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數(shù)學(xué)歸納法的引入情景其實很簡單,就是多米諾骨牌。
推倒所有多米諾骨牌的關(guān)鍵就是推倒第一塊,以及確保第一塊倒下后會帶動第二塊,第二塊帶動第三塊,以此類推,也就是可以遞推。由此我們可以歸納出所有的多米諾骨牌都可以被推倒。
所以簡單來說數(shù)學(xué)歸納法的兩個條件就是第一項成立和可遞推,可遞推用數(shù)學(xué)語言表示就是第k項可以使第k+1項成立。
由此,我們就可以正式引入(弱)數(shù)學(xué)歸納法的定義。
對于一個和正整數(shù)n有關(guān)的命題P(n),若滿足:
(1)命題P(n0)(n0∈N*)成立
(2)假設(shè)命題P(k) (k≥n0,k∈N*) 成立,可以推出命題P(k+1)成立。
那么對于所有的n≥n0且n∈N*都有P(n)成立。
這種證明方法就叫數(shù)學(xué)歸納法。(其實是弱歸納法,或者說是弱數(shù)學(xué)歸納法)
書寫格式就是:
1.證明命題P(n0)(n0∈N)成立
(比如第一項時n=1,那就證明P(1)成立,如果是n=0,那就證明P(0)成立)
2.假設(shè)n=k (k≥n0,k∈N) 時命題成立,證明 n=k+1 時命題成立。
3.因此,由數(shù)學(xué)歸納法知,對任意n∈N,都有...成立(“...”為要證明的命題)
(命題的范圍要看清時N*還是N,必要時要相應(yīng)的做一些符號上的調(diào)整)
只有當(dāng)兩個步驟都可行時才能使用弱歸納法證明出來。
而且弱歸納法的適用范圍是給定命題在整個或局部自然數(shù)中成立。
(也就是n=0的時候也可以用。)
舉個例子:
證明:
(1)n=1時,顯然命題成立
(2)假設(shè)n=k時成立
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(3)綜上,命題成立
而強(qiáng)歸納法和弱歸納法的區(qū)別在于弱歸納法遞推出第k+1項只用了第k項,但是強(qiáng)歸納法可以使用所有n≤k的情況來證明第k+1項,比如有前兩項遞推出后一項的情況弱歸納法就無法使用,但是強(qiáng)歸納法就可以。
強(qiáng)歸納法就是說n=0時成立,對任意n∈N*,如果n≤k成立,可推得n=k+1時也成立,那么就可以證明對所有n∈N成立。
。
強(qiáng)歸納法的證明步驟非常相像:
1.證明命題P(n0)(n0∈N)成立
2.假設(shè)n≤k (k≥n0,k∈N) 時命題均成立,證明 n=k+1 時命題成立。
3.因此,由強(qiáng)數(shù)學(xué)歸納法知,對任意n∈N,都有...成立(“...”為要證明的命題)
。
其實數(shù)學(xué)歸納法還是比較模板化的,只要滿足對應(yīng)的條件就可以直接套用。