이 단원은 S2의 첫 단원이며 21강부터 25강까지를 맡습니다. 1강부터 20강까지가 값을 구하는 일이었다면, 이 단원부터는 주장을 다루는 일이 시작됩니다.
먼저 명제가 무엇인지 정하고 부정, 그리고, 또는, 조건문을 기호로 적습니다. 그다음 "모든"과 "어떤"을 한정 기호로 옮겨 정리의 문장을 정확히 읽는 법을 만듭니다. 마지막 세 강의는 증명을 직접 쓰는 훈련입니다. 직접증명과 대우증명으로 시작해 귀류법으로 없음을 보이고, 수학적 귀납법으로 자연수 전체를 한꺼번에 다룹니다.
이 단원의 도구는 뒤의 모든 과목에서 예외 없이 쓰입니다. 33강부터 시작되는 미적분학의 정의는 전부 ∀ ε ∃ δ \forall\varepsilon\,\exists\delta∀ ε ∃ δ 꼴이고, 62강 이후의 선형대수학은 정의에서 성질을 유도하는 작업의 연속이며, 121강 이후의 확률론도 집합과 논리 위에 세워집니다.
이 단원의 강의는 개념을 먼저 나열하지 않습니다. 문제를 먼저 던지고, 그 문제를 푸는 과정에서 개념과 공식을 끌어냅니다. 각 문제는 다음 다섯 단계로 진행합니다.
문제 : 아직 배우지 않은 상황이 문제로 먼저 나옵니다.
생각의 실마리 : 바로 풀리지 않을 때 붙잡을 질문을 줍니다. 풀이를 보기 전에 이 실마리로 한 번 더 시도합니다.
풀이 : 답까지 가는 계산과 논리를 모두 적습니다.
이 문제에서 배우는 것 : 방금 쓴 풀이를 일반화해 정의와 공식으로 정리합니다. 공식은 암기 대상이 아니라 방금 한 풀이의 요약입니다.
바로 확인 : 같은 도구로 풀리는 변형 문제로 손에 붙입니다.
증명을 다루는 단원이므로 특히 중요한 습관이 하나 있습니다. 풀이를 눈으로 읽는 것은 공부가 아닙니다. 증명은 손으로 다시 써 봐야 어느 줄이 어디에서 나왔는지 보입니다. 읽고 이해했다고 느낀 증명을 책을 덮고 다시 써 보면 대부분 첫 줄에서 막힙니다.
이 단원은 21 , 22 , 23 , 24 , 25 21, 22, 23, 24, 252 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 강 순서로 읽어야 합니다.
1강의 수 체계 기호 N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R \mathbb{N}\subset\mathbb{Z}\subset\mathbb{Q}\subset\mathbb{R}N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R 가 손에 있어야 한정 기호의 범위를 읽을 수 있습니다.
2강의 곱셈 공식과 3강의 인수분해가 증명의 계산 부분에서 계속 쓰입니다.
8강의 부등식 성질이 25강의 부등식 귀납법에서 쓰입니다.
18강의 수열 합 공식들이 25강에서 다시 증명됩니다.
4강에서 확인한 분모가 0 00 이 되면 안 된다는 규칙이 24강의 반례 찾기 목록에 그대로 들어갑니다.
명제와 논리 연결사
한정 기호와 부정
직접증명과 대우증명
귀류법과 반례 찾기
수학적 귀납법
명제와 논리 연결사
참거짓이 정해지는 문장을 가려내는 문제를 풀며 명제, 부정, 논리곱, 논리합, 조건문, 진리표, 드모르간 법칙, 역과 이와 대우, 필요충분조건을 끌어냅니다.
한정 기호와 부정
"모든"과 "어떤"이 붙은 문장을 다루며 전칭 기호와 존재 기호, 부정 규칙, 반례의 정의, 한정 기호의 순서, 정리의 표준형과 그 부정을 세웁니다.
직접증명과 대우증명
짝수와 홀수에 대한 명제를 증명하며 정의를 식으로 옮기는 습관, 임의의 원소 잡기, 대우증명, 경우 나누기, 증명 방법의 선택을 익힙니다.
귀류법과 반례 찾기
없음을 주장하는 명제를 증명하며 귀류법, 2 \sqrt{2}2 의 무리수 증명, 소수의 무한성, 반례를 뒤지는 순서, 반례를 읽고 명제를 고치는 법을 다룹니다.
수학적 귀납법
자연수 전체에 대한 명제를 증명하며 기초 단계와 귀납 단계, 시작점 옮기기, 강한 귀납법, 잘못된 귀납법의 점검법을 세웁니다.
조건문의 부정을 조건문으로 쓰지 않았는가?
역이나 이를 증명해 놓고 원래 명제를 증명했다고 하지 않았는가?
한정 기호를 쓸 때 범위를 함께 적었는가?
∀ x ∃ y \forall x\,\exists y∀ x ∃ y 와 ∃ y ∀ x \exists y\,\forall x∃ y ∀ x 의 순서를 지켰는가?
임의의 원소를 잡아 놓고 몰래 조건을 붙이지 않았는가?
나누기 전에 나누는 것이 0 00 이 아님을 확인했는가?
귀류법에서 모순을 A AA 와 ¬ A \lnot A¬ A 의 쌍으로 지목했는가?
귀납법에서 기초 단계를 실제로 계산했는가?
귀납 단계가 작은 k kk 에서도 통하는지 확인했는가?
사례를 몇 개 확인한 것으로 전칭 명제를 증명했다고 하지 않았는가?
명제를 기호로 옮기고 진리표로 동치를 판정할 수 있습니다.
어떤 문장이든 정확히 부정할 수 있습니다.
정리의 가정과 결론을 분리해 무엇을 증명해야 하는지 말할 수 있습니다.
직접증명, 대우증명, 귀류법, 귀납법 중 상황에 맞는 것을 골라 쓸 수 있습니다.
거짓인 명제에서 반례를 찾고 명제를 참이 되도록 고칠 수 있습니다.
남이 쓴 증명에서 잘못된 단계를 지목할 수 있습니다.
26강부터 시작하는 02단원 집합과 함수는 이 단원의 도구를 바로 씁니다. 집합의 상등을 증명할 때 ∀ x , ( x ∈ A ↔ x ∈ B ) \forall x,\;(x\in A\leftrightarrow x\in B)∀ x , ( x ∈ A ↔ x ∈ B ) 를 보이고, 단사와 전사를 판정할 때 대우증명과 반례가 쓰이며, 29강의 셀 수 있음은 귀류법의 대각선 논법으로 마무리됩니다.