การให้เหตุผล-ทางคณิตศาสตร์ (คณิตศาสตร์ ม.4)

 การให้เหตุผลทางคณิตศาสตร์ (หรือการอ้างเหตุผล) คือ กระบวนการคิดของมนุษย์ และสื่อความหมายกับผู้อื่นด้วยภาษา ซึ่งประกอบด้วยข้อความ หรือประโยคกลุ่มหนึ่งที่ยกขึ้นมาเพื่อสนับสนุนให้ได้ข้อความ หรือประโยคตามมา มักจะแสดงในส่วนของ เหตุ เราเรียกข้อความกลุ่มแรกนี้ว่า ข้ออ้าง (Premisses) และข้อความอีกชุดหนึ่งที่แสดงในส่วนของ ผล จะถูกเรียกว่า ข้อสรุป (Conclusion)

        ในสมัยโบราณวิชาคณิตสตร์เกิดขึ้นมาโดยธรรมชาติการแก้ปัญหาของมนุษย์เป็นการคิดค้นและพยายามที่จะแก้ปัญหานั้น ๆ เพื่อความอยู่รอดซึ่งความรู้ที่ได้มาจากความเป็นจริงในธรรมชาติ แนวทางการพัฒนาของวิชาคณิตศาตร์ในสมัยนั้น จะเน้นวิธีการแก้ปัญหาเพียง เพื่อต้องการที่จะได้คำตอบก้พอโดยไม่คำนึงถึงความสัมพันธ์ใด ๆ ปัญหาที่เกิดขึ้นในสมัยก่อนส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับจำนวนนับหรือจำนวนธรรมชาติและเกี่ยวข้องกับความยาว มนุษย์จึงเริ่มรู้จักการใช้สัญลักษณ์แทนจำนวนรู้จักการคำนวณต่าง ๆ และสามารถใช้เรขาคณิตในการวัดระยะทาง  ความสูงมุมต่าง ๆ เพื่อสร้างที่อยู่อาศัย เขื่อน และอ่งเก็บน้ำต่างๆ

        ในสมัยต่อมา มนุษย์ได้อาศัยกระบวนการให้เหตุผลมาช่วยในการแสวงหาความรู้ใหม่นักคณิตสาสตร์เริ่มหันมาให้ความสนใจต่อการให้เหตุผลในแต่ละขั้นตอนของวิธีการแก้ปัญหามากยิ่งขึ้น ทำให้การพัฒนาระบบวิชาคณิตศาสตร์เป็นไปโดยไม่ขึ้นอยู่กับธรรมชาติมากนักเมื่อนักคณิตศาสตร์มีความสนใจในการให้เหตุผลในแต่ละขั้นตอนสำหรับวิธีการแก้ปัญหานั้นๆ ทำให้เกิดการแสดงเหตุผลโดยเป็นกระบวนการของเหตุและผลขึ้นการแสดงเหตุผลจึงเป็นการเรียบเรียงข้อความหรือเหตุการณ์ต่าง ๆ ให้มีความต่อเนื่องและสัมพันธ์กัน   ซึ่งทำให้ได้ข้อความใหม่หรือเหตุการณ์ใหม่  โดยเชื่อได้ว่าเป็นจริงหรือเท็จ

        ดังนั้นกระบวนการให้เหตุผลจึงไม่จำเป็นต้องมีรากฐานที่เป็นจริงในธรรมชาติหรือเป็นจริงในชีวิต    ทำให้เกิดความเชื่อที่เป็นอิสระวิชาคณิตศาสตร์จึงมีความเจริญก้าวหน้าในแบบนามธรรมยิ่งขึ้นการให้เหตุผลเป็นการนำเอาข้อความหรือเหตุการณ์ตั้งแต่หนึ่งข้อความ หรือหลายข้อความมาเป็นเหตุุ  และมีข้อความที่สัมพันธ์กับข้อความเหล่านั้นหนึ่งข้อความมาเป็น ข้อสรุป

