miércoles, 19 de marzo de 2014

Razonamiento lógico, ejercicios de lógica, demostraciones


3.1 Introducción
La práctica de los razonamientos deductivos en el proceso de desarrollo del pensamiento lógico matemático es muy importante. Constituye una herramienta fundamental para el trabajo en la matemática y otras ciencias. Por lo anterior, es necesario abordar sus contenidos e insistir en su implementación paulatina en los diferentes grados de la educación secundaria, teniendo siempre presente las posibilidades de asimilación del joven, en cada etapa de su desarrollo.
En este sentido presentaremos los elementos básicos que permitirán al maestro dentro del espacio de reflexión propio de su hacer, seleccionar y adecuar las temáticas a desarrollar en cada nivel.
3.2 Teoría deductiva
Designamos bajo este nombre toda teoría que se fundamenta en dos principios: Definiciones y demostraciones.
En su desarrollo debe cumplir básicamente las siguientes condiciones:
  • Enunciar explícitamente los términos primeros o primitivos con ayuda de los cuales se propone definir los demás términos de la teoría.
  • Enunciar explícitamente las relaciones primeras o primitivas. Con la misma esencia anterior, son relaciones que el hombre pone en la base de su conocimiento.
  • Enunciar explícitamente las proposiciones primeras o primitivas, con ayuda de las cuales se propone demostrar otras proposiciones de la teoría. Estas proposiciones primeras se denominan Axiomas y relacionan entre sí los términos primitivos y las relaciones primitivas.
  • Que las relaciones enunciadas entre los términos sean únicamente relaciones lógicas, permaneciendo independientes del sentido concreto o interpretación que pueda darse a los términos.
  • Que en las demostraciones solo intervengan dichas relaciones.
En este sentido una teoría deductiva se contrapone a una teoría intuitiva o natural debido a que esta última presenta un contenido que conserva su sentido y su verdad derivado de la experiencia.
Observaciones
  • Por la importancia que presentan en el contexto particular de este tema, queremos ampliar dos conceptos básicos:
Axioma o postulado:
Es una proposición primitiva que se admite como cierta. En la construcción de una teoría axiomática se ha de partir de un conjunto de axiomas, escogidos de tal forma que dicho conjunto ha de ser: compatible, suficiente, independiente.
Analicemos estas características:
Compatibilidad: Dos axiomas no pueden formular en ellos, ni producir en sus resultados derivados, relaciones contradictorias.
Suficiencia: Toda proposición verdadera ha de ser deducible dentro del sistema.
Independencia: Ningún axioma ha de poderse deducir de otros.
Estableciendo el sistema de axiomas (que por cierto, no tienen porque ser "evidentes"), se comienza a construir la teoría enunciando y demostrando los teoremas.
Teorema
Es una proposición que ha de demostrarse cierta, mediante un razonamiento lógico a partir de los axiomas o de otros teoremas previamente justificados.
Como nuestro objetivo no es el desarrollo de un curso formal en el sentido estricto, no orientaremos el trabajo hacia la construcción paso a paso del cálculo de proposiciones. No obstante consideramos importante dar a conocer los elementos básicos en la estructura. Con ellos se puede construir todo el edificio bajo las pautas trazadas.
3.2.1 Signos primitivos del cálculo proposicional
  • Letras latinas mayúsculas.
  • Signos específicos: ¬ (negación), (disyunción)
  • Signos de puntuación: (, ) (paréntesis).

3.2.2 Reglas formativas
R.F.1 Si P designa una fórmula, entonces ¬ (P) designa también una fórmula.
R.F.2 Si P , Q designan fórmulas, entonces (P) (Q) designa también una fórmula.

3.2.3 Signos definidos ( )
Si P , Q designan fórmulas, entonces:
es el nombre de
es el nombre de
es el nombre de
3.2.4 Reglas axiomáticas
Si P , Q , R , S designan fórmulas se tiene:
R.A.1 designa un axioma.
R.A.2 designa un axioma
R.A.3 designa un axioma
R.A.4 designa un axioma

3.2.5 Ejercicios propuestos 3.2
1. Determinar cuáles de las fórmulas siguientes son axiomas.
2. Si P , Q , R , S designan fórmulas, cuáles de las siguientes expresiones designan también fórmulas.
Ilustración 1
Presentamos a continuación un cuadro en el que se describen algunos de los términos y relaciones primitivos, axiomas, teoremas y relaciones definidas de dos teorías axiomáticas bien conocidas: La Geometría de Euclides y la teoría de Conjuntos.

