數學工具與證明方法

逆否命題(contrapositive)

逆否命題是從另一端說出同一個「若…則…」主張的方法。「若正在下雨,地面就是濕的」所承載的資訊,和「若地面不濕,就沒有在下雨」完全相同。你把兩個部分對調,並各自取否定。它讀起來像不同的句子,但邏輯上完全一樣——只要一個為真,另一個必然也為真,永遠如此。

精確地說,蘊涵「若 P 則 Q」(P → Q)的逆否命題是「若非 Q 則非 P」(非 Q → 非 P),兩者邏輯等價:它們在完全相同的情形下為真。要小心別把它和逆命題「若 Q 則 P」搞混,後者是一個確實不同、而且可能為假的主張——「若地面濕了,就在下雨」可能不成立(也許有人在澆草坪)。只有逆否命題保證與原命題相符;逆命題並不保證。

這個等價性是一個主力證明技巧:要證明「若 P 則 Q」,你可以改去證明逆否命題「若非 Q 則非 P」,哪一個比較好論證就用哪一個。它常把一個彆扭的陳述變成順手的陳述。例如,要證明「若某 DFA 接受一個長度超過其狀態數的字串,則它會重複某個狀態」,去論證逆否命題往往更乾淨:「若沒有狀態重複,則被接受的字串長度不超過狀態數」——而這基本上就是幫浦引理背後的鴿籠推理。

原命題:「若 n^2 是偶數則 n 是偶數」。逆否命題(邏輯等價):「若 n 是奇數則 n^2 是奇數」,這很容易驗證,因為 (2k+1)^2 = 4k^2 + 4k + 1 是奇數。注意逆命題「若 n 是偶數則 n^2 是偶數」在此也為真,但那是另一個獨立的事實。

證明逆否命題往往比證明原蘊涵容易得多。

逆否命題與原命題等價;逆命題(「若 Q 則 P」)則不然。證明逆命題並不能證明原命題——這是初學者非常常見的失誤。

又称
proof by contrapositive對偶命題逆否