        โดยทั่วไป กระบวนการให้เหตุผลแบ่งออกได้ 2 วิธี คือ

                    1. การให้เหตุผลแบบอุปนัย (Inductive Reasoning)

2. การให้เหตุผลแบบนิรนัย (Deductive Reasoning)

การให้เหตุผล

การให้เหตุผลแบ่งได้ 2 แบบดังนี้
1. การให้เหตุผลแบบอุปนัย
2. การให้เหตุผลแบบนิรนัย

1. การให้เหตุผลแบบอุปนัย

การให้เหตุผลแบบอุปนัย  เป็นการให้เหตุผลโดยอาศัยข้อสังเกตหรือผลการทดลองจากหลาย ๆ ตัวอย่าง มาสรุปเป็นข้อตกลง หรือข้อคาดเดาทั่วไป  หรือคำพยากรณ์ ซึ่งจะเห็นว่าการจะนำเอาข้อสังเกต   หรือผลการทดลองจากบางหน่วยมาสนับสนุนให้ได้ข้อตกลง หรือ ข้อความทั่วไปซึ่งกินความถึงทุกหน่วย ย่อมไม่สมเหตุสมผล  เพราะเป็นการอนุมานเกินสิ่งที่กำหนดให้ ซึ่งหมายความว่า  การให้เหตุผลแบบอุปนัยจะต้องมีกฎของความสมเหตุสมผลเฉพาะของตนเอง  นั่นคือ  จะต้องมีข้อสังเกต หรือผลการทดลอง หรือ มีประสบการณ์ที่มากมายพอที่จะปักใจเชื่อได้  แต่ก็ยังไม่สามารถแน่ใจในผลสรุปได้เต็มที่ เหมือนกับการให้เหตุผลแบบนิรนัย  ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าการให้เหตุผลแบบนิรนัยจะให้ความแน่นอน แต่การให้เหตุผลแบบอุปนัย  จะให้ความน่าจะเป็น

ตัวอย่างการให้เหตุผลแบบอุปนัย  เช่น  เราเคยเห็นว่ามีปลาจำนวนมากที่ออกลูกเป็นไข่เราจึงอนุมานว่า “ปลาทุกชนิดออกลูกเป็นไข่”  ซึ่งกรณีนี้ถือว่าไม่สมเหตุสมผล  ทั้งนี้เพราะ ข้อสังเกต  หรือ  ตัวอย่างที่พบยังไม่มากพอที่จะสรุป  เพราะโดยข้อเท็จจริงแล้วมีปลาบางชนิดที่ออกลูกเป็นตัว  เช่น  ปลาหางนกยูง เป็นต้น

โดยทั่วไปการให้เหตุผลแบบอุปนัยนี้  มักนิยมใช้ในการศึกษาค้นคว้าคุณสมบัติต่าง ๆ ทางด้านวิทยาศาสตร์  เช่น ข้อสรุปที่ว่า  สารสกัดจากสะเดาสามารถใช้เป็นยากำจัดศัตรูพืชได้ ซึ่งข้อสรุปดังกล่าวมาจากการทำการทดลอง ซ้ำ ๆ กันหลาย ๆ ครั้ง  แล้วได้ผลการทดลองที่ตรงกันหรือในทางคณิตศาสตร์จะใช้การให้เหตุผลแบบอุปนัย  ในการสร้างสัจพจน์ เช่น  เมื่อเราทดลองลากเส้นตรงสองเส้นให้ตัดกัน  เราก็พบว่าเส้นตรงสองเส้นจะตัดกันเพียงจุด ๆ เดียวเท่านั้น  ไม่ว่าจะทดลองลากกี่ครั้งก็ตาม  เราก็อนุมานว่า    “เส้นตรงสองเส้นตัดกันเพียงจุด ๆ เดียวเท่านั้น”

ตัวอย่าง 1.

