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程式設計師的數學--數學歸納法(0)

假設現在有一排多米諾骨牌,那麼如何將他們推倒呢?

我們需要做到兩點:

         第一點:把第一個骨牌推倒

         第二點:保證前一個骨牌可以把後一個骨牌推倒

而數學歸納法和多米諾骨牌有很多的相似之處。

接下來我們舉一個例子

 例子1:A(n)=nx2為偶數

由於當n=0時, 0x2=0,0是偶數,故條件成立

那麼當n=1的情況呢, 1X2=2, 2是偶數,故條件成立

那麼我們可以斷言,對於0以上所有的整數n,命題都成立。

 

例子2:B(n)=nX3 都是偶數

當n=0時,0X3=0, 故條件是成立的

而當n=1時, 1X3=3, 而3是奇數,故命題不成立

 

那麼我們可以看出,這樣一個接著一個的判斷是否太過繁瑣了呢?

於是,我們在這裡引出數學歸納法

 

數學歸納法是證明有關整數的斷言對於0以上的所有整數是否成立時所用的方法。

 

步驟1:

證明 P(0) 成立

步驟2:

證明無論k為0以上的任意一個整數,都存在 P(k)成立,則P(k+1)成立。

 

步驟1,我們可以稱其為基底(base)

步驟2,我們可以稱作歸納(induction)

 

接下來,我們來看看一道例題

 

求出奇數的和

斷言Q(n):對於1以上的所有整數,都有  

                  1+3+5+7+。。。+(2n-1)=n^2 成立

 

步驟1:基底的證明

證明Q(1)成立,

因為Q(1)=1=1^2

故基底證明完畢

 

步驟2:歸納的證明

我們假設Q(k)成立,即:

            1+3+5+7+...+(2k-1)=k^2

則我們需要證明Q(k+1)

            1+3+5+7+...+(2(k+1)-1)=(k+1)^2

Q(k+1)的左邊=1+3+5+7+...+(2k-1)+(2(k+1)-1)

      =k^2+2(k+1)-1

      =k^2+2k+1

Q(k+1)的右邊=(k+1)^2

      =k^2+2k+1

左右計算相同

由此可得出Q(k)可以推出Q(k+1)

至此,我們可以說我們用數學歸納法推匯出了斷言Q(n)。證明這個斷言是成立的

 

參考文獻:

1.程式設計師的數學 【日】結成浩