数学之旅 · 交互证明讲义 — 源自 MIT 6.042《Mathematics for Computer Science》

证明,可以亲手玩。

把 MIT 6.042 讲义逐章译写成可玩的中文交互网页:每个装置都是一次"格物"——拖一拖、判一判、审一审,证明就长在你自己手里。

📖 MIT 6.042 全书 22 章🧩 100+ 互动装置🎬 Manim 短片按适配性嵌入⚖️ 每章终局自测
已上线 · 全书 22 章
CHAPTER 01

什么是证明?

What is a Proof?

命题判官、反例猎人、推理法庭、六人派对(R(3,3)=6 染色游戏)、√2 审判庭、格点猎手、假证明诊所——命题、演绎、公理三大主角一次认清,终局自测授"逻辑法官"衔。

11 个装置2 段 Manim 短片⏱ 约 40 分钟
CHAPTER 02

良序原理

The Well Ordering Principle

每个非空的非负整数集合都有最小元素——这句话看着废话,却是离散数学最锋利的证明武器:最小反例法。良序试金石、模板拼图、素因数分解机、无限下降机,外加两个假证明悬案。

7 个装置⏱ 约 35 分钟
CHAPTER 03

逻辑公式

Logical Formulas

亲手填出五个连接词的真值表、给代码做等价化简、当 SAT 猎手把四条子句全拨绿、和量词顺序玩换位游戏——还有 P vs. NP 那一百万美元的故事。

8 个装置⏱ 约 40 分钟
CHAPTER 04

数学数据类型

Mathematical Data Types

集合、序列、函数、关系、基数——程序员的类型系统在数学里的原形。集合运算法官、幂集发电站、亲手连箭头的关系五性质鉴定器、映射规则实验室。

8 个装置⏱ 约 35 分钟
CHAPTER 05

归纳法

Induction

糖果多米诺、归纳版模板拼图、同色马悬案(链条断在 P(1)→P(2))、强/普通归纳选型、堆叠游戏——任意拆法总分恒为 n(n−1)/2,你的策略无关紧要。

8 个装置⏱ 约 40 分钟
CHAPTER 06

状态机

State Machines

99 计数器(状态、转移与可达性)、对角机器人永远到不了 (1,0)?9 加仑壶永远量不出 4 加仑?不变量原理一次说清。含 Die Hard 水壶模拟器、快速幂单步机、稳定婚姻 Mating Ritual 单步模拟(男士最优定理亲手验证)。

7 个装置⏱ 约 55 分钟
CHAPTER 07

递归数据类型

Recursive Data Types

RecMatch 括号构造器、病态递归定义展览馆(含悬而未决的 Collatz)、Aexp 替换模型 vs 环境模型对赌、OBT 亲手造(展开叶子验 l = n+1)——编译器按结构归纳过日子,这里给你看底牌。

7 个装置⏱ 约 45 分钟
CHAPTER 08

无限集

Infinite Sets · 第一部分收官

Cantor 对角论证剧场(揪出漏网之串)、无限旅馆、停机悖论五步引爆、对角子集构造器(亲手推出 A strict pow(A))、ZFC 集合资格审判庭——证明 pow(ℕ) 与 ℝ 不可数,证明完美的程序分析器逻辑上不可能。

7 个装置⏱ 约 50 分钟
CHAPTER 09

数论

Number Theory · Part II 开篇

水壶终审判决、欧几里得算法与 Pulverizer、素数定理实验台、唯一分解器、Alan Turing 与图灵密码 1.0(一次 gcd 当场破产)、幂模循环引擎、欧拉定理,以及完整的 RSA Playground——亲手走一遍保护着互联网的数学。

9 个装置⏱ 约 70 分钟
CHAPTER 10

有向图与偏序

Directed Graphs & Partial Orders

walk 审判庭判七案、邻接矩阵幂与闭包引擎数 walk、穿衣 DAG 拓扑排序 + 并行调度(critical path 只要 4 分钟)、偏序同构成集合包含、两道原书习题解题器。

12 个装置⏱ 约 60 分钟
CHAPTER 11

通信网络

Communication Networks

直径、开关数、拥塞——三个互相打架的指标。从二叉树网的"拥塞 N"到 Beneš 网的拥塞 1(圣杯),外加约束图 2-着色的归纳证明。对比表拨 N 滑块看 trade-off。

