Принцип математической индукции

♦ В основе метода математической индукции лежит принцип математической индукции, заключающийся в следующем:

1) проверяется справедливость этого утверждения для n=1 (базис индукции),

2) предполагается справедливость этого утверждения для n=k, где k – произвольное натуральное число 1 (предположение индукции), и с учётом этого предположения устанавливается справедливость его для n=k+1.

Доказательство. Предположим противное, то есть предположим, что утверждение справедливо не для всякого натурального n. Тогда существует такое натуральное m, что:

1) утверждение для n = m несправедливо,

2) для всякого n, меньшего m, утверждение справедливо (иными словами, m есть первое натуральное число, для которого утверждение несправедливо).

Очевидно, что m >1, т.к. для n =1 утверждение справедливо (условие 1). Следовательно, – натуральное число. Выходит, что для натурального числа утверждение справедливо, а для следующего натурального числа m оно несправедливо. Это противоречит условию 2. ■

Заметим, что в доказательстве использовалась аксиома о том, что в любой совокупности натуральных чисел содержится наименьшее число.

Доказательство, основанное на принципе математической индукции, называется методом полной математической индукции.

J Пример 6.1. Доказать, что при любом натуральном n число делится на 3.

Решение. Воспользуемся методом полной математической индукции.

1) При n =1 , поэтому a ₁ делится на 3 и утверждение справедливо при n =1.

2) Предположим, что утверждение справедливо при n = k, , то есть что число делится на 3, и установим, что при n = k +1 число делится на 3.

В самом деле,

.

Т.к. каждое слагаемое делится на 3, то их сумма также делится на 3. ■ J

J Пример 6.2. Доказать, что сумма первых n натуральных нечётных чисел равна квадрату их числа, то есть .

Решение. Воспользуемся методом полной математической индукции.

1) Проверяем справедливость данного утверждения при n =1: 1=1² – это верно.

2) Предположим, что сумма первых k () нечётных чисел равна квадрату числа этих чисел, то есть . Исходя из этого равенства, установим, что сумма первых k +1 нечётных чисел равна , то есть .

Пользуемся нашим предположением и получаем

. ■ J

Метод полной математической индукции применяется для доказательства некоторых неравенств. Докажем неравенство Бернулли.

Дата добавления: 2014-01-05