反例とは、主張、仮説、または一般化に反する具体的な例のことです。論理学では、反例は普遍的に述べられた主張を反証し、数学や哲学の分野では厳密に反証します。[ 1 ]例えば、「学生のジョン・スミスは怠け者ではない」という主張は、「学生は怠け者である」という一般化に対する反例であり、普遍的に量化された「すべての学生は怠け者である」に対する反例であると同時に反証でもあります。[ 2 ]
数学では、反例はしばしば可能な定理の限界を証明するために用いられます。反例を用いて特定の予想が誤りであることを示すことで、数学研究者は行き詰まりを避け、証明可能な定理を生み出すように予想を修正する方法を学ぶことができます。数学の発展は主に定理と反例の発見(および証明)から成ると言われることもあります。[ 3 ]
ある数学者が幾何学と図形を研究していて、それらに関するいくつかの定理を証明したいと考えているとします。彼女は「すべての長方形は正方形である」と推測し、この命題が真か偽かを知りたいと思っています。
この場合、彼女は演繹的推論を用いてその命題の真偽を証明しようと試みるか、あるいは命題が偽であると疑われる場合は反例を見つけようと試みるかのどちらかである。後者の場合、反例は正方形ではない長方形、例えば長さが5の辺が2つと長さが7の辺が2つある長方形である。しかし、正方形ではない長方形を見つけたにもかかわらず、彼女が見つけた長方形はすべて4辺であった。そこで彼女は「すべての長方形は4辺を持つ」という新たな推測を立てる。これは、すべての正方形は4辺を持つが、すべての4辺の図形が正方形であるとは限らないため、彼女の元の推測よりも論理的に弱い。
上記の例では、反例に直面した際に数学者が自分の予想を弱める方法を簡略化して説明しましたが、反例は特定の仮定や仮説の必要性を示すためにも使用できます。たとえば、しばらくして上記の数学者が「長方形で4辺の長さが等しい図形はすべて正方形である」という新しい予想に落ち着いたとします。この予想には2つの仮説があります。図形は「長方形」でなければならず、「4辺の長さが等しい」必要があります。数学者は、どちらかの仮定を取り除いても予想の真偽を維持できるかどうかを知りたいと考えています。これは、次の2つの命題の真偽を確認する必要があることを意味します。
(1)に対する反例は既に上で示されており、(2)に対する反例は非正方形のひし形である。したがって、数学者はそれぞれの仮定が単独では不十分であることを知る。
「すべての素数は奇数である」という命題に対する反例は、素数ではあるが奇数ではない数 2 である。[ 1 ]数 7 や 10 はどちらもこの命題に反するほど十分な数ではないため、反例にはならない。この例では、2 だけがこの命題に対する唯一の反例であり、それだけで命題に反するのに十分な数である。同様に、「すべての自然数は素数か合成数である」という命題に対する反例は、1 である。1 は素数でも合成数でもないからである。
オイラーのべき乗和予想は反例によって反証された。この予想は、別のn乗に和をとるには少なくともn個のn乗が必要であると主張していた。この予想は 1966 年にn = 5の反例によって反証された[ 4 ] 。現在では、他のn = 5 の反例や、いくつかのn = 4 の反例も知られている[ 5 ] 。
ヴィッツェンハウゼンの反例は、(制御問題において)二次損失関数と状態変数の線形発展方程式が線形最適制御法則を意味するとは限らないことを示している。
すべてのユークリッド平面等長変換は面積を保存する写像ですが、せん断写像と圧縮写像の反例が示すように、その逆は偽です。
その他の例としては、ザイフェルト予想、ポリア予想、ヒルベルトの第14問題予想、テイト予想、ガネア予想の反証などが挙げられる。
2026年、Levent AlpögeはAnthropicのFable 5大規模言語モデルの助けを借りてn > 2のヤコビアン予想を反証した。明確な反例を含む発表は、AlpögeがXソーシャルメディアプラットフォームのツイートで行った。[ 6 ]
哲学において、反例は通常、ある哲学的立場が特定の場合には当てはまらないことを示すことで、その立場が誤りであると主張するために用いられる。あるいは、反例がもはや当てはまらないように、最初の哲学者が自らの主張を修正することもできる。これは、数学者が反例に基づいて予想を修正する場合と類似している。
例えば、プラトンの『ゴルギアス』では、カリクレスは、肉体的に強い者や能力の高い者は、弱い者を支配する権利を当然持つと主張する。 ソクラテスはこれに対し、一般大衆の数は、その総体的な力によって、たとえ一見すると貴族よりも性格が劣っていても、少数の貴族よりも「強い」とみなせると反論する。これは、強さの概念を個人の優位性から集団の力へと転換することで、カリクレスの主張に対する反例を示している。したがって、カリクレスの主張は、彼が自身の主張を修正しない限り、この別の解釈の下では成り立たない。[ 7 ]
カリクレスはソクラテスの反例に異議を唱え、庶民は貴族よりも優れている、あるいはたとえ数が多くても、貴族より強いわけではないと主張するかもしれない。しかし、カリクレスが反例を受け入れるならば、彼は自分の主張を撤回するか、反例が当てはまらなくなるように主張を修正しなければならない。例えば、彼は自分の主張を個々の人間のみに言及するように修正し、庶民を群衆ではなく個人の集まりとして考える必要があるかもしれない。実際、彼は自分の主張を「強い」ではなく「賢い」と修正し、どれほど数で勝っても人は賢くなることはない、と主張した。