf Bader
anfangen soll, irgendwas sei ein "statisches Gebilde". Auch die Behauptung,
Es ist meta-mathematisch durchaus wichtig, dass die natürlichen Zahlen
in der modernen Sichtweise, wie sie in der VI zu finden ist, keinen
Prozess darstellen, wie man ihn aus dem passenden Blickwinkel bei den
Peano-Axiomen finden kann und nicht erst, wenn man irgendwo hinschaut,
spontan ein paar neue natürliche Zahlen entstehen, sondern dass die
natürlichen Zahlen als Gesamtheit einfach „sind“. Was auch immer das
„Sein“ reiner Geisteskonstrukte sein mag.
Was auch immer das sein mag, es wird durch umgangssprachliches Vokabular nur
unzureichend beschrieben, bzw. geben solche Beschreibungen immer zu
unerwünschten Assoziationen Anlaß. Dementsprechend ging es mir im folgenden
nicht um die Menge, sondern darum, daß da etwas "gebildet" wird. Wir können
das auf sich beruhen lassen, bevor es restlos in Haarspalterei ausartet.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
In der modernen Mathematik bilden die natürlichen Zahlen eine Menge.
Post by Ralf Bader
Die "Menge der natürlichen Zahlen" ist ein keiner weiteren
Charakterisierung bedürftiges Abstraktum, das allein dadurch
gekennzeichnet ist, daß jede natürliche Zahl zu diesem Abstraktum in
einer nicht näher spezifizierten Relation "enthalten in" steht. Daß da
gern zu einer
Absolut jede Menge ist ausschließlich dadurch charakterisiert, dass
irgendwelche mathematischen Gebilde darin enthalten sind oder nicht. Was
soll eine Menge denn sonst sein?
Post by Ralf Bader
Sache aber nicht. Genauso könnte man zu einer Mitgliedsmetaphorik greifen
(die natürlichen Zahlen sind die "Mitglieder" einer gewissen Menge, mit
entsprechenden Mitgliedsausweisen, aber sie stecken nicht drin in der
Menge).
Natürlich. Ich weiß nicht, was zur Zeit en vogue ist, um den
Mengenbegriff einzuführen. Ich stamme aus der Generation, die
Plastikteile nach Form, Größe und Farbe in Wollknäuelschleifen sortieren
musste.
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Dass dabei etwas
herauskommt, was man im Nachhinein betrachtet gut gebrauchen kann, ist
zwar richtig, aber es scheint nicht ganz einfach zu sein und führt
geradezu zwangsläufig zu ausgesprochen kontraintuitiven Ergebnissen.
Diese Kontraintuitivität beruht auf (geistiger) Verkalkung, auf
Assoziationen, die in der Sache eigentlich nicht drinstecken, deshalb nur
von begrenzter Reichweite sind und an ihre Grenzen stoßen. Etwa, wenn man
sich vorstellt, man müsse die Menge der natürlichen Zahlen erst
erschaffen, in einem "Prozeß", in dem man eine natürliche Zahl nach der
anderen in diese Menge hineinsteckt, und dann natürlich Probleme bekommt,
damit fertig zu werden.
Ich dachte eigentlich eher an die bekannten kontraintuitiven Ergebnisse
wie die Gleichmächtigkeit von |N und |N x |N oder (Q, bei gelichzeitiger
Überabzählbarkeit von |R. Dass es Leute gibt, die mit der
grundsätzlichen Idee unendlicher Mengen Probleme haben, ist etwas ganz
Anderes.
Da schließe ich mich der Bemerkung von Thomas Haunhorst an.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Klar: „Zu jeder natürlichen Zahl n gibt es eine Primzahl p mit p>n.“
Oder auch „n+1 > n“, einfach aus der Definition von „m > n“.
Aber die Definition von n+1 beruht doch schon auf VI. *Vielleicht* liegt
Nein, die VI beruht darauf, dass jede natürliche Zahl genau einen
Nachfolger hat, es eine kleinste gibt und man von dort aus per
Nachfolgerrelation alle erreicht. Die Definition von n+1 ist eine
Definition und kann schlecht auf einem Beweisprinzip beruhen,
Nun gut, um "n+1" als Synonym für die Nachfolgerabbildung verwenden zu
können, ist nichts zu beweisen, ob nun mit oder ohne VI. Bei der Definition
der Addition sieht das anders aus.
Post by Christopher Creutzig
sondern
sie beruht schlicht auf dem gleichen Peano-Axiom, dass mit n auch ein
gewisses n' eine natürliche Zahl ist. Eines der Axiome, die auch
Grundlage der VI sind.
Post by Ralf Bader
Mit VI sollen Aussagen bewiesen werden, die für alle natürlichen Zahlen
gelten, also für eine in gewisser Weise unabgrenzbare Vielheit von
Objekten. Solche Aussagen unterscheiden sich schon in den Mitteln, die zu
Unbestritten. Ich bestreite ja nur, dass VI das einzige Beweisverfahren
für solche Fälle ist. Auch dass n*(n+1) für alle natürlichen Zahlen n
gerade ist, beweise ich nicht per VI.
Wieviel von Kapitel 1 in Landaus Grundlagen der Analysis (wäre
übrigens ein gutes Schulbuch: Daß die Schüler alles bisher Gelernte laut
Nr.2 aus dem "Vorwort für den Lernenden" vergessen dürfen, sollte
jedenfalls vielen Schülern gefallen) ist denn mit Deinen anderen Verfahren
machbar? Meine Behauptung, VI sei die einzige
Beweismöglichkeit für Allaussagen über natürliche Zahlen ist insofern
falsch, als bereits die (Peano-)Axiome von der Existenz des Nachfolgers x',
der Injektivität der Nachfolgerabbildung und daß 1 kein Nachfolger ist,
solche Allaussagen darstellen; und ein paar weitere folgen dann auch noch
ohne VI.
Aber angesichts dessen, was es an Modellen für die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom gibt, sind diese Allaussagen nur Trivialitäten. Auch „n+1 >
n“ folgt nicht ohne Induktionsaxiom. Die Axiome von der Existenz der 1 und
der Nachfolgerabbildung sind schon dazu nötig, um das Induktionsaxiom
formulieren zu können. Wäre 1 ein Nachfolger, so würde aus dem
Induktionsaxiom die Endlichkeit der Menge der natürlichen Zahlen folgen,
und dann bräuchte man keine VI mehr, um irgendetwas zu beweisen. Ebenso
wenn es x != y gäbe mit x'=y'. Somit ist jedes der Peano-Axiome dazu da,
das Beweisverfahren der VI zu ermöglichen oder seine Notwendigkeit zu
erzwingen. Solche Dinge wie „n+1 > n“ kann man natürlich auch "naiv"
beweisen. Nur würde ich das nicht als Verfahren bezeichnen.


Ralf
Thomas Haunhorst
2008-03-11 18:42:43 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Aber angesichts dessen, was es an Modellen für die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom gibt, sind diese Allaussagen nur Trivialitäten. Auch
"n+1 > n" folgt nicht ohne Induktionsaxiom.
Das hängt von der Definition von "<" (bzw. ">") ab.

Bezeichne S die Nachfolgerfunktion, und sei 1 ein Konstantensymbol. Die
Peano-Axiome können wir in einer zweistufigen Prädikatenlogik folgender-
maßen angeben, wobei wir die Addition "+" und die Multiplikation "*"
auch axiomatisch charakterisieren.

(A1) Ax Sx != 1
(A2) Axy (Sx = Sy -> x = y)
(A3) Ax x + 1 = Sx
(A4) Axy x + Sy = S(x + y)
(A5) Ax x * 1 = x
(A6) Axy x * Sy = (x * y) + x
(A7) AP ((P1 & Ax (Px -> PSx)) -> Ax Px)

Wir nennen das Axiomensystem PA2. Nun definieren wir die zweistellige
Relation "<" in zwei Versionen:

Version 1: x < y :<-> Ez x + z = y

Trivialerweise gilt x + 1 = x + 1 für alle x und somit auch
Ez x + z = x + 1 für alle x, also x < x + 1 für alle x. (Der Beweis ist
tatsächlich trivial; wir kommen ohne Induktion aus.)

Version 2: x < y :<-> Ez z + x = y

Behauptung: (*) Für alle x gilt 1 + x = x + 1.