3.3 La demostración
El proceso demostrativo consiste básicamente en: A partir de unas proposiciones dadas que llamaremos premisas, obtener otra proposición que llamaremos conclusión mediante la aplicación de unas reglas lógicas .
Para demostrar que una proposición específica es un teorema en una teoría deductiva dada procedemos así:
  1. Se enuncian explícitamente los axiomas de la teoría.
  2. Se fijan las reglas que validan el proceso demostrativo, estas reglas se denominan reglas de validez y se reducen a las siguientes:
Regla de validez 1: Todo axioma puede figurar en cualquier paso de una demostración.
Regla de validez 2: Si figura en una demostración y P también figura en la misma demostración, entonces se puede concluir Q en la demostración. Esta regla universal se conoce con el nombre de Modus Ponendo Ponens o Modus Ponens.
Regla de validez 3: Si dos proposiciones son equivalentes se puede sustituir la una por la otra en cualquier parte de una demostración. Esta regla se conoce con el nombre de sustitución por equivalencia.
3. Efectuar una demostración de una proposición específica Q, consiste en obtener la proposición Q como la última en el proceso demostrativo por aplicación reiterada de las reglas de validez 1, 2 y 3.
3.3.1 Certeza y validez
Es necesario que distingamos en esta etapa del proceso demostrativo el significado de dos términos que frecuentemente se confunden: Certeza y validez.
Una cosa es que cada enunciado esté bien estructurado y otra que la argumentación esté bien construida. Una cosa es que la argumentación sea correcta o válida, y otra que cada enunciado sea verdadero.
Debemos distinguir en consecuencia entre dos estados de conciencia del sujeto proponente, que llamaremos el convencimiento o certeza subjetiva acerca de un enunciado, y la verdad o falsedad objetiva de ese enunciado, que llamaremos valor de verdad del enunciado. Podemos tener certeza de algo falso, o tener certeza de que algo es falso siendo verdadero. En el lenguaje ordinario confundimos " cierto " con " verdadero ". Pero en el lenguaje de la lógica, la certeza es subjetiva y por más que haya algo de subjetividad en toda verdad, idealmente la verdad debería ser objetiva, o sea que la correspondencia del enunciado con lo que sucede en la realidad debe resultar la misma para diferentes sujetos que se pongan a investigar la verdad de ese enunciado con seriedad e imparcialidad.
En forma similar, en el lenguaje ordinario confundimos "verdadero" con correcto o válido. Pero en la lógica hay que distinguir entre una conclusión verdadera y una argumentación correcta o válida. A esa cualidad de ser correcto o válido que tiene un razonamiento es lo que llamamos su validez.
Un argumento es válido si en todas las situaciones pensables o en todos los modelos posibles en los que las premisas se cumplen, la conclusión también debe cumplirse. En este sentido podemos agregar que la validez radica en la estructura misma del razonamiento independientemente del modelo particular en el cual se aplica.
Una argumentación en la que todos los pasos se apoyen en argumentos válidos se llama deducción , y se dice que la conclusión está demostrada ; una conclusión demostrada a partir de axiomas de una teoría se llama teorema de esa teoría.
3.3.2 Reglas de inferencia básicas
Como hemos podido observarlo, cualquier razonamiento deductivo que hagamos tomará la forma de un condicional. Cada vez que empleemos reglas válidas para construir pruebas, observaremos que existe una conexión lógica entre las hipótesis y la conclusión, de tal manera que estaremos obligados a aceptar la conclusión, cuando hayamos aceptado las hipótesis. Esto quiere decir que una inferencia requiere una conexión lógica entre hipótesis y conclusión la cual se expresa como "hipótesis Þ conclusión".
Para garantizar que nuestras conclusiones son válidas en la construcción de pruebas, emplearemos leyes de la lógica, las cuales reciben el nombre de reglas de inferencia o también reglas de prueba, que podemos definir así:
3.3.2.1 Reglas de inferencia
Son reglas que nos sirven para probar que a partir de unas premisas dadas es posible hacer la demostración para una conclusión específica. Su objetivo es abreviar las demostraciones. A continuación destacamos las reglas de mayor utilización en las demostraciones matemáticas:
Transitividad en la implicación o silogismo hipotético
Inferencia conjuntiva o conjunción
Simplificación en la conjunción
Modus tollendo ponens
Modus tollendo tollens
Método de casos o silogismo disyuntivo



Adjunción
Nota: Una demostración formal en la lógica se fundamenta y desarrolla estrictamente utilizando únicamente las reglas de validez enunciadas en el numeral 3.3 (La demostración). Con base en ellas puede demostrarse que las implicaciones implícitas en cada una de las reglas de inferencia son teoremas.
Como un objetivo práctico a lograr es abreviar los procesos demostrativos, se introducen las reglas de inferencia; éstas, conjuntamente con las reglas de validez permiten ampliar y facilitar la obtención de los resultados válidos en esta teoría.
Ilustración 2
Elaborar, utilizando las reglas de validez e inferencia necesarias, una demostración para probar que de las premisas dadas, es posible obtener la conclusión establecida.

