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