Beweis. Sei Px :<-> 1 + x = x + 1. Trivialerweise gilt P1. Nun sei Px
angenommen (IV). Es folgt

1 + Sx = S(1 + x) (A4)
= S(x + 1) (IV)
= (x + 1) + 1 (A3)
= Sx + 1 (A3)

Also gilt auch PSx. Mit (A7) folgt (*). -|

Mit (*) folgt Ez z + x = x + 1 für alle x, also x < x + 1 für alle x.
Können wir dieses Ergebnis auch in PA2' = PA2-(A7) (also ohne Induktion)
für Version 2 beweisen?
--
Thomas Haunhorst
Christopher Creutzig
2008-03-12 23:33:55 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
unerwünschten Assoziationen Anlaß. Dementsprechend ging es mir im folgenden
nicht um die Menge, sondern darum, daß da etwas "gebildet" wird. Wir können
das auf sich beruhen lassen, bevor es restlos in Haarspalterei ausartet.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
In der modernen Mathematik bilden die natürlichen Zahlen eine Menge.
Sorry, das sollte keinen Prozess beschreiben.
Post by Ralf Bader
Nun gut, um "n+1" als Synonym für die Nachfolgerabbildung verwenden zu
können, ist nichts zu beweisen, ob nun mit oder ohne VI. Bei der Definition
der Addition sieht das anders aus.
Das verstehe ich jetzt nicht. Seit wann kann man Definitionen beweisen?
Ich meine, die Definition der Addition auf den natürlichen Zahlen ist
doch schlicht

n + 0 = n
n + m' = n' + m

Beweisen könnte man daran allenfalls, dass die Addition wohldefiniert
ist, insbesondere die implizite Rekursion terminiert. *Das* kann man
natürlich per VI machen. Meinstest du diesen Schritt, oder noch etwas
Anderes?
Post by Ralf Bader
Wieviel von Kapitel 1 in Landaus Grundlagen der Analysis (wäre
übrigens ein gutes Schulbuch: Daß die Schüler alles bisher Gelernte laut
Nr.2 aus dem "Vorwort für den Lernenden" vergessen dürfen, sollte
jedenfalls vielen Schülern gefallen) ist denn mit Deinen anderen Verfahren
machbar? Meine Behauptung, VI sei die einzige
Keine ahnung, ich habe das Buch nicht vorliegen. Ich habe ja auch nie
bestreiten wollen, dass es Aussagen gibt, für deren Beweis man VI
braucht. Nur ist es sicherlich nicht das *einzige* Beweisverfahren für
Allaussagen über natürliche Zahlen.
Post by Ralf Bader
Aber angesichts dessen, was es an Modellen für die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom gibt, sind diese Allaussagen nur Trivialitäten. Auch „n+1 >
n“ folgt nicht ohne Induktionsaxiom. Die Axiome von der Existenz der 1 und
Nicht? Wie definierst Du denn a>b in den natürlichen Zahlen? Bei mir
ist das

a > b <==> es ex. c e |N mit a = b + c' .

Und wenn ich damit für den Beweis von „n+1 > n“ das Induktionsaxiom
brauchen sollte, sehe ich nicht ganz, wo.
Post by Ralf Bader
erzwingen. Solche Dinge wie „n+1 > n“ kann man natürlich auch "naiv"
beweisen. Nur würde ich das nicht als Verfahren bezeichnen.
Sondern?
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Karl Heinze
2008-03-13 15:09:39 UTC
Permalink
On Thu, 13 Mar 2008 00:33:55 +0100, Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Nun gut, um "n+1" als Synonym für die Nachfolgerabbildung verwenden zu
können, ist nichts zu beweisen, ob nun mit oder ohne VI. Bei der Definition
der Addition sieht das anders aus.
Das verstehe ich jetzt nicht. Seit wann kann man Definitionen beweisen?
Das hat Ralf ja auch nicht behauptet.
Post by Christopher Creutzig
Ich meine, die Definition der Addition auf den natürlichen Zahlen ist
doch schlicht
n + 0 = n
n + m' = (n + m)'
Nicht wirklich. Das ist lediglich eine vereinfachte (=sehr verkürzte)
Darstellung.

Eigentlich müsste man von den Gleichungen

f(n, 0) = n
f(n, m') = f(n, m)'

ausgehen. Und dann muss man erst mal
Post by Christopher Creutzig
beweisen [...], dass die Addition wohldefiniert ist [...]
Ja. Dass also _genau_ so eine Funktion f existiert. Diese Funktion
bezeichnen wir üblicherweise mit "+" und schreiben:

n + m
statt
+(n, m).
Post by Christopher Creutzig
*Das* kann man natürlich per VI machen.
Ich kenne keinen anderen Weg. (Wenn man von den Peano-Axiomen, selbst im
Kontext der ML, ausgeht.- Dedekinds Rekursionssatz muss ja selbst auch
erst bewiesen werden.)
Post by Christopher Creutzig
Ich habe ja auch nie bestreiten wollen, dass es Aussagen gibt, für
deren Beweis man VI braucht. Nur ist es sicherlich nicht das *einzige*
Beweisverfahren für Allaussagen über natürliche Zahlen.
Nun ja... Wenn es um rein _logische_ Aussagen geht wohl nicht, also z.
B. um

An(n e N: n = n).

etc. Allerdings sobald ein rekursiv definierter Begriff ins Spiel
kommt... (Die üblichen arithmetischen Eigenschaften von + werden z. B.
üblicherweise -und wohl nicht ohne Grund- mittels VI bewiesen.)
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Aber angesichts dessen, was es an Modellen für die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom gibt, sind diese Allaussagen nur Trivialitäten. Auch „n+1 >
n“ folgt nicht ohne Induktionsaxiom. Die Axiome von der Existenz der 1 und
Nicht? Wie definierst Du denn a>b in den natürlichen Zahlen? Bei mir
ist das
a > b <==> es ex. c e |N mit a = b + c' .
Ja. Und die Einführung von "+" geschieht eben unter Zuhilfenahme des
Ind.-Axioms (->rekursive Def.)
Post by Christopher Creutzig
Und wenn ich damit für den Beweis von „n+1 > n“ das Induktionsaxiom
brauchen sollte, sehe ich nicht ganz, wo.
Ohne Def. von + keine Def. von > (so wie oben).

Es sei denn Du meinst hier mit "n+1" einfach nur "n'". Aber der einfache
Satz

An(n e N: n + 1 = n')

setzt natürlich voraus, dass die Operation + (schon) definiert ist.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
erzwingen. Solche Dinge wie „n+1 > n“ kann man natürlich auch "naiv"
beweisen. Nur würde ich das nicht als Verfahren bezeichnen.
Sondern?
Heuristische Argumentation?


K. H.
--
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Ralf Bader
2008-03-14 04:04:06 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
unerwünschten Assoziationen Anlaß. Dementsprechend ging es mir im
folgenden nicht um die Menge, sondern darum, daß da etwas "gebildet"
wird. Wir können das auf sich beruhen lassen, bevor es restlos in
Haarspalterei ausartet.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
In der modernen Mathematik bilden die natürlichen Zahlen eine Menge.
Sorry, das sollte keinen Prozess beschreiben.
Post by Ralf Bader
Nun gut, um "n+1" als Synonym für die Nachfolgerabbildung verwenden zu
können, ist nichts zu beweisen, ob nun mit oder ohne VI. Bei der
Definition der Addition sieht das anders aus.
Das verstehe ich jetzt nicht. Seit wann kann man Definitionen beweisen?
Ich will selbstverständlich keine Definitionen beweisen, aber beim
Aufstellen von Definitionen können sich Beweisnotwendigkeiten ergeben, z.B.
daß "dasjenige, welches..." auch wirklich eindeutig bestimt ist.
Post by Christopher Creutzig
Ich meine, die Definition der Addition auf den natürlichen Zahlen ist
doch schlicht
n + 0 = n
n + m' = n' + m
Beweisen könnte man daran allenfalls, dass die Addition wohldefiniert
ist, insbesondere die implizite Rekursion terminiert. *Das* kann man
natürlich per VI machen. Meinstest du diesen Schritt, oder noch etwas
Anderes?
Nein, ich meinte diesen Schritt, und da ist etwas (mehr als nur daß die
Rekursion terminiert) zu beweisen. Siehe Landaus Grundlagen und eine hier
kürzlich stattgefundene Diskussion.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Wieviel von Kapitel 1 in Landaus Grundlagen der Analysis (wäre
übrigens ein gutes Schulbuch: Daß die Schüler alles bisher Gelernte laut
Nr.2 aus dem "Vorwort für den Lernenden" vergessen dürfen, sollte
jedenfalls vielen Schülern gefallen) ist denn mit Deinen anderen
Verfahren machbar? Meine Behauptung, VI sei die einzige
Keine ahnung, ich habe das Buch nicht vorliegen.
Wer sucht, der findet. Es scheint auch irgendeinen automatischen Beweiser zu
geben, der mit einigem Aufwand Landaus Grundlagen durchgenudelt hat.
Post by Christopher Creutzig
Ich habe ja auch nie
bestreiten wollen, dass es Aussagen gibt, für deren Beweis man VI
braucht. Nur ist es sicherlich nicht das *einzige* Beweisverfahren für
Allaussagen über natürliche Zahlen.
Post by Ralf Bader
Aber angesichts dessen, was es an Modellen für die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom gibt, sind diese Allaussagen nur Trivialitäten. Auch „n+1
Post by Christopher Creutzig
n“ folgt nicht ohne Induktionsaxiom. Die Axiome von der Existenz der 1
und
Nicht? Wie definierst Du denn a>b in den natürlichen Zahlen? Bei mir
ist das
a > b <==> es ex. c e |N mit a = b + c' .
Und wenn ich damit für den Beweis von „n+1 > n“ das Induktionsaxiom
brauchen sollte, sehe ich nicht ganz, wo.
Nimm die Peano-Axiome ohne Induktionsaxiom. Sei M = N u X, N die natürlichen
Zahlen mit der Nachfolgerabbildung S:N->N, X eine beliebige zu N disjuunkte
Menge, f:X->X injektiv. Sei t = S u f: M->M. Soweit ich das überblicke,
erfüllt M mit der Nachfolgerabbildung t die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom. Jetzt mach mal mit Deiner Ordnung.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
erzwingen. Solche Dinge wie „n+1 > n“ kann man natürlich auch "naiv"
beweisen. Nur würde ich das nicht als Verfahren bezeichnen.
Sondern?
Das weiß ich im Moment auch nicht, ich will es ja nicht "frickeln" nennen.
Vielleicht magst Du "Die Widerspruchsfreiheit der reinen Zahlentheorie" von
Gerhard Gentzen anschauen. Das ist leichter zu finden als Landaus
Grundlagen (nämlich beim Göttinger Digitalisierungsserver), und, wie ich
neulich feststellen konnte, eine überraschend angenehme Lektüre. Da
Gentzens beweistheoretischer Ansatz eine Durchmusterung der möglichen
Schlußweisen mitbeinhaltet, steht da etwas zu dieser Frage.