3.3.2.2 Ejercicios propuestos 3.3.2
1. En cada uno de los problemas siguientes, tradúzcase a la forma simbólica y empleando las reglas de inferencia y de validez, establézcase para cada argumento si es o no válido. Intente inicialmente analizar el razonamiento sin recurrir a la representación simbólica.
1.1 Si llueve, entonces iré al cine. Llueve.
Luego, iré al cine.
1.2 Si llueve, entonces iré al cine. No llueve.
Luego, no iré al cine.
1.3 Si me caigo de la bicicleta, me golpearé. Estoy golpeado; luego, me caí de la bicicleta.
1.4 Si voy al colegio pasaré por la biblioteca. Si paso por la biblioteca consultaré el diccionario de sinónimos. Voy al colegio; luego, consulté el diccionario de sinónimos.
1.5 Para que valga la pena tomarlo, es suficiente que sea un excelente curso. O las calificaciones son justas o no vale la pena tomar el curso. Las calificaciones no son justas. Luego, no es un excelente curso.
1.6 Para que el candidato llegue a la presidencia es necesario que gane las elecciones en el departamento. El ganará las elecciones en el departamento únicamente si defiende los derechos civiles. El no defenderá los derechos civiles. Por tanto, el candidato no llegará a la presidencia.
1.7 Si los precios son bajos, entonces los salarios son bajos. Los precios son bajos o no hay control de precios. Si no hay control de precios, entonces hay inflación. No hay inflación; por tanto los salarios son bajos.
1.8 La lógica es fácil o les gusta a los estudiantes. Si las matemáticas son difíciles entonces la lógica no es fácil. Por tanto, si a los estudiantes no les gusta la lógica, las matemáticas no son difíciles.
1.9 Si no me motilo, entonces me quedaré en casa. Voy al cine. Por tanto, me motilé.
1.10 Si trabajo, entonces no estudio. Estudio o repruebo el curso de matemáticas. Aprobé el curso de matemáticas; luego, trabajo.
2. Verificar mediante las reglas de inferencia y validez en cada uno de los problemas siguientes si el argumento es o no válido.