7 个装置⏱ 约 45 分钟
CHAPTER 12

简单图

Simple Graphs

"男性平均伴侣数多 74%"被一行图论判死;同构侦探、Hall 15 子集扫描器、圈猎手与割边鉴定、树性质六连判——从社会统计一路排到生成树。

9 个装置⏱ 约 55 分钟
CHAPTER 13

平面图

Planar Graphs

K₃,₃ 与 K₅ 的双重审判:欧拉公式实验室、离散面清点器、嵌入面账本、五色定理步进、正多面体只有五种、Kuratowski minor 六步工坊——Part II 图论收官。

8 个装置⏱ 约 55 分钟
CHAPTER 14

求和与渐近

Sums & Asymptotics · Part III 开篇

百万彩票现值只有半百万;227 本书才能悬出桌沿 3 本书长。年金计算器、扰动法步进器、积分包围、幂和工坊、Stirling 近似实验台、渐近家族判别台——算法分析的数学语言开箱。

9 个装置⏱ 约 60 分钟
CHAPTER 15

计数规则

Cardinality Rules

六把尺子配齐再加三件套:牌照 Sum×Product 连击、扑克 2-to-1 陷阱名场面、五张牌魔术解码台、缺陷钞票模拟器、圆桌折叠剧场、组合证明三幕、容斥文氏图。

10 个装置⏱ 约 70 分钟
CHAPTER 16

生成函数

Generating Functions · Part III 收官

把数列穿在身上做代数:水果袋约束实验室(四条刁钻约束乘出 n+1 的 "Amazing!" 时刻)、卷积对角线观测台、换零钱实验室(50 美分 50 种)、[xⁿ] 系数提取器、部分分式拆解器(三预设闭式与级数逐项对拍)、幂级数环实验台、Binet 公式验证器、递推步进求解。

9 个装置⏱ 约 65 分钟
CHAPTER 17

事件与概率空间

Events and Probability Spaces · Part IV 开篇

四步法处决蒙提霍尔错觉(树表 12 行逐行加权)、换门蒙特卡洛法庭、非传递怪骰子(掷两次整体翻转 + 81 格均匀空间直方图)、生日碰撞曲线、Union Bound 体检台、四门三策略(习题 17.5)。

8 个装置⏱ 约 70 分钟
CHAPTER 18

条件概率

Conditional Probability

95% 准确率的检测阳性后只有 15.4% 可信:检测器实验台三参数随便拨、贝叶斯因子更新器连阳翻案(×100 压不过 1:9999)、辛普森悖论实验台亲手凑数、三硬币 pairwise ✓ mutual ✗ 验证器。

7 个装置⏱ 约 60 分钟
CHAPTER 19

随机变量与期望

Random Variables & Great Expectations

信封猜数对上赌桌也必胜过半(可玩验证)、二项尾巴观测台、分池对赌串通模拟(公平 → 每局 −$0.50)、帽子问题期望恒为 1、优惠券收集 nHₙ 蒙特卡洛对拍。

7 个装置⏱ 约 60 分钟
CHAPTER 20

偏离均值

Deviation from the Mean

期望 $1 的两场赌局方差差一百万倍:方差对比器(Game B 拉满看 σ 爆表)、IQ 侦探三条界围捕正态尾巴(1/3 → 1/178)、生日配对分布仪 2000 班对拍、民调样本量 3125 实测验证、Chernoff 计算器三界对比。

7 个装置⏱ 约 70 分钟
CHAPTER 21

随机游走

Random Walks · Part IV 收官

赌徒破产模拟器(n/T 与轮盘 1/37,648 对拍蒙特卡洛)、轮盘胜率阶梯(本钱 50 亿也救不了你)、局长分布直方图(均值 vs 中位数)、无界破产剧场(概率 1 输光、期望却是 ∞)、PageRank 实验台与稳态小剧场。

7 个装置⏱ 约 65 分钟
终章
CHAPTER 22

递归式

Recurrences · 全书终章

Plug-and-Chug 机器(汉诺塔 2ⁿ−1 与 Merge Sort 逐行展开)、归并排序演练台(比较次数 vs n log n − n + 1)、特征方程求解器(爬楼梯爬出 Fibonacci)、上界陷阱实验台、爬楼梯枚举器、闭式核查器、Akra-Bazzi 试算器。全书 22 章至此装配完毕。

7 个装置⏱ 约 70 分钟
🎓 全书 22 章 · 全部上线

🎉 《数学之旅》完完整整走完了:Part I 证明八章、Part II 结构五章、Part III 计数三章、Part IV 概率五章、Part V 递归式一章——MIT 6.042 全书 22 章 × 100 余个可玩装置。从"什么是证明"到 Akra-Bazzi,从 √2 审判庭到 PageRank。感谢同行,原书习题就是下一程。

全书 22 章 · 已全部上线 · 适配性原则:能亲手玩的不拍成视频,Manim 只做电影化叙事。