Ralf
Christopher Creutzig
2008-03-14 12:37:43 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Nicht? Wie definierst Du denn a>b in den natürlichen Zahlen? Bei mir
ist das
a > b <==> es ex. c e |N mit a = b + c' .
Und wenn ich damit für den Beweis von „n+1 > n“ das Induktionsaxiom
brauchen sollte, sehe ich nicht ganz, wo.
Nimm die Peano-Axiome ohne Induktionsaxiom. Sei M = N u X, N die natürlichen
Zahlen mit der Nachfolgerabbildung S:N->N, X eine beliebige zu N disjuunkte
Menge, f:X->X injektiv. Sei t = S u f: M->M. Soweit ich das überblicke,
erfüllt M mit der Nachfolgerabbildung t die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom. Jetzt mach mal mit Deiner Ordnung.
Sei n e M. Dann gilt: Es ex. 0 e |N und n+1 = n + 0'. (Wegen 1=0' ist
das sogar unabhängig von der Definition der Addition.) Also gilt per
Definition n+1 > n. QED.

Ja, dass auf dieser Menge > keine Ordnung mehr ist, ist mir klar. Das
braucht der Beweis aber auch gar nicht, da ist das nur irgendeine
zweistellige Relation.
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
erzwingen. Solche Dinge wie „n+1 > n“ kann man natürlich auch "naiv"
beweisen. Nur würde ich das nicht als Verfahren bezeichnen.
Sondern?
Das weiß ich im Moment auch nicht, ich will es ja nicht "frickeln" nennen.
Zumal elementare Beweise dafür auch schlichtweg zu wichtig sind.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Ralf Bader
2008-03-16 00:24:22 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
Nicht? Wie definierst Du denn a>b in den natürlichen Zahlen? Bei mir
ist das
a > b <==> es ex. c e |N mit a = b + c' .
Und wenn ich damit für den Beweis von „n+1 > n“ das Induktionsaxiom
brauchen sollte, sehe ich nicht ganz, wo.
Nimm die Peano-Axiome ohne Induktionsaxiom. Sei M = N u X, N die
natürlichen Zahlen mit der Nachfolgerabbildung S:N->N, X eine beliebige
zu N disjuunkte Menge, f:X->X injektiv. Sei t = S u f: M->M. Soweit ich
das überblicke,
erfüllt M mit der Nachfolgerabbildung t die Peano-Axiome ohne
Induktionsaxiom. Jetzt mach mal mit Deiner Ordnung.
Sei n e M. Dann gilt: Es ex. 0 e |N und n+1 = n + 0'. (Wegen 1=0' ist
das sogar unabhängig von der Definition der Addition.) Also gilt per
Definition n+1 > n. QED.
Ja, dass auf dieser Menge > keine Ordnung mehr ist, ist mir klar. Das
braucht der Beweis aber auch gar nicht, da ist das nur irgendeine
zweistellige Relation.
Gut. Dann definiere ich a>b halt anders. Es mißfiel mir sowieso, daß da die
Addition drinsteckt. Also a>0 für jedes a != 0, und wann immer a>b ist auch
a'>b', und > ist als Relation (Menge geordneter Paare) der Durchschnitt
aller Relationen mit diesen Eigenschaften. Oder a>b gdw. b=0, a != 0 oder
Ec,d mit a=c', b=d', c>d.


Ralf

Karl Heinze
2008-03-13 14:14:01 UTC
Permalink
[...] Dementsprechend ging es mir im folgenden nicht um die Menge,
sondern darum, daß da etwas "gebildet" wird.
Nun ja... Selbst bei Cantor findet man Anklänge an dieses Bild:

"Unter einer 'Menge' verstehen wir jede Zusammenfassung M von bestimmten
wohlunterschiedenen Objekten m unserer Anschauung oder unseres Denkens
(welche die 'Elemente' von M genannt werden) zu einem Ganzen."
Wir können das auf sich beruhen lassen ...
Fein.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
In der modernen Mathematik bilden die natürlichen Zahlen eine Menge.
Um nochmal Hilbert zu zitieren:

"Will man in Kürze die neue Auffassung des Unendlichen, der Cantor
Eingang verschafft hat, charakterisieren, so könnte man wohl sagen: in
der Analysis haben wir es nur mit dem Unendlichkleinen und dem
Unendlichgroßen als Limesbegriff, als etwas Werdendem, Entstehendem,
Erzeugtem, d.h., wie man sagt, mit dem potentiell Unendlichen zu tun.
Aber das eigentlich Unendliche selbst ist dies nicht. Dieses haben wir
z.B., wenn wir die Gesamtheit der Zahlen 1,2,3,4, ... selbst als eine
fertige Einheit betrachten oder die Punkte einer Strecke als eine
Gesamtheit von Dingen ansehen, die fertig vorliegt. Diese Art des
Unendlichen wird als aktual unendlich bezeichnet."

(David Hilbert, Über das Unendliche, Math. Ann. 95 (1925) p. 167)


K. H.
--
E-mail: info<at>simple-line<Punkt>de
Karl Heinze
2008-03-13 14:02:55 UTC
Permalink
On Thu, 06 Mar 2008 16:27:51 +0100, Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Ich beziehe mich hinsichtlich der natürlichen Zahlen auf die
Peano-Axiome.
Die definieren, was eine natürliche Zahl ist.
Wobei diese üblicherweise so formuliert werden, dass sie auf eine Menge
N Bezug nehmen. (Auch wenn man manchmal liest "1 ist eine natürliche
Zahl." - gemeint ist üblicherweise: 1 e N.)
Post by Christopher Creutzig
Ohne so etwas wie eine Schachtel außen drumherum ist es schon nicht
ganz trivial, so einen Begriff wie „für alle natürlichen Zahlen gilt“
ordentlich zu fassen.
Genau. Ich bin leider auf diesem Gebiet kein Experte, aber ich habe mir
überlegt, dass man die Peano-Axiome statt unter Bezugnahme auf die
/Menge/ IN auch unter Bezugnahme auf ein Prädikat Nx ("x ist eine natür-
liche Zahl") formulieren könnte. ("N" wäre hier also eine Prädikats-
konstante, und nicht Symbol für eine Menge.)

Das würde dann so aussehen:

A1 N0
A2 Ax(Nx -> Nx')
A3 Ax(Nx -> x' =/= 0)
A4 AxAy(Nx & Ny & x' = y' -> x = y)
A5 Tja...

Vielleicht auf der Ebene der Logik der 2ten Stufe:

AP(P0 & Ax(Nx & Px -> Px') -> Ax(Nx -> Px).

Und wenn man dann noch "intuituv" mit Mengen hantieren möchte, könnte
man setzen:

IN := {x : Nx}.

(Natürlich wird es üblicherweise gerade umgekehrt gemacht: Nx :<-> x e
IN ...x ist eine natürliche Zahl.)
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Was das "statische Gebilde" anbetrifft: Welches "Axiom der Mathematik"
verlangt derartiges? [...]
INF aus ZFC.
Jo.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
anfangen soll, irgendwas sei ein "statisches Gebilde". Auch die Behauptung,
Es ist meta-mathematisch durchaus wichtig, dass die natürlichen Zahlen
in der modernen Sichtweise, wie sie in der VI zu finden ist, keinen
Prozess darstellen [...], sondern dass die natürlichen Zahlen als
Gesamtheit einfach „sind“. Was auch immer [dieses] „Sein“ [...] sein mag.
Ja.