3. Analizar, desde las reglas de inferencia, la validez o no validez de los siguientes razonamientos:
3.1 Si asisto al colegio conversaré con mis amigos. Luego: Si no voy al colegio entonces no conversaré con mis amigos.
3.2 Voy al estadio o me quedo en casa.
Si voy al estadio entonces dormiré en la casa de mi hermano. No me quedé en casa. Luego: Dormí en la casa de mi hermano.
3.3 Carlos aprobó el examen de matemáticas y ocupó el primer puesto en biología. Si Felipe no aprobó el examen de matemáticas entonces Carlos no ocupó el primer puesto en biología. Si Felipe aprobó el examen de matemáticas entonces aprobó el año. Luego: Carlos aprobó el examen de matemáticas y Felipe aprobó el año.
3.4 Si Nacional ganó el campeonato, entonces Junior fue el segundo o América fue el segundo. Si Junior fue el segundo, entonces Nacional no ganó el campeonato. Si Tolima fue el segundo, entonces América no fue el segundo.
Nacional ganó el campeonato. Luego Tolima no fue el segundo.
4. Inferencias simples fundamentadas en problemas-proceso.
4.1 Utilizando los bloques lógicos desarrollar la siguiente actividad:
Formar la colección de los bloques que son cuadrados o no rojos y solamente éstos.
1) Responder sí o no a las siguientes preguntas:
a. En la colección hay bloques que son rojos?
b. En la colección hay bloques que no son cuadrados?
c. En la colección solo hay bloques cuadrados y no rojos?
d. En la colección puede encontrarse un bloque rojo y que no sea cuadrado?
e. En la colección puede encontrarse un bloque que no sea rojo y que sea cuadrado?
2) Completar los siguientes enunciados:
a. Si un bloque de la colección es rojo, entonces necesariamente es _____.
b. Si un bloque de la colección no es cuadrado, entonces necesariamente es _____________.
3) Para los elementos que hacen parte de la colección, cuáles de las siguientes proposiciones son verdaderas:
a. Si no es cuadrado entonces es rojo.
b. Si es rojo entonces es cuadrado.
c. Si es cuadrado entonces es rojo.
d. Si no es rojo entonces no es cuadrado.
4) De las propiedades que se enuncian a continuación señale aquellas que son suficientes para que el bloque esté por fuera de la colección.
a. No ser cuadrado.
b. Ser rojo.
c. Ser rojo o ser no cuadrado.
d. Ser rojo y ser cuadrado.
e. No ser cuadrado y ser no rojo.
f. No ser cuadrado y ser rojo.
5) Si designamos por Cx: x es un bloque cuadrado.
Rx: x es un bloque rojo.
Indicar todas las proposiciones equivalentes que usted logra determinar en este ejercicio.
6) Consideremos todos los números de dos dígitos comprendidos entre 10 y 30 incluyendo ambos números.
Definimos una colección formada así: De los números anteriores tomemos aquellos que son múltiplos de 3 o múltiplos de 5 y únicamente éstos.
1. Responder sí o no a las siguientes preguntas:
a. Es necesario que el número sea múltiplo de 3 para estar en la colección?
b. Es suficiente con ser múltiplo de 5 para estar en la colección?
c. Un número puede no ser múltiplo de 3 y estar en la colección?
d. Necesariamente el número tiene que ser múltiplo de 3 y múltiplo de 5 para estar en la colección?
2. Para los elementos que están en la colección, cuáles de las siguientes proposiciones son verdaderas.
a. Si no es múltiplo de 3 entonces es múltiplo de 5.
b. Si no es múltiplo de 5 entonces es múltiplo de 3.
c. Si no es múltiplo de 3 entonces no es múltiplo de 5.
d. Si no es múltiplo de 5 entonces no es múltiplo de 3.
e. Si es múltiplo de 5 entonces no es múltiplo de 3.
f. Si es múltiplo de 3 entonces no es múltiplo de 5.
3. Si designamos por: Ax: x es múltiplo de 3.
Bx: x es múltiplo de 5.
a. Expresar en forma simbólica todas las proposiciones que usted encuentra, en las cuales se indican propiedades que satisfacen los elementos de la colección y sólo ellos.
b. Expresar en forma simbólica todas las proposiciones que usted encuentra, en las cuales se indican propiedades que satisfacen los números que no están en la colección y solo éstos.
3.3.3 Equivalencias Fundamentales
Con el propósito de facilitar la identificación de las equivalencias básicas en el cálculo de proposiciones y propiciar su empleo en las demostraciones, presentamos este resumen. Vale la pena aclarar que varias de ellas fueron verificadas en el taller anterior mediante el empleo de los bloques lógicos.
3.3.4 Métodos de demostración
Designamos en esta forma los modelos o esquemas más generales que encontramos en los procesos deductivos. Estos modelos, como veremos en el transcurso de su desarrollo, están fundamentados lógicamente en teoremas o reglas de inferencia ya establecidos.
3.3.4.1 Método directo o Método de la hipótesis auxiliar o demostración condicional
"Dado un conjunto de premisas en una teoría, si bajo el supuesto de que una proposición P es verdadera y utilizando las premisas disponibles se puede hacer una demostración de que una proposición Q es verdadera, entonces en esa teoría puede concluirse que es verdadero”.

Esquema operativo general:
Para demostrar que una proposición específica de la forma es teorema se procede así:
  1. Suponemos como verdadero el antecedente P. Esta la denominamos hipótesis auxiliar.
  2. A partir de la hipótesis construimos una argumentación lógica en la cual podemos utilizar los axiomas y teoremas demostrados para obtener mediante la aplicación de las reglas de validez y de inferencia, la validez de Q.
  3. En este punto concluye la prueba y queda establecida la validez de .
A modo de síntesis, una demostración de la proposición por el método directo, tendría este desarrollo esquemático:
Observaciones:
  1. De una manera intuitiva podemos fundamentar la validez de este método en el hecho de que la implicación es falsa únicamente en el caso en el cual partiendo de un antecedente verdadero llegáramos a una conclusión falsa; éste es precisamente el caso que queda descartado cuando asumiendo la verdad del antecedente concluimos la verdad del consecuente. Como con antecedente falso la implicación es siempre verdadera no se requiere ninguna otra consideración.
  2. Es fundamental tener presente que al aplicar este método no estamos determinando la validez absoluta del consecuente Q, sino su validez relativa al supuesto de que el antecedente P es verdadero. En consecuencia, lo que se valida absolutamente es que es verdadero.
  3. Una buena estrategia a seguir es esta: Si la conclusión deseada de un razonamiento es una proposición condicional, agregamos el antecedente como nueva premisa, trasladamos la demostración varios lugares hacia la derecha y finalmente trataremos de deducir el consecuente del conjunto original de premisas más la premisa agregada (Hipótesis auxiliar); si esto es posible queda validada la proposición condicional.
  4. El método directo es aplicable a la demostración de teoremas correspondientes a una implicación. Esto no significa sin embargo que siempre pueda lograrse la conclusión por este método. Esto nos llevará a recurrir a otros métodos como lo veremos posteriormente.
Ilustración 3
Bajo el supuesto de que los siguientes esquemas fueran teoremas, indicar esquemáticamente como se desarrollarían sus demostraciones por el método directo.




