My Photo
Name:
Location: Mountain View, California, United States

thinking := [life, games, movies, philosophy, math, coding, pizza, &c.]

Monday, March 31, 2008

proofs as explanations

Most proofs that I've seen feel like defensive, motley soups of disparate thoughts whose composition does indeed imply the theorem in question; but the reader is left without a strong intuition as to why the fact is true.

To illustrate: Consider one of the most fundamental theorems of mathematics: the Pythagorean. Given a right triangle with sides of lengths a, b, and hypotenuse c, we must have a2 + b2 = c2. Euclid, in The Elements, presented an argument for a proof involving many steps (14, by wikipedia's current count) which involves showing the similarity of several triangles and the equivalence in area of various different shapes. Check out wikipedia for the full proof.

Euclid's proof is mathematically sound. It achieves its aim of demonstrating, beyond a doubt, that in fact a2 + b2 = c2 for all (Euclidean) right triangles. What it leaves wanting is intuition. Why? How can a human, without resorting to memorization, understand that the sides must relate in this manner, upon seeing any right triangle? [The word grok comes to mind.]

I think that some proofs do achieve this higher standard of explaining the fact that they defend. Here, in a single picture, is a complete proof of the Pythagorean:


If I were a teacher, trying to convey as best I could the intuition behind this theorem, I would animate this figure so that the ratio a/b transitioned from 0 to infinity and back repeatedly -- the point being to further the deep comprehension that the equality in area between the squares in question is independent of the acute angles of the triangle.

To give another example: one way to view De Moivre's theorem is

cos (nx) = Real[ (cos x + i sin x)n ].

De Moivre proved this before Euler's formula, eix = cos x + i sin x, was known. One proof follows by induction on n -- assume it holds for n, then show it still holds for n+1. (The base case, n=1, is trivial.)

Suppose you saw this formula and the proof by induction. Would you really say that you knew why the formula was true? I am guessing that most people, including mathematicians, would gain profound new insight into this theorem when seen in terms of Euler's formula. In that case, we should restate De Moivre's theorem as

(cos x + i sin x)n = cos(nx) + i sin(nx),

and it becomes a very straightforward corollary of Euler's formula:

(eix)n = ei(nx).

With Euler's formula, De Moivre is just one perspective of a special case; it's a shadow on our allegorical wall, while Euler shows us the true form of the fact.

Most math work today is presented as if intuition were a burden to be borne rather than the enabler of our creativity. Gauss in particular is infamous for hiding the how-d'you-think-of-that of his work. Perhaps the math community as a whole would move along more constructively if we embraced the major role intuition and deep understanding play in our creative efforts.

One does not discover a complex path of reasoning without a guess at the lay of the land. Why ignore the curve of the lines while we strive to connect the dots?

6 Comments:

Anonymous Acute Angles Definition said...

The explanation you have given is awesome and I want to share some of my views about acute angle-An acute angle is an angle that has measure less than 90 degree.

12:21 AM  
Blogger Unknown said...

Bạn là người đang muốn xương chắc khỏe , hãy sử dụng thuốc move free của mỹ sẽ giúp bạn bổ xương và chắc khỏe hơn. Hiện nay có nhiều phương pháp tang vong 3 một cách nhanh chóng . Hiện nay thâm quầng mắt là trường hợp rất thường xảy ra do thiêu ngủ,.. đứng lo với kem tri tham quang mat sẽ giúp bạn xóa nhanh vết thâm và lấy bạn đôi mắt đẹp. Collagen hiện nay được nhiều dùng do tác dụng chống lão hóa da và làm đẹp da và collagen c là một sản phẩm như thế. Có nhiều cách giúp bạn tăng cường trí nhớ hiệu quả như ăn thức ăn tăng trí nhớ hoặc dùng các loại sản phẩm tăng trí nhớ. Bạn muốn làm trắng da chỉ cần dùng thuoc lam trang da sẽ có hiệu quả rất tốt.