"Will man in Kürze die neue Auffassung des Unendlichen, der Cantor
Eingang verschafft hat, charakterisieren, so könnte man wohl sagen: in
der Analysis haben wir es nur mit dem Unendlichkleinen und dem
Unendlichgroßen als Limesbegriff, als etwas Werdendem, Entstehendem,
Erzeugtem, d.h., wie man sagt, mit dem potentiell Unendlichen zu tun.
Aber das eigentlich Unendliche selbst ist dies nicht. Dieses haben wir
z.B., wenn wir die Gesamtheit der Zahlen 1,2,3,4, ... selbst als eine
fertige Einheit betrachten oder die Punkte einer Strecke als eine
Gesamtheit von Dingen ansehen, die fertig vorliegt. Diese Art des
Unendlichen wird als aktual unendlich bezeichnet."

(David Hilbert, Über das Unendliche, Math. Ann. 95 (1925) p. 167)
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen unzutreffend.
In der modernen Mathematik bilden die natürlichen Zahlen eine Menge.
Ja.
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Daß da gern zu einer Schachtel- und Sackmetaphorik gegriffen wird,
ist naheliegend, trifft die Sache aber nicht.
Da gibt es durchaus anderslautende Auffassungen:

"Zur Warnung sei gesagt: eine Schachtel, die einen Hut
enthält und sonst nichts, ist nicht dasselbe wie ein
Hut [...]. Zwar hat die Analogie zwischen Mengen und
Hutschachteln viele schwache Stellen, dennoch ver-
mittelt sie zuweilen ein richtiges Bild der Tatsachen."

(Paul R. Halmos, Naive Mengenlehre)
Post by Christopher Creutzig
Post by Ralf Bader
Genauso könnte man zu einer Mitgliedsmetaphorik greifen
(die natürlichen Zahlen sind die "Mitglieder" einer gewissen Menge, mit
entsprechenden Mitgliedsausweisen, aber sie stecken nicht drin in der
Menge).
Ja, das wäre wohl möglich.
Post by Christopher Creutzig
Natürlich. Ich weiß nicht, was zur Zeit en vogue ist, um den
Mengenbegriff einzuführen. Ich stamme aus der Generation, die
Plastikteile nach Form, Größe und Farbe in Wollknäuelschleifen
sortieren musste.
Ich denke, es ist wohl bei dem Sack-, Schachtel- bzw. Kästchenbild
geblieben; schließlich "hat die Analogie zwischen Mengen und Schachteln
[zwar] viele schwache Stellen, dennoch vermittelt sie zuweilen ein
richtiges Bild der [mengentheoretischen] Tatsachen." :-)


F.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 12:22:01 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Diese Menge [der nat. Zahlen] ist der Inbegriff aller natürlichen
Zahlen. Was ist daran schwierig?
Ich sage jetzt einfach mal: /aktuale Unendlichkeit/. (Mehr dazu weiter
unten).
Post by Ralf Bader
Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter
fortsetzen läßt, ist eine Grundintuition.
Und hier: /potentielle Unendlichkeit/.

Und was Deine Frage betrifft, erst mal:

"Wenn man sich über den Ursprung des weitverbreiteten Vorurteils gegen
das aktuale Unendliche, des horror infiniti in der Mathematik volle
Rechenschaft geben will, so muß man vor allem den Gegensatz scharf ins
Auge fassen, der zwischen dem aktualen und dem potentialen Unendlichen
besteht. Während das potentiale Unendliche nichts anderes bedeutet als
eine unbestimmte, stets endlich bleibende, veränderliche Größe, die
Werte anzunehmen hat, welche entweder kleiner werden als jede noch so
kleine, oder größer werden als jede noch so große endliche Grenze,
bezieht sich das aktuale Unendliche auf ein in sich festes, konstantes
Quantum, das größer ist als jede endliche Größe derselben Art. So stellt
uns beispielsweise eine veränderliche Größe x, die nacheinander die
verschiedenen endlichen ganzen Zahlwerte 1, 2, 3, ..., n, ... anzunehmen
hat, ein potentiales Unendliches vor, wogegen die durch ein Gesetz
begrifflich durchaus bestimmte Menge (n) aller ganzen endlichen Zahlen n
das einfachste Beispiel eines aktual-unendlichen Quantums darbietet.

Die wesentliche Verschiedenheit, welche hiernach zwischen den Begriffen
des potentialen und aktualen Unendlichen besteht, hat es
merkwürdigerweise nicht verhindert, daß in der Entwicklung der neueren
Mathematik mehrfach Verwechslungen beider Ideen vorgekommen sind,
derart, daß in Fällen, wo nur ein potentiales Unendliches vorliegt,
fälschlich ein Aktual-Unendliches angenommen wird, oder daß umgekehrt
Begriffe, welche nur vom Gesichtspunkte des aktualen Unendlichen einen
Sinn haben, für ein potentiales Unendliches gehalten werden.

Beide Arten der Verwechselung müssen als Irrtümer betrachtet werden."

(G. Cantor, Gesammelte Anhandlungen, p. 409 f)

Und dem "aktual Unedlichen" in der Mathematik Geltung zu verschaffen,
WAR ein schwieriger Prozess:

"Cantor's work was well received by some of the prominent mathematicians
of his day, such as Richard Dedekind. But his willingness to regard
infinite sets as objects to be treated in much the same way as finite
sets was bitterly attacked by others, particularly Kronecker. There was
no objection to a 'potential infinity' in the form of an unending
process, but an 'actual infinity' in the form of a completed infinite
set was harder to accept."

(Herb Enderton, Elements of Set Theory)

Aber schließlich haben sich Cantors Ideen dann doch durchgesetzt:

"Will man in Kürze die neue Auffassung des Unendlichen, der Cantor
Eingang verschafft hat, charakterisieren, so könnte man wohl sagen: in
der Analysis haben wir es nur mit dem Unendlichkleinen und dem
Unendlichgroßen als Limesbegriff, als etwas Werdendem, Entstehendem,
Erzeugtem, d.h., wie man sagt, mit dem potentiell Unendlichen zu tun.
Aber das eigentlich Unendliche selbst ist dies nicht. Dieses haben wir
z.B., wenn wir die Gesamtheit der Zahlen 1,2,3,4, ... selbst als eine
fertige Einheit betrachten oder die Punkte einer Strecke als eine
Gesamtheit von Dingen ansehen, die fertig vorliegt. Diese Art des
Unendlichen wird als aktual unendlich bezeichnet."

(David Hilbert, Über das Unendliche, Math. Ann. 95 (1925) p. 167)

Und auf eben die oben angesprochenen Zusammenhänge wollte wohl auch CC
Post by Ralf Bader
Ja, aber dass diese "Folge" eine vernünftige "Menge", also ein
statisches Gebilde, bildet, ist ein Axiom der [Mengenlehre], das
nur auf sich selbst begründet eingeführt werden kann.
Und vermutlich bezieht er sich hier auf das Unendlichkeitsaxiom (->ZFC)
INF.
Post by Ralf Bader
Ich beziehe mich hinsichtlich der natürlichen Zahlen auf die Peano-Axiome.
Was das "statische Gebilde" anbetrifft: Welches "Axiom der Mathematik"
verlangt derartiges?
INF. (Entsprechend "interpretiert".)
Post by Ralf Bader
Ich weiß nicht, was man /mathematisch/ mit der Aussage
anfangen soll, irgendwas sei ein "statisches Gebilde".
Naja, Hilbert spricht oben von einer "fertigen Einheit". Ich denke *er*
wird schon gewusst haben, was er damit meint... Vermutlich dann doch
etwas "mathematisch Relevantes", würde ich sagen. (Oder vielmehr
"meta-mathematisch" Relevantes... ;-)
Post by Ralf Bader
Auch die Behauptung, daß diese Folge eine Menge bilde, ist genau besehen
unzutreffend.
Gemeint ist wohl, dass SÄMTLICHE Elemente der "Folge" (also alle
natürlichen Zahlen) eine Menge (ein "fertiges Objekt") bilden.
Post by Ralf Bader
Die "Menge der natürlichen Zahlen" ist ein keiner weiteren
Charakterisierung bedürftiges Abstraktum, das allein dadurch
gekennzeichnet ist, daß jede natürliche Zahl zu diesem Ab-
straktum in einer nicht näher spezifizierten Relation "ent-
halten in" steht
Na, na, na... Ich würde mal sagen, dass die Peano-Axiome dieses
_besondere_ Abstraktum (eben die Menge der natürlichen Zahlen) doch
einigermaßen charakterisieren... :-)

Tatsächlich wird ja /natürliche Zahl/ definiert als: ist Element von N
(oder im Rahmen der axiomatischen Mengelehre w).