Nota
Cuando se trata de una cadena de implicaciones es de gran utilidad la aplicación reiterada de este método, como podemos observarlo en la ilustración anterior. Siempre asumiendo como hipótesis auxiliar el antecedente de la implicación principal, podemos lograr así, tres premisas auxiliares, centrándose finalmente la prueba en la validación del último consecuente.
Ilustración 4
Demostrar utilizando el método directo que la siguiente proposición es un teorema.
Debemos identificar con absoluta claridad cual es el antecedente y el consecuente en la implicación principal; designémoslos por A1 y C1 respectivamente.
A su vez, como el consecuente C1 es otra implicación, identifiquemos en esta antecedente y consecuente, designándolos por A2 y C2 respectivamente. De nuevo el consecuente C2 es otra implicación, identificando y designando por A3 y C3 su antecedente y consecuente. Puede observarse que en este proceso iterativo de identificación C3 es el último consecuente.
Procedamos ahora a la demostración del teorema.
Observaciones 
1) Puede observarse en una demostración con diferentes niveles de subordinación como al obtenerse la conclusión buscada en dicho nivel, el respectivo nivel se "cierra" estableciendo una implicación entre la hipótesis supuesta para este y la conclusión lograda. Dicha implicación pasa a ser la última proposición en el nivel inmediatamente anterior.
2) Debe tenerse en cuenta además que las proposiciones intermedias que se obtienen en un nivel determinado no pueden utilizarse posteriormente a la clausura del respectivo nivel.
Ilustración 5
Demostrar utilizando el método directo que la siguiente proposición es un teorema.
Ilustración 6
Demostrar utilizando el método directo que la siguiente proposición es teorema: La suma de dos números pares es un número par.
Observación
En el lenguaje ordinario encontramos los textos de los enunciados tal como está presentado el ejemplo. Es necesario, en consecuencia, que podamos identificar en él la implicación implícita con sus correspondientes antecedente y consecuente; de lo contrario no sería posible abordar su demostración. El enunciado anterior lo podemos presentar así:
"Si a, b son números pares, entonces a + b es un número par".
Ilustración 7
Demostrar utilizando el método directo que la siguiente proposición es teorema: La suma de tres enteros consecutivos es un múltiplo de tres.
Este enunciado lo podemos presentar así: Si a, b, c son enteros consecutivos, entonces a.b.c es múltiplo de tres.
Supongamos que a, b, c son enteros consecutivos. Hip. aux.
3.3.4.2 Método del contrarrecíproco
El teorema del contrarrecíproco da lugar a una variante del método directo, que se utiliza mucho en matemáticas y es conocido como método del contrarrecíproco. Este método puede resumirse así: Supongamos que se quiere demostrar que una proposición específica es teorema y al intentar su demostración por el método directo no logramos obtener la conclusión deseada. Se procede entonces a demostrar por el método directo su contrarrecíproca , si se consigue este objetivo entonces queda establecida la validez de al hacer sustitución por equivalencia.
Esquema operativo general
Para demostrar que una proposición específica de la forma es un teorema se procede así:
  1. Suponemos como hipótesis auxiliar no Q.
  2. Utilizando el método directo construimos una argumentación lógica hasta concluir no P.
  3. Concluimos por el método directo que es teorema.
  4. La regla de validez 3 nos permite concluir que es válida mediante la equivalencia del contrarrecíproco.
A modo de síntesis una demostración de la proposición por este método tendría este desarrollo esquemático:

Nota: El hecho de demostrar una implicación utilizando su contrarrecíproco hace que este método se designe como un método indirecto de demostración, sin embargo debemos ser cuidadosos en esta clasificación, puesto que la demostración en sí utiliza el método directo. El sentido de indirecto se aplica más bien a la estrategia general, pero no al método en sí.
Ilustración 8
Demostrar el siguiente teorema: Si el cuadrado de un número es impar entonces el número es impar.
Enunciado explícito: Si a 2 es impar entonces a es impar.
Empleando el método directo se tiene:
Pero, ¿qué podemos decir de ? No podemos decir que este número es par ni tampoco que es impar. Esta imposibilidad de obtener la conclusión buscada nos lleva a cambiar la estrategia.
Procedamos ahora a demostrar su contrarrecíproco por el método directo. El enunciado del contrarrecíproco corresponde a:
Si a es par entonces es par.
Ilustración 9
Demostrar utilizando el método del contrarrecíproco el siguiente teorema: Si el producto de dos enteros es par, al menos uno de ellos es par.
Enunciado explícito: Para a y b números enteros. Si a.b es par entonces a es par o b es par.
Enunciado contrarrecíproco: Si no es cierto que a es par o b es par entonces a.b es impar.
Este enunciado es equivalente a : Si a es impar y b es impar entonces a.b es impar.
Supongamos que a es impar y b es impar (Hip. aux.)
3.3.4.3 Método de demostración por contradicción o reducción al absurdo
Antes de introducirnos en este método necesitamos precisar los siguientes conceptos que hacen parte de su estructura.
Contradicción: Designamos en esta forma, toda proposición correspondiente a la conjunción entre una proposición y su negación.
Teoría contradictoria o inconsistente: Se dice que una teoría es contradictoria o inconsistente, cuando en dicha teoría es posible demostrar una contradicción. En una teoría contradictoria podemos concluir que una proposición es verdadera y falsa a la vez.
El método de demostración por reducción al absurdo se fundamenta en la condición de no contradicción para una teoría, básicamente la estrategia consiste en suponer explícitamente la negación de la proposición a demostrar, a partir de esta hipótesis se trata de generar una contradicción, esto es: que la teoría con ese supuesto es inconsistente y, en consecuencia, tal hipótesis es falsa, o lo que es equivalente, que su negación es verdadera, quedando validada la proposición inicial.
La estructura lógica de lo que acabamos de expresar, se puede resumir en la siguiente ilustración.
Ilustración 10
El teorema que acabamos de probar es el soporte lógico de uno de los métodos de mayor utilización en las matemáticas, designado como método de demostración por contradicción o reducción al absurdo.
Esquema operativo general
Supongamos que se quiere demostrar que una proposición específica P es teorema. Por este método procedemos así:
  1. Suponemos la negación de la tesis (no P) como hipótesis auxiliar.
  2. A partir de las premisas de la teoría y de la hipótesis auxiliar se razona por el método directo, hasta obtener como conclusión una contradicción por ejemplo, Q y no Q.
  3. Por el método directo concluimos
  4. El teorema anterior nos permite concluir del paso 3) la validez de P.
Nota: En la práctica, cuando se usa este método, al obtener una contradicción, inmediatamente se valida la negación de la hipótesis supuesta dando por terminada la prueba.
A modo de síntesis una demostración de una proposición P por este método tendría este desarrollo esquemático.