เมื่อเรามองไปที่ห่านกลุ่มหนึ่งพบว่า
ห่านตัวนี้สีขาว
ห่านตัวนั้นก็สีขาว
ห่านตัวโน้นก็สีขาว
ห่านนั้นก็สีขาว
ดังนั้น ห่านทุกตัวคงจะต้องมีสีขาว

ตัวอย่าง 2

ในการบวกเลข   2  จำนวน เราพบว่า
1+2  = 2+1
2+3  = 3+2
…………
…………
เราอาจสรุปได้ว่าทุกๆจำนวน a และ b  จะได้ว่า a + b = b + a

ตัวอย่าง 3

จากการสร้างรูปสามเหลี่ยมในระนาบ  พบว่า
เส้นมัธยฐานของสามเหลี่ยมรูป A พบกันที่จุดๆหนึ่ง
เส้นมัธยฐานของสามเหลี่ยมรูป B พบกันที่จุดๆหนึ่ง
เส้นมัธยฐานของสามเหลี่ยมรูป C พบกันที่จุดๆหนึ่ง
ดังนั้น เส้นมัธยฐานของสามเหลี่ยมใดๆ  พบกันที่จุดๆหนึ่งเสมอ

ข้อสังเกต

1.ข้อสรุปของการให้เหตุผลแบบอุปนัยอาจจะไม่จริงเสมอไป

2. การสรุปผลของการให้เหตุผลแบบอุปนัยอาจขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้สรุป

3. ข้อสรุปที่ได้จากการให้เหตุผลแบบอุปนัยไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน

ตัวอย่าง   กำหนด จำนวน 2, 4, 6 , a จงหา จำนวน a  จะได้ a = 8
กำหนด จำนวน 2, 4, 6 , a จงหา จำนวน a
จะได้ a = 10  เพราะว่า 4 + 6  = 10
กำหนด จำนวน 2, 4, 6 , a จงหา จำนวน a  จะได้ a = 22
เพราะว่า 6 = (2 x 4)-2 และ 22 = (4 x 6)-2

4. ข้อสรุปของการให้เหตุผลแบบอุปนัยอาจ ผิดพลาดได้

ตัวอย่าง ให้ F(n) = n² – 79n + 1601

ทดลองแทนค่าจำนวนนับ n ใน F(n)
n = 1 ได้  F(1) = 1523 เป็นจำนวนเฉพาะ
n = 2 ได้  F(2) = 1447 เป็นจำนวนเฉพาะ
n = 3 ได้  F(3) = 1373 เป็นจำนวนเฉพาะ

F(n) = n² – 79n + 1601

แทนค่า n ไปเรื่อยๆ จนกระทั่งแทน n = 79  ได้ F(79)  เป็นจำนวนเฉพาะ

จากการทดลองดังกล่าว   อาจสรุปได้ว่า  n² – 79n + 1601 เป็นจำนวนเฉพาะ สำหรับทุกจำนวนนับ   แต่…
F(n)   = n² – 79n + 1601
F(80) = 80² – (79)(80) + 1601
=  1681
=   (41)(41)

F(80) ไม่เป็นจำนวนเฉพาะ

2. การให้เหตุผลแบบนิรนัย

เป็นการนำความรู้พื้นฐานที่อาจเป็นความเชื่อ ข้อตกลง กฏ หรือบทนิยาม  ซึ่งเป็นสิ่งที่รู้มาก่อนและยอมรับว่าเป็นจริง เพื่อหาเหตุผลนำไปสู่ข้อสรุป

ตัวอย่าง 1

มนุษย์ทุกคนเป็นสิ่งมีชีวิต และ นายแดงเป็นมนุษย์คนหนึ่ง
เพราะฉะนั้น นายแดงจะต้องเป็นสิ่งมีชีวิต

ตัวอย่าง 2

ปลาโลมาทุกตัวเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม  และสัตว์เลี้ยงลูกด้วย
นม ทุกตัวมีปอด
ดังนั้น ปลาโลมาทุกตัวมีปอด