Ja, ist mir schon klar... Du sprichts hier wohl eher über den
Mengenbegriff im allgemeinen...
Post by Ralf Bader
Daß da gern zu einer Schachtel- und Sackmetaphorik gegriffen wird,
ist naheliegend, trifft die Sache aber nicht.
Bis zu einem gwissen Grad aber doch. Halmos verwendet z. B. an einer
Stelle das Bild von "Hutschachteln":

"Zur Warnung sei gesagt: eine Schachtel, die einen Hut
enthält und sonst nichts, ist nicht dasselbe wie ein
Hut [...]. Zwar hat die Analogie zwischen Mengen und
Hutschachteln viele schwache Stellen, dennoch ver-
mittelt sie zuweilen ein richtiges Bild der Tatsachen."

(Paul R. Halmos, Naive Mengenlehre)

Verzeih mir, dass ich doch eher geneigt bin Halmos Ansicht zu folgen,
als der von Dir geäußerten... :-)


K. H.
--
E-mail: info<at>simple-line<Punkt>de
Thomas Haunhorst
2008-03-04 19:46:49 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
In der Schulmathematik wird so vieles nicht wirklich
bewiesen, und die wenigsten Schüler werden wirklich verstanden haben,
was es mit dieser unendlich großen Menge, die nur aus endlichen Zahlen
besteht, auf sich hat,
Diese Menge ist der Inbegriff aller natürlichen Zahlen. Was ist daran
schwierig? Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter
fortsetzen läßt, ist eine Grundintuition. Offenbar gibt es Menschen, die
dieser Grundintuition nicht teilhaftig sind, aber andere sind es, schon als
Kinder.
Mglw. kommt es darauf an was oben mit "auf sich hat" gemeint ist.
Macht man ein Verständnis der natürlichen Zahlen an der Kenntnis von
Strukturen fest, so wird man mglw. nicht von /dem/ Begriff der na-
türlichen Zahlen sprechen können, zumal dann, wenn gewisse Strukturen,
deren Träger die Menge der natürlichen Zahlen sind, nicht axiomati-
sierbar sind.

Zu einem Begriff gehört eben auch ein /Sinn/ (oder seine Bedeutung),
und dieser wird etwa bei unterschiedlichen Charakterisierungen der
natürlichen Zahlen etwas anders ausfallen können. Nehmen wir etwa das
Axiomensystem ES, welches ich in dsm schon vorgestellt habe. Das
kleinste-Element-Prinzip hat eine ganz andere Bedeutung als etwa das
Induktionsprinzip. Erst im Zusammenhang anderer Axiome kann man
zeigen, dass gewisse Prinzipien äquivalent sind.

So gesehen spiegeln auch zueinander aquivalente Axiomensysteme
/zunächst/ auch nur unterschiedliche Begriffe wider (eben wegen ihrer
unterschiedlichen Bedeutung).

In den Schulen gibt es - ich sag' es 'mal so - ein gewisses
/Vorverständnis/ der natürlichen Zahlen, das jedoch nicht auf einem
streng axiomatischen Aufbau beruht. Es wird mglw. an gewisse
Intuitionen appelliert; aber auch eine Kenntnis der Techniken
(Rechentechnik oder Zählen etwa) muss nicht ausreichen, um sich einen
Begriff zu bilden. Außerdem ist das Vorverständnis, welches man sich
in der Schule hinsichtlich der natürlichen Zahlen aneignet, für einen
wissenschaftlichen Begriff der natürlichen Zahlen nicht angemessen
bzw. nicht relevant. Z.B. kann sich ein Prüfling in einer Vordiploms-
prüfung nicht auf eine "Grundintuition" berufen, sondern sollte sich
an die Begriffscharakterisierungen halten, die er im Studium oder in
diesem wissenschaftlichen Umfeld lernt.

IMHO sollte man an Schulen keine Angst vor Abstraktion haben. Wieso
sollte es nicht möglich sein, in einem gewissen Rahmen, einen Begriff
von Regel-Kalkülen nahezubringen, dann (hierauf aufbauend) den Begriff
regelabgeschlossener Mengen und schließlich den Begriff des kleinsten
Abschluß dieser Mengen. Aber ich bin kein Didaktiker, dennoch glaube
ich, dass man den Kindern und Jugendlichen durchaus mehr zumuten kann,
als man von sich selber (zurückversetzt in seine Schulzeit?) erwartet
hätte. (Hm ...)

Aber, klar, ich weiß auch, dass nicht alle Mathematiker werden
wollen. Aber ich habe mir neulich auch die Sendung des Nachtstu-
dios im ZDF über Mathematik angesehen, wobei mir noch 'mal klar
geworden ist, dass das, worum die Mathematik sich bemüht, nur schwer
für Laien herüber zu bringen ist. Begriffe in der Mathematik sind
/eben/ nun 'mal Begriffe in einer Sprache, die man erst erlernen muss,
und ich glaube, dass die Sprache der Mathematik ihren Begriffen so ein
Eigenleben (ähm ... Sinn) gibt, dass man hier mit "Grundintuitionen"
nicht mehr weiteres erklären kann, auch keine Begriffe; man muss die
Sprache lernen, ebenso wie wenn man eine Fremdsprache lernt.
--
Thomas Haunhorst
Thomas Haunhorst
2008-03-04 20:07:11 UTC
Permalink
Post by Ralf Bader
Post by Christopher Creutzig
In der Schulmathematik wird so vieles nicht wirklich
bewiesen, und die wenigsten Schüler werden wirklich verstanden haben,
was es mit dieser unendlich großen Menge, die nur aus endlichen Zahlen
besteht, auf sich hat,
Diese Menge ist der Inbegriff aller natürlichen Zahlen. Was ist daran
schwierig? Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter
fortsetzen läßt, ist eine Grundintuition. Offenbar gibt es Menschen, die
dieser Grundintuition nicht teilhaftig sind, aber andere sind es, schon als
Kinder.
Mglw. kommt es darauf an was oben mit "auf sich hat" gemeint ist.
Macht man ein Verständnis der natürlichen Zahlen an der Kenntnis von
Strukturen fest, so wird man mglw. nicht von /dem/ Begriff der na-
türlichen Zahlen sprechen können, zumal dann, wenn gewisse Strukturen,
deren Träger die Menge der natürlichen Zahlen sind, nicht axiomati-
sierbar sind.

Zu einem Begriff gehört eben auch ein /Sinn/ (oder seine Bedeutung),
und dieser wird etwa bei unterschiedlichen Charakterisierungen der
natürlichen Zahlen etwas anders ausfallen können. Nehmen wir etwa das
Axiomensystem ES, welches ich in dsm schon vorgestellt habe. Das
kleinste-Element-Prinzip hat eine ganz andere Bedeutung als etwa das
Induktionsprinzip. Erst im Zusammenhang anderer Axiome kann man
zeigen, dass gewisse Prinzipien äquivalent sind.

So gesehen spiegeln auch zueinander aquivalente Axiomensysteme
/zunächst/ auch nur unterschiedliche Begriffe wider (eben wegen ihrer
unterschiedlichen Bedeutung).

Bei den Schülern gibt es - ich sag' es 'mal so - ein gewisses
/Vorverständnis/ der natürlichen Zahlen, das jedoch nicht auf einem
streng axiomatischen Aufbau beruht. Es wird mglw. an gewisse
Intuitionen appelliert; aber auch eine Kenntnis der Techniken
(Rechentechnik oder Zählen etwa) muss nicht ausreichen, um sich einen
Begriff zu bilden. Außerdem ist das Vorverständnis, welches man sich
in der Schule hinsichtlich der natürlichen Zahlen aneignet, für einen
wissenschaftlichen Begriff der natürlichen Zahlen nicht angemessen
bzw. nicht relevant. Z.B. kann sich ein Prüfling in einer Vordiploms-
prüfung nicht auf eine "Grundintuition" berufen, sondern sollte sich
an die Begriffscharakterisierungen halten, die er im Studium oder in
diesem wissenschaftlichen Umfeld lernt.

IMHO sollte man an Schulen keine Angst vor Abstraktion haben. Wieso
sollte es nicht möglich sein, in einem gewissen Rahmen, einen Begriff
von Regel-Kalkülen nahezubringen, dann (hierauf aufbauend) den Begriff
regelabgeschlossener Mengen und schließlich den Begriff des kleinsten
Abschluß dieser Mengen. Aber ich bin kein Didaktiker, dennoch glaube
ich, dass man den Kindern und Jugendlichen durchaus mehr zumuten kann,
als man von sich selber (zurückversetzt in seine Schulzeit?) erwartet
hätte. (Hm ...)

