descartesclytie0x/descartes-math-platform
บทที่ 19 การให้เหตุผลทางเรขาคณิตตรงกับหนังสือ ม.2 เล่ม 2 บทที่ 4

19.3 บทกลับ

ก่อนกีฬาสี ครูประกาศว่า "ถ้าเป็นนักเรียนห้อง ม.2/3 แล้วอยู่สีแดง" ข้อความนี้จริง เพราะทั้งห้องจับฉลากได้สีแดง

วันซ้อมเชียร์ ปาล์มเห็นเพื่อนคนหนึ่งใส่เสื้อสีแดง เลยทักว่า "อยู่ห้อง ม.2/3 ใช่ไหม" ปรากฏว่าเพื่อนอยู่ ม.2/5 ซึ่งก็ได้สีแดงเหมือนกัน ปาล์มเอาข้อความของครูมากลับข้าง เป็น "ถ้าอยู่สีแดง แล้วเป็นนักเรียนห้อง ม.2/3" ซึ่งไม่จริง ข้อความเดิมจริง ไม่ได้แปลว่าข้อความที่กลับข้างจะจริงด้วย

บทกลับคืออะไร

นิยาม

บทกลับ (converse) ของข้อความ "ถ้า pp แล้ว qq" คือข้อความ "ถ้า qq แล้ว pp" ได้จากการสลับสิ่งที่กำหนดให้กับสิ่งที่ต้องพิสูจน์

ตัวอย่าง 1

เขียนบทกลับของข้อความ "ถ้าเส้นตรงสองเส้นขนานกันและมีเส้นตัด แล้วมุมแย้งมีขนาดเท่ากัน"

  1. แยกส่วน pp คือ เส้นตรงสองเส้นขนานกัน ส่วน qq คือ มุมแย้งมีขนาดเท่ากัน ส่วนที่ว่ามีเส้นตัดเป็นเงื่อนไขที่ต้องมีทั้งสองข้อความ จึงคงไว้
  2. สลับกัน ได้บทกลับว่า "ถ้าเส้นตรงสองเส้นมีเส้นตัด และมุมแย้งมีขนาดเท่ากัน แล้วเส้นตรงสองเส้นนั้นขนานกัน"
  3. บทกลับนี้จริง เป็นสมบัติที่ใช้ในบทที่ 18 และในตัวอย่าง 3 ของหน้า 19.2

บทกลับอาจไม่จริง

จะบอกว่าข้อความหนึ่งไม่จริง ไม่ต้องพิสูจน์ยาว แค่หากรณีเดียวที่สิ่งที่กำหนดให้เป็นจริง แต่ข้อสรุปไม่จริง กรณีนั้นเรียกว่าตัวอย่างค้าน เพื่อน ม.2/5 ที่อยู่สีแดงคือตัวอย่างค้านของข้อความที่ปาล์มพูด

ตัวอย่าง 2

ข้อความ "ถ้ามุมสองมุมเป็นมุมตรงข้าม แล้วมุมสองมุมนั้นมีขนาดเท่ากัน" จริงตามหน้า 19.1 บทกลับของข้อความนี้จริงหรือไม่

  1. บทกลับคือ "ถ้ามุมสองมุมมีขนาดเท่ากัน แล้วมุมสองมุมนั้นเป็นมุมตรงข้าม"
  2. หาตัวอย่างค้าน ต้องการมุมสองมุมที่เท่ากัน แต่ไม่ได้เป็นมุมตรงข้าม
  3. มุมฉากที่มุมโต๊ะกับมุมฉากที่มุมประตู มีขนาด 90∘90^\circ เท่ากัน แต่ไม่ได้เกิดจากเส้นตรงสองเส้นเดียวกันตัดกัน จึงไม่เป็นมุมตรงข้าม
  4. บทกลับไม่จริง

ตัวอย่าง 3

ข้อความ "ถ้ารูปสี่เหลี่ยมเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส แล้วมีมุมฉากสี่มุม" จริง บทกลับของข้อความนี้จริงหรือไม่

  1. บทกลับคือ "ถ้ารูปสี่เหลี่ยมมีมุมฉากสี่มุม แล้วเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส"
  2. รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ากว้าง 3 เซนติเมตร ยาว 5 เซนติเมตร มีมุมฉากสี่มุม แต่ด้านยาวไม่เท่ากัน จึงไม่เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส
  3. นี่คือตัวอย่างค้าน บทกลับไม่จริง

ตัวอย่าง 4

ข้อความ "ถ้า a=3a = 3 แล้ว a2=9a^2 = 9" จริง บทกลับของข้อความนี้จริงหรือไม่

  1. บทกลับคือ "ถ้า a2=9a^2 = 9 แล้ว a=3a = 3"
  2. ลอง a=−3a = -3 ได้ (−3)2=9(-3)^2 = 9 สิ่งที่กำหนดให้จริง แต่ aa ไม่ใช่ 33
  3. a=−3a = -3 เป็นตัวอย่างค้าน บทกลับไม่จริง