ตัวอย่าง 3

แมงมุมทุกตัวมี 6 ขา  และสัตว์ที่มี 6 ขา ทุกตัวมีปีก
ดังนั้น แมงมุมทุกตัวมีปีก

ตัวอย่าง 4

ถ้านายดำถูกล๊อตเตอรี่รางวัลที่หนึ่ง   นายดำจะมีเงินมากมาย
แต่นายดำไม่ถูกล๊อตเตอรี่รางวัลที่หนึ่ง
ดังนั้น นายดำมีเงินไม่มาก

ถ้าผลสรุปตามมาจากเหตุที่กำหนดให้  เรียกว่า ผลสรุปสมเหตุสมผล   แต่ถ้าผลสรุปไม่ได้มาจากเหตุที่กำหนดให้ เรียกว่า ผลสรุปไม่สมเหตุสมผล

ตัวอย่างผลสรุปสมเหตุสมผล

เหตุ      ปลาวาฬทุกตัวเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกตัวมีปอด
ผล       ดังนั้นปลาวาฬทุกตัวมีปอด

ข้อสังเกต เหตุเป็นจริง และ ผลเป็นจริง

เหตุ     แมงมุมทุกตัวมี 6 ขา
และสัตว์ที่มี 6 ขา ทุกตัวมีปีก
ผล      ดังนั้นแมงมุมทุกตัวมีปีก

ข้อสังเกต เหตุเป็นเท็จ และ ผลเป็นเท็จ

เหตุ      ถ้านายดำถูกล๊อตเตอรี่รางวัลที่หนึ่ง
นายดำจะมีเงินมากมาย
แต่นายดำไม่ถูกล๊อตเตอรี่รางวัลที่หนึ่ง
ผล       ดังนั้นนายดำมีเงินไม่มาก

ข้อสังเกต เหตุอาจเป็นจริงและผลอาจเป็นเท็จ

ข้อสังเกต  ผลสรุปสมเหตุสมผลไม่ได้ประกันว่าข้อสรุปจะต้องเป็นจริงเสมอไป

วิธีการตรวจสอบว่าผลสรุปสมเหตุสมผลใช้แผนภาพของ เวนน์ – ออยเลอร์

โดยวาดแผนภาพตามเหตุทุกกรณีที่เป็นไปได้แล้วพิจารณาว่าแผนภาพแต่ละกรณีแสดงผลสรุปตามที่กำหนดให้หรือไม่  ถ้าทุกแผนภาพแสดงผลสรุปตามที่กำหนดกล่าวว่า  “ผลสรุปสมเหตุสมผล”  แต่ถ้ามีบางแผนภาพไม่แสดงผลสรุปตามที่กำหนดให้จะกล่าวว่า  “ผลสรุปไม่สมเหตุสมผล”

แบบฝึกหัดการให้เหตุผล / ข้อสอบการให้เหตุผล

เราลองมาดูตัวอย่างข้อสอบการให้เหตุผลกันดูสักข้อนะครับ ข้อนี้เป็นข้อสอบ O-Net’53 ข้อสอง ลองทำกันดูก่อนแล้วค่อยดูคลิปเฉลยนะ

พิจารณาการให้เหตุผลต่อไปนี้

เหตุ  1)  A

2)  เห็ดเป็นพืชมีดอก

ผล   เห็ดเป็นพืชชั้นสูง

ข้อสรุปข้างต้นสมเหตุสมผล  ถ้า  A  แทนข้อความใด

1. พืชชั้นสูงทุกชนิดมีดอก

2. พืชชั้นสูงบางชนิดมีดอก

3. พืชมีดอกทุกชนิดเป็นพืชชั้นสูง

4. พืชมีดอกบางชนิดเป็นพืชชั้นสูง

ดูคลิปเฉลยของข้อนี้ได้ที่นี่เลยจ้า เฉลย คณิตศาสตร์ O-NET กพ. 2553 ข้อ 2

ขอบคุณข้อมูล https://www.tewfree.com/