Aber, klar, ich weiß auch, dass nicht alle Mathematiker werden
wollen. Aber ich habe mir neulich auch die Sendung des Nachtstu-
dios im ZDF über Mathematik angesehen, wobei mir noch 'mal klar
geworden ist, dass das, worum die Mathematik sich bemüht, nur schwer
für Laien herüber zu bringen ist. Begriffe in der Mathematik sind
/eben/ nun 'mal Begriffe in einer Sprache, die man erst erlernen muss,
und ich glaube, dass die Sprache der Mathematik ihren Begriffen so ein
Eigenleben (ähm ... Sinn) gibt, dass man hier mit "Grundintuitionen"
nicht mehr weiteres erklären kann, auch keine Begriffe; man muss die
Sprache lernen, ebenso wie wenn man eine Fremdsprache lernt.
--
Thomas Haunhorst
Karl Heinze
2008-03-13 02:50:41 UTC
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Post by Ralf Bader
Diese Menge ist der Inbegriff aller natürlichen Zahlen.
Ah ja, der Inbegriff... Und was soll DAS bitteschön sein.

Auch der Verweis auf Cantor hilft da nicht wirklich weiter:

"Unter einer 'Mannigfaltigkeit' oder 'Menge' verstehe ich nämlich
allgemein jedes Viele, welches sich als Eines denken lässt, d.h. jeden
Inbegriff bestimmter Elemente, welcher durch ein Gesetz zu einem Ganzen
verbunden werden kann, [...]."

Dann doch lieber so:

"Unter einer 'Menge' verstehen wir jede Zusammenfassung M von bestimmten
wohlunterschiedenen Objekten m unserer Anschauung oder unseres Denkens
(welche die 'Elemente' von M genannt werden) zu einem Ganzen."
Post by Ralf Bader
Was ist daran schwierig?
Nun ja, ...

Sie [die Mengenlehre] stellt einen der größten und kühnsten Schritte
dar, die die mathematische Entwicklung jemals getan hat, einen Schritt,
der eine wissenschaftliche Revolution von nicht geringerer Tragweite
bedeutet als das Kopernikanische Weltsystem in der Astronomie, als die
Einsteinsche Relativitätstheorie oder die Plancksche Quantenlehre in der
Physik. (Adolf Fraenkel)

The solution of the difficulties which formerly surrounded the
mathematical infinite is probably the greatest achievement of which our
age has to boast. (Bertrand Russell)

The great German mathematician Georg Cantor was the earliest person to
construct a coherent theory of counting collections that may be
infinite. (John H. Conway, Richard K. Guy)
Post by Ralf Bader
Daß sich die Folge der natürlichen Zahlen immer weiter fortsetzen
läßt, ist eine Grundintuition.
Das ist wahr. Damit ist aber lediglich der Aspekt der /potentiellen
Unendlichkeit/ der natürlichen Zahlen angesprochen.

Bei der /Menge/ der nat. Zahlen geht es aber um /aktuale Unendlichkeit/:

"Cantor's work was well received by some of the prominent mathematicians
of his day, such as Richard Dedekind. But his willingness to regard
infinite sets as objects to be treated in much the same way as finite
sets was bitterly attacked by others, particularly Kronecker. There was
no objection to a 'potential infinity' in the form of an unending
process, but an 'actual infinity' in the form of a completed infinite
set was harder to accept."

(Herb Enderton, Elements of Set Theory)


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 01:20:22 UTC
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Post by Joachim Mohr
Post by Christopher Creutzig
Meine Aussage war außerdem nicht, ich wolle den Beweis ohne VI führen,
ich wollte ihn nur so umformulieren, dass er keine unspezifizierten
Pünktchen mehr enthält. Mehr nicht, ehrlich!
OK!
Ufff! :-)
Post by Joachim Mohr
Auf jeden Fall wird jeder (ich damals und du wohl auch "damals"),
der die vollständige Induktion nicht kennt, und als erstes Beispiel
der vollständigen Induktion
1 + 2 + 3 + ... + n = n(n+1)/2
kennen lernt oder eine ähnliche Formel, sich an den Kopf schlagen und
- wie der OP fragen: Warum nicht folgender "direkter" Beweis
2*(1 + 2 + 3 + ... + n) = (n+1) + ... (n+1) (n mal)...
Wie ja bekanntlich GAUSS (als Schüler) schon vorgegangen ist. :-)
Post by Joachim Mohr
Und das war wohl die Frage von Roman.
Ja, sehe ich auch so.

Und ich denke, die Antwort (aus der Sicht des Mathematikers) liegt nicht
zuletzt in der Problematik der "Pünktchendarstellung". Denn erst die
Darstellung mittels des Summen-Symbols erlaubt einen streng /formalen/
(oder doch zumindest streng formalisierbaren) Beweis. Z. B.

n n n n n n
2 * SUM i = SUM i + SUM i = SUM i + SUM (n+1)-i = SUM n+1 = n*(n+1).
i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1

Daher:

n
SUM i = n*(n+1)/2.
i=1

qed.

Hier FEHLEN aber natürlich noch die ganzen Beweise für die behaupteten
"Gleichungen".
Post by Joachim Mohr
Und ehrlich gesagt: Dieser Beweis gefällt mit besser.
Ja, er hat was. :-)

Er ist zwar, wenn mithilfe des Summen-Symbols formuliert, nicht mehr
ganz so "offensichtlich", aber dafür wenigstens formal in Ordnung.

Ja, ich habe mich auch schon gefragt, weshalb man den Beweis für

n
SUM i = n*(n+1)/2.
i=1

üblicherweise _nicht_ wie oben angegeben führt. Wozu auf ein "low level
tool" (wie VI) zurückgreifen, wenn man so etwas Schönes und Mächtiges
wie das Summen-Symbol zur Verfügung hat?
Post by Joachim Mohr
Das Problem der Didaktik der vollständigen Induktion ist,
dass man den Schüler (Student) mit einer Logik überrumpelt,
die er noch nicht so verinnerlicht hat.
Ja. Sehe ich auch so.


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 01:26:02 UTC
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Post by Karl Heinze
Post by Joachim Mohr
Und ehrlich gesagt: Dieser Beweis gefällt mit besser.
Ja, er hat was. :-)
Er ist zwar, wenn mithilfe des Summen-Symbols formuliert, nicht mehr
ganz so "offensichtlich", aber dafür wenigstens formal in Ordnung.
Ja, ich habe mich auch schon gefragt, weshalb man den Beweis für
n
SUM i = n*(n+1)/2.
i=1
üblicherweise _nicht_ wie oben angegeben führt. Wozu auf ein "low level
tool" (wie VI) zurückgreifen, wenn man so etwas Schönes und Mächtiges
wie das Summen-Symbol zur Verfügung hat?
Aber wir sind ja mit dieser Auffassung offenbar nicht ganz alleine.
Johannes Kloos hatte geschrieben:


"...Knuth macht das genau so."


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 00:59:42 UTC
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[...] Rein syntaktische Manipulation, ohne jede Semantik.
Ja.
Wie ist es mit
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
Wie beweist Du diese Formel ohne Induktion?
??? Was hat das mit dem oben von Christopher Creutzig Gesagten zu tun?
Und ja, man zeigt das üblicherweise mittels Induktion.
Für mich ist intuitiv
sum(i, 1 <= i <= n) = 1 + 2 + 3 + ... + n
und
sum(n-i+1, 1 <= i <= n) = n + (n-1) + ... + 1
Ja.
Aber formal: ...
Kein Problem.


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 00:56:12 UTC
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On Sat, 01 Mar 2008 00:45:35 +0100, Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
==>
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i+1, 1 <= i <= n))/2
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)
Das ist ein semantischer Beweis [...].
Die Bedeutung von sum(i, 1 <= i <= n) als Summe 1 + 2 + ... + n
brauchst Du dafür. Formuliere Deinen Beweis mal nur syntaktisch
(nur nach nach Deduktionsregeln). Ich nehme an, das wird Dir
nicht gelingen.
Wieso?
Ja, das habe ich mich auch gefragt. :-)
Post by Christopher Creutzig
Meine Regeln beinhalten natürlich so Dinge wie sum(f(i),
a<=i<=b) + sum(g(i), a<=i<=b) = sum(f(i)+g(i),a<=i<=b). Eine
Interpretation als g(a)+...+g(b) brauche ich dafür in keinster Weise,
allenfalls für die letzte Zeile, und auch da nicht wirklich, da brauche
ich eigentlich nur die Regel sum(f, a<=i<=b) = (b-a+1)*f für von i
unabhängiges f. Rein syntaktische Manipulation, ohne jede Semantik.
Deine "Regeln" sind natürlich (üblicherweise) Sätze, die man "vorher"
irgendwann mal explizit bewiesen hat. (Vorzugsweise unmittelbar nach
Einführung des Summen-Symbols mittels rekursiver Definition.)