Observaciones
1) Cuando se emplea este método para la demostración de una implicación supongamos el caso ; podemos proceder en cualquiera de las dos formas esquemáticas siguientes:
Primera forma:
1) Supongamos no () Hipótesis auxiliar. Reducción al absurdo.
2) P y no Q Equivalencia en (1). Ley de Morgan.
3) P Simplificación en (2).
4) no Q Simplificación en (2).
Con estas dos premisas se inicia la construcción de la contradicción.
Segunda forma:
Integramos los métodos directo y reducción al absurdo, así:
1) Supongamos: P Hipótesis auxiliar 1.
2) Supongamos: no Q Hipótesis auxiliar 2. Reducción al absurdo.
Con estas dos premisas se inicia la construcción de la contradicción.
Como puede observarse los procedimientos son equivalentes.
2) Al emplear este método y una vez supuesta la negación de la tesis como hipótesis auxiliar, el objetivo es construir una contradicción cualquiera, esta puede aparecer directamente como la conclusión de la afirmación de la tesis; pero no es la única forma, la contradicción también puede construirse con proposiciones derivadas dentro del proceso de la demostración. A continuación ilustramos la situación descrita.
Ilustración 11
Demostrar utilizando el método de reducción al absurdo el siguiente teorema:
Si es par entonces a es par.
Ilustración 12
Demostrar el siguiente teorema utilizando el método de reducción al absurdo.
Para a, b números reales.
Si a.b = 0 entonces a = 0 ó b = 0
Ilustración 13
Utilizar el método de reducción al absurdo para obtener la conclusión a partir de las premisas dadas.
3.3.4.4 Método de casos. (Silogismo disyuntivo).
La regla de inferencia de ese nombre da lugar a este método de demostración, casi de forzosa utilización cuando la hipótesis o una de las hipótesis es una disyunción de dos o más proposiciones, en cuyo caso procedemos así:
  1. Suponemos la hipótesis dada correspondiente a una disyunción.
  2. A partir de cada una de las proposiciones que integran la disyunción se obtiene una conclusión parcial por el método directo.
  3. Se concluye finalmente la disyunción de las conclusiones parciales.
Esquema operativo general
Supongamos que se fuera a demostrar que un esquema de la forma es teorema. Bajo este método procedemos esquemáticamente así:
Ilustración 14
Demostrar el siguiente teorema: Para a, b números reales, si a = 0 ó b = 0 entonces a.b = 0
1. Supongamos a = 0 ó b = 0 Hipótesis auxiliar 1
2. Supongamos: a = 0 Hipótesis auxiliar 2
3. a.b = 0.b Ley uniforme del producto en 2
4. 0.b = 0 Teorema en el conjunto de números reales
5. a.b = 0 Transitividad en la igualdad de 3. y 4.
6. Método directo 2....5.
7. Supongamos: b = 0 Hipótesis auxiliar 2
8. a.b = a.0 Ley uniforme del producto en 7
9. a.0 = 0 Teorema en el conjunto de los números reales
10. a.b = 0 Transitividad en la igualdad 8.y 9.
11. Método directo 7....10.
12. a.b = 0 Método de casos de 1., 6. y 11.(Regla de inferencia )
13. Método directo
Ilustración 15
Demostrar el siguiente teorema:
El producto de tres números enteros consecutivos es un número par.
Supongamos: a, b, c son números enteros consecutivos. Hip. 1
Ley uniforme del producto.
Observemos que en este punto de la demostración, cualquiera que sea la operatoria desarrollada no es posible concluir que este producto sea un número par.
Recurrimos a una propiedad (Teorema) de los números enteros que establece que: Todo número entero es par o impar . Esto es:
Teorema. Definición de número par y número impar. (2)
Supongamos: Hip. auxiliar 2
a.b.c = 2.k.(2.k + 1).(2.k + 2) Sust. la hip. 2 en la ec. (1)
a.b.c = 2.[k.(2.k + 1).(2.k + 2)] Ley asociativa en el pdcto.
Ley clausurativa del producto en los enteros.
a.b.c es número par. Definición de número par.
Método directo
Supongamos: Hip. auxiliar 2
Leyes distributiva, conmutativa y asociativa.
. Ley clausurativa del pdcto.
a.b.c es un número par. Definición de número entero par.
a.b.c es un número par. Método de casos de 2), 3) y 4).
Si a, b, c son números enteros consecutivos entonces a.b.c es un número par. Método directo.
3.3.5 Otras consideraciones metodológicas en torno a las demostraciones en Matemáticas.
Por ser la demostración un tema crucial en la comprensión y el desarrollo de la matemática y en el mismo sentido causante del desánimo y en muchos casos la frustración de las nacientes inquietudes que muchos estudiantes interesados en áreas de las matemáticas confrontan a diario, consideramos importante exponer otro aporte respecto a este tema.
Con este propósito recogemos aquí algunas orientaciones expuestas por el profesor Daniel Solow quien al respecto manifiesta: “La incapacidad para comunicar demostraciones de una manera comprensible ha sido perjudicial para estudiantes y profesores en todas las ramas de las matemáticas”. A su vez el profesor Peter Hilton, en el prólogo de la obra de Solow expresa:
“Todos aquellos que han tenido la experiencia de enseñar matemáticas y la mayoría de aquellos que han tratado de aprenderlas, deben coincidir seguramente en que entender una demostración matemática es una traba para la mayoría de los estudiantes. Muchos de ellos tratan de salvar este obstáculo evadiéndolo, confiando en la indulgencia del profesor para que no incluya demostraciones en los exámenes. Esta confabulación entre estudiante y profesor evita algunas de las consecuencias desagradables, tanto para el alumno como para el profesor, producidas por la falta de dominio del tema por parte del estudiante, pero esto no modifica el hecho de que un elemento clave de las matemáticas, probablemente su característica más notable, no ha entrado en el repertorio del estudiante.
