«…хотя принципа математической индукции совершенно достаточно для того, чтобы доказать эту формулу — раз она уже написана, однако доказательство не дает решительно никаких указаний, как прийти к самой этой формуле… Тот факт, что доказательство теоремы заключается в применении таких-то простых логических правил, не оказывает ни малейшего влияния на творческое начало в математике, роль которого — делать выбор из бесконечного множества появляющихся возможностей. Вопрос о том, как возникает гипотеза, — из той области, в которой нет никаких общих правил; здесь делают свое дело эксперимент, аналогия, конструктивная индукция».
Логика очень важна в математике, однако она не настолько тесно связана с открытиями и изобретениями, как может показаться. Логика не указывает путь и не подсказывает, как найти решение. Этот путь открывают эксперимент, аналогия и интуиция, а затем логика превращает эти нехоженые тропинки в широкую магистраль, по которой может проехать любой. Проиллюстрируем это на примере, рассмотрев известную геометрическую задачу, решенную благодаря счастливому озарению.
Даны две точки Р и Q и отрезок s, как показано на рисунке. Мы хотим попасть из точки Р в точку Q, пройдя через некоторую точку на отрезке s. Какой точке отрезка s соответствует кратчайшая траектория?
Чтобы решить эту задачу, представим, что отрезок s — это зеркало. Построим отражение точки Q в этом зеркале и обозначим его Q'. Проведем отрезок, соединяющий Р и Q', который пересечет s в точке X.
Отрезок PQ' определяет кратчайший путь между Р и Q', а точка пересечения этого отрезка с отрезком s определяет положение точки X. Теперь осталось вновь использовать симметрию, отразить отрезок XQ' в зеркале s и увидеть, что длина отрезка XQ равна длине отрезка XQ'. Мы получили ломаную линию PXQ, длина которой равна длине отрезка PQ'.
Следовательно, кратчайший путь из точки Р в точку Q, проходящий через точку на отрезке s, будет лежать через точку X.
Как автору этого решения пришла в голову идея использовать симметрию? Как его только осенило? И такое удивление вызывает любая полезная идея, которая пришла не нам в голову. Тем не менее математическому творчеству и решению задач можно научиться, и наша книга — именно об этом.
Приведенное решение основано на том, что симметрия сохраняет расстояния, а отрезок является кратчайшей линией, соединяющей две данные точки. Теперь, когда вам уже известно решение этой задачи, оно может показаться тривиальным, однако тому, кто видит эту задачу впервые, его непросто найти, так что перед нами — яркий пример творчества.
Логика сама по себе не приводит к решению. Найти его можно благодаря проницательности, умению проводить дополнительные линии, не отмеченные на исходной иллюстрации, и связывать новые линии с различными элементами задачи. Логика предоставляет нам выбор из множества возможных действий, но не подсказывает, какое из них следует выбрать.
Способностью к математическому творчеству обладают не все, точно так же, как не все обладают способностями к искусству, музыке, архитектуре или науке. Однако многие часто объясняют счастливым озарением умение увидеть то, что не приводится в исходной формулировке задачи и что сложно себе представить.
Да, счастливые озарения существуют, но они не являются уделом гениев, и не все задачи решаются исключительно благодаря озарениям. Как вы увидите далее, эти озарения, равно как и поиск взаимосвязей между элементами задачи, — плод длительного и упорного труда. Как найти среди множества взаимосвязей между исходными данными те, которые приведут к решению? Именно в правильном выборе подобных «благоприятных возможностей» и заключается математическое творчество.
В гуманистическом представлении математика рассматривается как исторический, социальный и культурный продукт. В самом деле, многие открытия в математике сделаны точно так же, как и в других науках. С помощью «предположений и опровержений», по словам Имре Лакатоса, математик прорубает дорогу в джунглях, обходит препятствия и постепенно, шаг за шагом, от одного контрпримера к другому, движется к формулировке теоремы. Математические теории доказываются с помощью безупречных логических рассуждений, которые остальному миру напоминают ровную и безопасную дорогу, ведущую прямо в пункт назначения.