F.
--
E-mail: info<at>simple-line<Punkt>de
Christopher Creutzig
2008-03-13 16:07:24 UTC
Permalink
Post by Karl Heinze
On Sat, 01 Mar 2008 00:45:35 +0100, Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
Meine Regeln beinhalten natürlich so Dinge wie sum(f(i),
a<=i<=b) + sum(g(i), a<=i<=b) = sum(f(i)+g(i),a<=i<=b). Eine
Deine "Regeln" sind natürlich (üblicherweise) Sätze, die man "vorher"
irgendwann mal explizit bewiesen hat. (Vorzugsweise unmittelbar nach
Jein. Natürlich stammen sie daher. Natürlich würde ich sie ineme
anderen Menschen genau so nahebringen. Die Frage, auf die ich
geantwortet habe, war allerdings, wie ein Computer das lernen sollte,
und einem Computer erkläre ich die Regeln nicht, nach denen er arbeiten
soll, sondern gebe sie ihm einfach. Der braucht an das Summensymbol
keine Interpretation zu knüpfen.

Ich bin kein Fachmann für symbolische Summation, da kenne ich nur die
gängigen Verfahren von einer eher abstrakten Ebene aus. Bei
automatisierten Beweisverfahren habe ich nicht einmal diesen Überblick,
sondern kenne allenfalls einzelne Schlaglichter. Der weiter oben
genannte Arithmetisierungsansatz würde aber sicherlich funktionieren,
ist nur einfach deswegen uninteressant, weil er relativ viel Aufwand für
eine eher verschwindend kleine Problemklasse benötigt, die sich viel
einfacher erledigen lässt.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Karl Heinze
2008-03-13 17:03:24 UTC
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On Thu, 13 Mar 2008 17:07:24 +0100, Christopher Creutzig
Post by Karl Heinze
Post by Christopher Creutzig
Meine Regeln beinhalten natürlich so Dinge wie sum(f(i),
a<=i<=b) + sum(g(i), a<=i<=b) = sum(f(i)+g(i),a<=i<=b). Eine
Deine "Regeln" sind natürlich (üblicherweise) Sätze, die man "vorher"
irgendwann mal explizit bewiesen hat. (Vorzugsweise unmittelbar nach
Einführung des Summen-Symbols mittels rekursiver Definition.)
Jein.
Ich meinte jetzt im Kontext eines üblichen mathematischen Textes.

Denn diese verstehen sich ja nicht einfach so "von selbst" und sind auch
keine _logischen_ (Schluss-)Regeln. (Auf eine "Interpretation" bzw. ein
semantisches Verständnis des Summensymbols will ich hier gar nicht
anspielen!)
Natürlich stammen sie daher. Natürlich würde ich sie einem
anderen Menschen genau so nahebringen. Die Frage, auf die ich
geantwortet habe, war allerdings, wie ein Computer das lernen sollte,
und einem Computer erkläre ich die Regeln nicht, nach denen er arbeiten
soll, sondern gebe sie ihm einfach.
Ja. DORT wären das dann sozusagen (implementierte) "Schlussregeln".
Der braucht an das Summensymbol keine Interpretation zu knüpfen.
Ja, klar.


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 00:50:42 UTC
Permalink
Post by Christopher Creutzig
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
==>
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i+1, 1 <= i <= n))/2
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)
Das ist ein semantischer Beweis.
Hüstel... Wohl eher nicht. (Klar werden unsere /syntaktisch/ geführten
Beweise in der Regel von "semantischen Überlegungen" motiviert.)
Die Bedeutung von sum(i, 1 <= i <= n) als Summe 1 + 2 + ... + n
brauchst Du dafür.
Ja, und nein. Wenn man sich auf den streng syntaktischen Standpunkt
stellt, könnte man ja behaupten, dass auch schon der Ausdruck "1 + 2 +
... + n" nicht sauber definiert ist... Dass man also das zu beweisende
Theorem so zu formulieren habe:

sum(i, 1 <= i <= n) = n*(n+1)/2. (*)

Weitere Möglichkeit ist, dass man den Ausdruck "1 + 2 + ... + n"
explizit definiert:

1 + 2 + ... + n =df sum(i, 1 <= i <= n).

Dann kann man (*) wieder wie üblich formulieren:

1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2.

Wobei hier alles streng "formal" zugeht.
Formuliere Deinen Beweis mal nur syntaktisch (nur nach nach Deduktionsregeln).
Ich nehme an, das wird Dir nicht gelingen.
Worum nicht? Etwas mühsam vielleicht das ganze. Aber kein
_prinzipielles_ Problem. Ganz im Gegenteil!

Wobei ich als Summensymbol natürlich das übliche

.
SUM
i=.

Christopher Creutzigs

sum(i, . <= i <= .)

vorziehen würde. Letzteres kenne ich so gar nicht. Aber man kann ja auch
(wiederum) kurzerhand "definieren":

y
sum(i, x <= i <= y) =df SUM
i=x

(Wobei hier die "Definition" als symbolische Abkürzung verstanden wird.)


K. H.
--
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Christopher Creutzig
2008-03-13 16:14:01 UTC
Permalink
Post by Karl Heinze
Wobei ich als Summensymbol natürlich das übliche
.
SUM
i=.
Christopher Creutzigs
sum(i, . <= i <= .)
vorziehen würde. Letzteres kenne ich so gar nicht. Aber man kann ja auch
Ich schreibe normalerweise sum(f(i), i=a..b), aber wenn ich im Satz
davor gerade davon spreche, den Beweis ohne Pünktchen zu führen, kommt
mir das dann doch etwas komisch vor. :-)

2D-Notation finde ich für kleinere Summen eher unnötig und in ASCII
auch nicht wirklich besser lesbar - und wenn schon, dann doch bitte eher
das übliche
b
---
\
/ f(i)
---
i = a
statt eines "SUM" als Ersatz für das große Sigma. :-) (Ehrlich, mit dem
SUM finde ich das Ganze nicht so richtig lesbar. \sum_{i=a}^{b}f(i) ist
auch nicht viel besser.)

Aber das liegt wohl daran, dass ich bei arithmetisierter Mathematik
immer die Programmiererbrille auf habe, und da ist es schon alleine für
den Parser leichter, eine lineare Darstellung zu haben.
--
if all this stuff was simple, we'd
probably be doing something else. -- Daniel Lichtblau, s.m.symbolic
Karl Heinze
2008-03-13 16:57:47 UTC
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On Thu, 13 Mar 2008 17:14:01 +0100, Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
Post by Karl Heinze
Wobei ich als Summensymbol natürlich das übliche
.
SUM
i=.
Christopher Creutzigs
sum(i, . <= i <= .)
vorziehen würde. Letzteres kenne ich so gar nicht. Aber man kann ja auch
Ich schreibe normalerweise sum(f(i), i=a..b), aber wenn ich im Satz
davor gerade davon spreche, den Beweis ohne Pünktchen zu führen, kommt
mir das dann doch etwas komisch vor. :-)
Naja, die beiden Pünktchen ".." fungieren hier (offensichtlich) ja nur
als Trennzeichen; aber schon klar... :-)

Formal vermutlich am saubersten:

sum(phi[i], i, a, b)

wobei phi[i] eine arithm. Formel sein soll, die u.U. die Variable i
enthält.
Post by Christopher Creutzig
2D-Notation finde ich für kleinere Summen eher unnötig und in ASCII
auch nicht wirklich besser lesbar - und wenn schon, dann doch bitte eher
das übliche
b
---
\
/ f(i)
---
i = a
statt eines "SUM" als Ersatz für das große Sigma. :-)
:-)
Post by Christopher Creutzig
Ehrlich, mit dem SUM finde ich das Ganze nicht so richtig lesbar.
Naja, schön is's nicht, wohl wahr.
Post by Christopher Creutzig
\sum_{i=a}^{b}f(i) ist auch nicht viel besser.
Stimmt.
Post by Christopher Creutzig
Aber das liegt wohl daran, dass ich bei arithmetisierter Mathematik
immer die Programmiererbrille auf habe, und da ist es schon alleine
für den Parser leichter, eine lineare Darstellung zu haben.
Ja. (Unsere Standard-Summensymbol ist halt -ähnlich wie das
Integrationssymbol, das Integralzeichen- recht kompakt.)


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 00:39:26 UTC
Permalink
On Thu, 28 Feb 2008 22:14:26 +0100, Christopher Creutzig
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Stelle Dir vor, du müsstest einen Computer so programmiert,
dass er Beweise nachvollziehen kann, dann dürfte Dir
die Pünktchen "..." erhebliche Schwierigkeiten machen.
sum(i, 1 <= i <= n)
= sum(n-i+1, 1 <= i <= n) (Symmetrie)
==>
sum(i, 1 <= i <= n)
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(i, 1 <= i <= n))/2
= (sum(i, 1 <= i <= n) + sum(n-i, 1 <= i <= n))/2
= sum(i+(n-i+1), 1 <= i <= n)/2
= sum(n+1, 1 <= i <= n)/2
= n*(n+1)/2 (Summe über konstanten Term)
Jo. So geht das dann auch im Rahmen eines "formalen Beweises" durch. (In
einem entsprechenden "Kontext" natürlich.)
Post by Christopher Creutzig
Nicht unbedingt auf dem Level der Peano-Arithmetik, aber stimmt daran
irgendetwas formal nicht? (Dass ich Dinge wie die komponentenweise
Addition gleichlanger Summen benutzt habe, die ihrerseits per Induktion
bewiesen werden, ist eine ganz andere Sache.)
Nö. Passt alles. Aber eben, man kommt "letztlich" um "Induktion" nicht
herum (da man ja insbesondere das Summensymbol üblicherweise rekursiv
definiert).