11:26 PM  
Blogger Minh Khôi said...

Thực phẩm chức năng có nhiều loại và nhiều công dụng khác nhau như thực phẩm chức năng herbalife giảm cân, thực phẩm chức năng herbalife tăng cân và có nhiều quốc gia sản phẩm sản phẩm loại này như thực phẩm chức năng vision của pháp, những sản phẩm dành cho người lớn và những thực phẩm chức năng vision cho trẻ em , Có nhiều câu hỏi đặt ra sung quanh nó như herbalife có tốt không ? giá bán thực phẩm chức năng vision là bao nhiêu ?.. Giờ chúng ta cùng tìm hiểu thêm về nó nhé .

1:20 AM  
Blogger Minh Khôi said...

Thực phẩm chức năng có nhiều loại và nhiều công dụng khác nhau như thực phẩm chức năng herbalife giảm cân, thực phẩm chức năng herbalife tăng cân và có nhiều quốc gia sản phẩm sản phẩm loại này như thực phẩm chức năng vision của pháp, những sản phẩm dành cho người lớn và những thực phẩm chức năng vision cho trẻ em , Có nhiều câu hỏi đặt ra sung quanh nó như herbalife có tốt không ? giá bán thực phẩm chức năng vision là bao nhiêu ?.. Giờ chúng ta cùng tìm hiểu thêm về nó nhé .

1:20 AM  
Blogger Unknown said...

Dịch vụ chuyển phát nhanh ở tphcm ngày ngày càng phát triển góp phần nâng cao dịch vụ mua bán đặc biệt mua bán online. Nên các chuyển phát nhanh hồ chí minh luôn được phát triển nâng cao nhu cầu phục vụ công ty doanh nghiệp. Dịch vụ chuyển phát nhanh của Công ty Proship đã được nhiều tổ chức, doanh nghiệp, cá nhân yêu mến, tin cậy và hợp tác lâu dài. Trong quá trình xây dựng và phát triển, chúng tôi công ty chuyển phát nhanh ở hcm là hiện thân cho tinh thần trách nhiệm và trung thực, dịch vụ chu đáo và nhanh chóng. Tại thị trường Tphcm, Proship được đánh giá là một trong những Công ty Chuyển phát nhanh làm ăn có hiệu quả, uy tín, có sức phát triển và dành được nhiều cảm mến. Chuyên cung cấp các dịch vụ gửi hàng sài gòn .Ngoài dịch vụ nhanh chóng, chu đáo và giá cả hợp lý thì Proship cũng có nhiều chương trình khuyến mãi cho các khách hàng tại Sài Gòn. Nên nếu bạn là cá nhân hay công ty doanh nghiệp đang có nhu cầu sử dụng dịch vụ chuyển phát nhanh sài gòn hãy liên hệ với chúng tôi công ty Proship. Với những uy tín vốn có của doanh nghiệp, chuyển phát Proship nhận vận chuyển các loại hàng hóa và bưu phẩm theo yêu cầu của khách hàng. Với thời gian 1 ngày duy nhất cho quá trình vận chuyển hàng từ các tỉnh thành trên cả nước và chuyển phát nhanh ở sài gòn , chúng tôi sẽ nhận hàng của quý khách tại văn phòng hoặc tại nhà riêng, công ty sau đó sẽ kết nối vào Đà Nẵng và phát tận tay người nhận theo địa chỉ ghi trên bưu kiện. Nếu bạn có nhu cầu sử dụng dịch vụ ship hàng Nhật chúng tôi đáp ứng cho bạn với chi phí và giá phải chăn nhất.Hay tham quan bruno xem nhiều mặt hàng thời trang khác.

8:25 PM  
Anonymous Anonymous said...

Great article thanks

Lay do bo gia si o dau
Chuyen si do bo nu
Motor giảm tốc cũ
Motor giam toc cu
Thu thuat blog hay

10:28 AM  

Post a Comment

<< Home