El doctor Solow cree que es posible enseñar al estudiante a entender la naturaleza de las demostraciones sistematizándolas. Una de sus metas principales es enseñar al estudiante a leer demostraciones como las que se encuentran en los libros de texto. Seguramente, estas demostraciones, no se presentan en forma sistemática, pero se puede enseñar al lector cómo reconocer los elementos típicos de un argumento matemático en una presentación informal de una demostración”.
3.3.5.1 Una revisión a la demostración por el método directo.
Vamos a considerar ahora la demostración por el método directo, cuya estructura ya tuvimos la oportunidad de analizar en el numeral 3.3.4.1, pero dirigiendo nuestra atención a una estrategia sistemática que nos permita esa conexión argumentada lógicamente entre la hipótesis y la tesis.
Esta estrategia la denomina el profesor Solow, “método progresivo - regresivo” y consiste básicamente en “progresar” argumentativamente desde la hipótesis hacia la tesis y viceversa, “regresar” argumentativamente desde la tesis hacia la hipótesis hasta concatenar ambos tipos de argumentación y consolidar así un texto coherente, es decir una demostración.
Esquema operativo general.
Veamos inicialmente, mediante un esquema simple, los elementos básicos que soporta este método y que a continuación se analizarán detalladamente.
Objetivo: Demostrar por el método directo que una proposición específica de la forma es teorema.
2. Nos ubicamos a continuación en la proposición Q , cuya verdad tenemos como objetivo probar, e iniciamos el proceso regresivo preguntándonos: ¿Cómo o cuándo podemos concluir que la proposición Q es verdadera? La manera en la cual se formula esta pregunta es decisiva puesto que debemos estar en capacidad de responderla. Esta pregunta se denominará en adelante “ pregunta de abstracción ”, y no deberá contener ni los símbolos, ni la notación del problema específico bajo consideración.
El paso siguiente en el proceso regresivo es contestarla. Observemos que la respuesta a la pregunta de abstracción es un proceso de dos fases: Primero damos una respuesta abstracta (general) a una pregunta abstracta; luego aplicamos esta respuesta a la situación específica (particular) que tenemos bajo estudio.
El proceso que incluye la formulación de la pregunta de abstracción, contestarla abstractamente y aplicarla a la situación específica se denominará “ proceso de abstracción ”. El proceso de abstracción produce como resultado una proposición nueva con la propiedad de que si es verdadera entonces Q es verdadera. ( teorema).
Desarrollamos de nuevo el proceso de abstracción teniendo ahora como objetivo probar que es verdadera (y en consecuencia Q ). Podemos continuar realimentando este proceso regresivo pero, preguntándonos en cada ocasión de qué manera, la información suministrada por la hipótesis P nos puede permitir la selección en un momento dado, de la pregunta de abstracción.
Si ello no fuera posible continuamos en la etapa regresiva; generando nuevas proposiciones con las propiedades descritas.
4. El proceso progresivo se inicia con la proposición P , que hemos asumido verdadera, y se obtiene a partir de ella otra proposición, P 1 también verdadera como consecuencia de la anterior ( teorema)
Es necesario aclarar que las proposiciones que en esta forma se derivan de P no se deben al azar. Por el contrario, deben estar dirigidas hacia la obtención de la última proposición generada en el proceso regresivo. Esta última proposición debe actuar como guía en el proceso progresivo.
5. El proceso concluye cuando se logra encadenar la última proposición generada en el proceso regresivo con la última generada en el proceso progresivo.
6. Una fase última consiste en redactar la argumentación en forma detallada o simplificada, de acuerdo al objetivo del texto, siguiendo el sentido progresivo desde la hipótesis hasta la tesis.
Observaciones.
Siendo conscientes de la dificultad propia de cada demostración en su área respectiva y sin un afán reduccionista en cuanto a la aplicación del modelo propuesto, consideramos importante destacar los siguientes aspectos. 
1. La clave de muchas demostraciones es la formulación correcta de la pregunta de abstracción.
2. Una de las dificultades que puede surgir en el proceso de abstracción es la posibilidad de que haya más de una pregunta de abstracción ante una proposición analizada; en este caso procederemos por ensayo y error. Aquí es donde la intuición, ingenio, creatividad, experiencia, diagramas y gráficas pueden jugar un papel importante. Por esta razón la consulta permanente a la información aportada por la hipótesis o sus proposiciones derivadas es obligatoria para conducir por buen camino el proceso.
3. El proceso es dinámico en el sentido en que, tanto en la fase regresiva como en la progresiva, se pueden combinar las nuevas proposiciones para producir otras proposiciones verdaderas.
4. Uno de los problemas con el proceso progresivo es la posibilidad de generar proposiciones inútiles, en el sentido de no aportar nada a la argumentación necesaria en la demostración.
5. Finalmente debemos recordar que el buen conocimiento de los contenidos básicos del área de trabajo es un requisito indispensable para llevar a buen término el objetivo propuesto, ya que nos provee de mejores y mayores recursos como definiciones, proposiciones equivalentes, y en general una intuición ilustrada en torno al desarrollo de la argumentación.

Ilustración 16
Demostrar la siguiente proposición:
Si el triángulo rectángulo ABC de lados a y b e hipotenusa c, tiene un área de
entonces, el triángulo es isósceles.


No hay comentarios:

Publicar un comentario