數學歸納法事實上是三步:
第一步:證明n=1成立;
第二步:假設n=k成立,證明n=k+1也成立;
第三步:綜上所述,結論對於n=1,2,3,。。。均成立。
你非要這樣糾結語言,你可以認為前兩步是獨立的,毫無關係的,第三步才是把前兩步整合的。
數學歸納法傳統的表述方式的確有一些誤導性。
對於任意的
,我們設
是一個取決於
的命題。
數學歸納法指出下述命題為真。
使用數學歸納法的步驟則是驗證如下兩點:
為真
此時要驗證n=0 時的
, 也即
, 為真。
為真
驗證方法是:
任取一個
(並將n固定下來)
接著驗證
。
而要驗證這個命題,所要做的是 首先假設前提條件
,接著以此為基礎證明
驗證完之後,我們就知道了
當我們完成了以上步驟,也即證明了
後, 就可以根據數學歸納法知道
為真。
這裡其實不存在矛盾。
這一步其實是要證明“若命題p(n)成立,則p(n+1)成立”,而不是我們要證明的“對任意n,p(n)成立”。
“假設p(n)成立”也不是說“假設對任意n,都有p(n)成立”,而是隻假設了對某個“暫固定的”n,p(n)成立。 在證明的時候,除了“p(n)成立”以及其餘已知條件以外,不能再使用其它的條件比如“p(n+2)成立”或者“p(n²)成立”等等。
第二步你沒有說全,重點不在於假設n成立,而在於「假設n成立,可以證明出n+1也成立」。再結合第一步,n=1成立,則對所有的n都成立。所以並沒有矛盾。
實際上數學歸納法的這種表示有點讓人誤解,數學歸納法並沒有“假設”什麼東西,它證明的應該是,對於所有
,都有
。
我覺得可以這樣理解,數學歸納法不是假設某個命題為真,只是證明某兩個謂詞之間的關係。
所以與把它理解為“假設 n=k 時為真,證明 n=k+1 為真”相比,我認為更準確的表述應該是“當 n=k 時命題為真的話,n=k+1 時命題也為真”。這裡並沒有假設命題是否為真,只是把“命題為真”作為一個條件而已。