ลองคิดก่อน

ข้อความ "ถ้าจำนวนนับหารด้วย 4 ลงตัว แล้วหารด้วย 2 ลงตัว" จริง ภูมิอยากรู้ว่าบทกลับจริงไหม จึงลองกับ 8 12 16 และ 20 ทุกตัวหารด้วย 2 ลงตัวและหารด้วย 4 ลงตัว ภูมิจึงสรุปว่าบทกลับจริง ภูมิสรุปถูกไหม

ดูคำตอบ

ไม่ถูก บทกลับคือ "ถ้าจำนวนนับหารด้วย 2 ลงตัว แล้วหารด้วย 4 ลงตัว" ลอง 6 ดู หารด้วย 2 ลงตัว แต่หารด้วย 4 ไม่ลงตัว แค่ตัวเดียวก็พอให้บทกลับไม่จริง ตัวอย่างที่เข้ากันกี่ตัวก็พิสูจน์ไม่ได้ว่าข้อความจริง เพราะยังมีตัวที่ไม่ได้ลองอีกมาก ภูมิเลือกแต่จำนวนที่หารด้วย 4 ลงตัวตั้งแต่แรก จึงไม่มีทางเจอตัวอย่างค้าน

บทกลับที่จริง

บทกลับบางข้อก็จริง แต่ต้องพิสูจน์แยกต่างหาก จะอ้างว่า "ข้อความเดิมจริง บทกลับจึงจริง" ไม่ได้

ตัวอย่าง 5

ทฤษฎีบทพีทาโกรัสบอกว่า ถ้ารูปสามเหลี่ยมเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก แล้วกำลังสองของด้านตรงข้ามมุมฉากเท่ากับผลบวกของกำลังสองของอีกสองด้าน บทกลับของทฤษฎีบทนี้คืออะไร และใช้ตัดสินได้หรือไม่ว่ารูปสามเหลี่ยมที่มีด้านยาว 9 12 และ 15 เซนติเมตร เป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก

  1. บทกลับคือ "ถ้ารูปสามเหลี่ยมมีกำลังสองของด้านหนึ่ง เท่ากับผลบวกของกำลังสองของอีกสองด้าน แล้วรูปสามเหลี่ยมนั้นเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก" บทกลับนี้จริง ได้พิสูจน์ไว้ในบทที่ 10
  2. ด้านยาวที่สุดคือ 15 คำนวณ 92+122=81+144=2259^2 + 12^2 = 81 + 144 = 225 และ 152=22515^2 = 225 เท่ากัน
  3. ตามบทกลับ รูปสามเหลี่ยมนี้เป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก มุมฉากอยู่ตรงข้ามด้านที่ยาว 15 เซนติเมตร

ช่างก่อสร้างใช้บทกลับข้อนี้ตรวจว่ามุมห้องเป็นมุมฉากจริง โดยวัดตามผนังสองด้านจากมุมห้อง แล้ววัดระยะทแยงระหว่างจุดปลายทั้งสอง ถ้าตัวเลขเข้ากับทฤษฎีบทพีทาโกรัสพอดี มุมนั้นเป็นมุมฉาก

เมื่อข้อความและบทกลับจริงทั้งคู่ เขียนรวมเป็นข้อความเดียวได้ด้วยคำว่าก็ต่อเมื่อ เช่น เส้นตรงสองเส้นที่มีเส้นตัดขนานกัน ก็ต่อเมื่อ มุมแย้งมีขนาดเท่ากัน

สี่กรณีที่เกิดได้

ข้อความบทกลับตัวอย่าง
จริงจริงเส้นขนานกับมุมแย้ง ทฤษฎีบทพีทาโกรัส
จริงไม่จริงมุมตรงข้าม รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสกับมุมฉาก
ไม่จริงจริงถ้าหารด้วย 2 ลงตัว แล้วหารด้วย 4 ลงตัว
ไม่จริงไม่จริงถ้ารูปสี่เหลี่ยมมีด้านยาวเท่ากันทั้งสี่ด้าน แล้วมีมุมฉากสี่มุม

ความจริงของข้อความไม่ได้บอกอะไรเลยเกี่ยวกับความจริงของบทกลับ ต้องตรวจแยกกันทุกครั้ง

แถวสุดท้ายของตาราง ข้อความไม่จริงเพราะรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนที่ไม่มีมุมฉากเป็นตัวอย่างค้าน บทกลับไม่จริงเพราะรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ด้านยาวไม่เท่ากันเป็นตัวอย่างค้าน

สรุป

  • บทกลับของ "ถ้า pp แล้ว qq" คือ "ถ้า qq แล้ว pp"
  • ข้อความจริง บทกลับอาจจริงหรือไม่จริงก็ได้ ต้องตรวจแยก
  • จะแสดงว่าไม่จริง ใช้ตัวอย่างค้านเพียงหนึ่งตัวอย่าง ที่สิ่งที่กำหนดให้จริงแต่ข้อสรุปไม่จริง
  • จะแสดงว่าจริง ต้องพิสูจน์ ตัวอย่างที่เข้ากันกี่ตัวก็ไม่พอ
  • ข้อความกับบทกลับที่จริงทั้งคู่ เขียนรวมกันด้วยคำว่า ก็ต่อเมื่อ