So weit ich den OP verstanden habe, ging es ihm vor allem um _diese_
Frage.

Sehr schön formuliert/auf den Punkt gebracht hat das auch Klaus Löffler,
wenn er schreibt:

"Wenn du einen sauberen Beweis für n Summanden führst, benutzt du
implizit Induktion, da ja Summen mit mehr als zwei Summanden
entsprechend definiert sind (z.B. Summe(a_i,1,0) = 0; Summe(a_i,1,n+1) =
Summe(a_1,1,n) + a_(n+1) )."
Post by Christopher Creutzig
Post by Joachim Mohr
Oder etwas anders ausgedrückt.
Ein Computerprogramm kann folgendes nicht
ausrechnen.
n=100
x=1+2+...+n
Naja, machbar wäre das schon...

Ein "Trick" wäre, die Ausdrücke als syntaktische Objekte zu
behandeln/bearbeiten (also sozusagen das Programm symbolische
Mathematik treiben zu lassen). Im Prinzip machen wir ja genau
das, wenn wir den vom OP angegebenen Beweis mental "parsen" bzw.
verifizieren.


K. H.
--
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Karl Heinze
2008-03-13 00:28:23 UTC
Permalink
Post by Joachim Mohr
Dieser Beweis ist einleuchtend. Man kann aber so
keinen formalisierten Beweis (in einer formalen Sprache
und formalen Prädikatenlogik) schreiben.
Jep.
Post by Joachim Mohr
Stelle Dir vor, du müsstest einen Computer so programmiert,
dass er Beweise nachvollziehen kann, dann dürfte Dir
die Pünkchten "..." erhebliche Schwierigkeiten machen.
Mit vollständiger Induktion ist ein syntaktisch
korrekter Beweis möglich.
Jo. (Allerdings wird wohl auch dieser -wenn er denn streng formal sein
soll- nicht ohne Summensymbol auskommen. Allein schon um den fraglichen
Satz zu _formulieren_). // Siehe dazu auch mein anderes Post an den OP.
Post by Joachim Mohr
Oder etwas anders ausgedrückt.
Ein Computerprogramm kann folgendes nicht
ausrechnen.
n = 100
x = 1 + 2 + ... + n
Ein "Trick" wäre, die Ausdrücke als syntaktische Objekte zu
behandeln/bearbeiten (also sozusagen das Programm symbolische
Mathematik treiben zu lasen). Im Prinzip machen wir ja genau
das, wenn wir den vom OP angegebenen Beweis mental "parsen" bzw.
verifizieren.

Aber wenn wir von einem /formalen Beweis/ (z. B. im Kontext der
axiomatischen Mengenlehre, und damit der Prädikatenlogik) sprechen,
meinen wir natürlich etwas anderes...


K. H.
--
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Klaus Loeffler
2008-02-27 17:32:51 UTC
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Post by Roman Töngi
S_n = 1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2
S_n + S_n = 1 + 2 + ... + n
+ n + n-1 + ... + 1
= (n+1)+(n+1)+ ... + (n+1) (n Summanden)
= n(n+1)
2*S_n = n*(n+1) <-> S_n = n*(n+1)/2
Diese Formel lässt sich einfach mit vollständiger Induktion beweisen, aber
ist dies überhaupt nötig?
Gilt die obige, folgerichtige, algebraische Herleitung tatsächlich als
Beweis? Die Auslassung lassen sich ja auch mit der Sigma-Notation
vermeiden, falls diese das Problem wären, wobei dies ja auch nur eine
implizite Darstellung ist und keine Verbesserung darstellt, oder?
Falls vollstängige Induktion nötig ist, hat es damit zu tun, dass man sich
bei der Induktion nur auf geschlossene Formeln abstützen kann? Habe also
prinzipielle Probleme.
Wenn du einen sauberen Beweis für n Summanden führst, benutzt du
implizit Induktion, da ja Summen mit mehr als zwei Summanden
entsprechend definiert sind (z.B. Summe(a_i,1,0) = 0; Summe(a_i,1,n+1) =
Summe(a_1,1,n) + a_(n+1) ).

Wenn du einen anderen anschaulichen Beweis für deine Summenformel
suchst, dann zähle die Felder eines (n+1)*(n+1)-Spielfeldes ab. Beim
Abzählen von einer Ecke aus ist das die Summe der Zahlen von 1 bis n,
dann die n+1 Diagonalfelder und dann nochmal die Summe der Zahlen von 1
bis n. Bezeichnet man die gesuchte Summe mit S, hat man also:
S + (n+1) + S = (n+1)^2 (weil das Spielfeld (n+1)^2 Felder hat).
Also ist 2s = (n+1)^2 - (n+1) und somit S = n(n+1)/2 .

Klaus-R.
Karl Heinze
2008-03-13 00:28:16 UTC
Permalink
On Wed, 27 Feb 2008 16:29:03 +0100, Roman Töngi
1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2.
Es ist:

2 * (1 + 2 + ... + n) =

1 + 2 + ... + n
+ 1 + 2 + ... + n =
1 + 2 + ... + n
+ n + n-1 + ... + 1 =
= (n+1) + (n+1) + ... + (n+1) (n Summanden)
= n(n+1).
Daher

1 + 2 + ... + n = n*(n+1)/2.

qed.

Ja. Ich habe auch schon mal über diese Frage nachgedacht... Was oben
steht ist m. E. durchaus ein /Beweis/ (wenn man den Begriff "liberal"
fasst). Denn es ist zweifelsfrei ein mathematisches Argument, das in
"überzeugender Weise" den obenstehenden Satz "begründet".

Die Frage, die sich mir nun stellt, ist, wie es aussehen würde, wenn man
versuchte, obigen Beweis zu /formalisieren/. Das kann dann nicht 1:1 so
durchgehen. Z. B. würden m. E. die Zeilen

= (n+1) + (n+1) + ... + (n+1) (n Summanden)
= n(n+1)

Schwierigkeiten machen.

So weit ich das sehe, müsste man für eine präzise "formale" Formulierung
obiger Beweisidee die SUMMEN-Symbole verwenden. - Ja wohl auch schon für
die Formulierung des Satzes/Theorems selbst.

Der entsprechende Beweis würde dann wohl wie folgt aussehen:

n n n n n n
2 * SUM i = SUM i + SUM i = SUM i + SUM (n+1)-i = SUM n+1 = n*(n+1).
i=1 i=1 i=1 i=1 i=1 i=1

Daher:

n
SUM i = n*(n+1)/2.
i=1

qed.
Diese Formel lässt sich einfach mit vollständiger Induktion beweisen,
aber ist dies überhaupt nötig?
Nun ja... Wenn Du Dir oben meinen Beweis, der mit Hilfe des
SUMMEN-Symbols geführt worden ist, ansiehst, dann fällt Dir bestimmt
auf, dass dort das Bestehen von Gleichungen behauptet wird, welche
offenbar ebenfalls eines Beweises bedürfen. Bei diesen Beweisen wird
AFAIK von der Induktion Gebrauch gemacht. (Aber auch schon bei der
_Definition_ des Summensymbols benötigt man "Induktion", denn dieses
wird ja _rekursiv_ definiert.)
Gilt die obige, folgerichtige, algebraische Herleitung tatsächlich als Beweis?
Ich denke doch (da man ja offensichtlich das Ganze mithilfe des
SUMMEN-Symbols durchführen kann; und letzteres sollte eigentlich einen
präzisen Beweis darstellen.
Die Auslassung lassen sich ja auch mit der Sigma-Notation vermeiden, falls diese
das Problem wären,
Genau.
wobei dies ja auch nur eine implizite Darstellung ist und keine
Verbesserung darstellt, oder?
Ich denke doch, dass das eine Verbesserung darstellt. Insbesondere lässt
sich der Beweis mittel der SUMMEN-Symbole 1:1 formalisieren (wenn man
Wert auf so etwas legt).
Falls vollständige Induktion nötig ist, hat es damit zu tun, dass man sich bei
der Induktion nur auf geschlossene Formeln abstützen kann?
Letztlich kommst Du um Induktion nicht herum. (Siehe Anmerkung zum
Summensymbol.) Wobei die Verwendung des Summensymbols diese Tatsache
verschleiert - wir setzen hier die Eigenschaften dieses Symbols (in
obigem Beweis) schon voraus. Um aber diese zu beweisen, muss man
wiederum auf Induktion zurückgreifen.


K. H.
--
E-mail: info<at>simple-line<Punkt>de
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