חשבו את הסכומים , , , וכן הלאה. יוצא . נראה שהסכום של המספרים הראשונים הוא . בדקנו חמישה ערכים. אבל איך יודעים שהנוסחה נכונה גם עבור , ועבור כל ?
מהו ? חשבו פעם מ- ופעם בנוסחה .
Show the answer and the solution
, ובנוסחה . שתי הדרכים נותנות אותו מספר: הנוסחה עברה מ- ל-.
שורה של אבני דומינו
דמיינו שורה אינסופית של אבני דומינו. כדי שכל האבנים ייפלו צריך שני דברים: שהאבן הראשונה תיפול, ושכל אבן שנופלת תפיל את הבאה אחריה. זה עקרון האינדוקציה המתמטית.
שלושת השלבים בכתיבה
בדיקה: מציבים בשני האגפים ומראים שהם שווים
הנחה: מניחים שהטענה נכונה עבור (הנחת האינדוקציה)
הוכחה: מוכיחים את הטענה עבור , בעזרת ההנחה
הוכחה:
מספר טבעי
לכל טבעי
: אגף שמאל , אגף ימין
בדיקה עבור
הנחת האינדוקציה
מציבים את ההנחה במקום המחוברים הראשונים
מכנה משותף, ואז הוצאת הגורם המשותף
היא הנוסחה עבור
מציבים ב- ומקבלים אותו ביטוי
הבסיס והצעד הוכחו, ולכן לפי עקרון האינדוקציה הנוסחה נכונה לכל טבעי.
לפני שמתחילים את שלב 3, כותבים את המטרה. מהי הנוסחה עבור ?
Show the answer and the solution
. מציבים במקום כל בנוסחה, גם בתוך הסוגריים: הופך ל-.
לכתוב את המטרה לפני החישוב
הטענה: . מה כותבים בשלב ההוכחה?
הנחת האינדוקציה
המטרה: מציבים . האיבר החדש הוא
מציבים את ההנחה ומוציאים גורם משותף . הגענו למטרה
הנחת האינדוקציה היא הנחה, לא מה שמוכיחים. בשלב 3 חייבים להשתמש בה. הוכחה שלא משתמשת בהנחה בכלל היא סימן שמשהו חסר. בבגרות הופיעו בעבר גם טענות על התחלקות (למשל ש- מתחלק ב-), אבל השנה הן לא נלמדות. בפרק הזה נוכיח סכומים, נוסחאות של סדרות ונזהה הוכחות שגויות.
שתי הטעויות הנפוצות בשלב ההוכחה.
מציבים במקום בכל מקום בנוסחה. לא מוסיפים לתוצאה.
בדיקה של כמה ערכים, גם של מאה ערכים, אינה הוכחה. היא רק מחזקת את ההשערה.
Exercises
Exercise 1
מה צריך להוכיח בהוכחה באינדוקציה של טענה על כל טבעי?
Show the answer and the solution
Answer: D שהטענה נכונה עבור , ושאם היא נכונה עבור אז היא נכונה עבור
Worked solution:
הבסיס
הצעד
הנכונה: בסיס וצעד יחד. שלוש בדיקות אינן הוכחה. צעד בלי בסיס לא מתחיל. ו-«נכונה עבור » זו ההנחה, לא ההוכחה.
Exercise 2
הטענה היא . מה צריך להוכיח עבור ?
Show the answer and the solution
Answer: D
Worked solution:
מציבים בכל מקום
הנכונה: . מי שבחר הוסיף לתוצאה במקום להציב. בתשובה האחרונה לא הפך ל-.
Exercise 3
לפי הנוסחה , חשבו את .
Show the answer and the solution
Answer: 1275
Worked solution:
יש 50 מחוברים
מציבים
הנוסחה שהוכחנו חוסכת חיבור של חמישים מספרים. הטעות הנפוצה: לשכוח לחלק ב- ולקבל .
Exercise 4
הוכיחו או הפריכו: אם בדקנו שהטענה נכונה עבור , היא נכונה לכל טבעי.
Show the answer and the solution
Answer: False
Worked solution:
מאה בדיקות
שום דבר לא מבטיח את הבאה
הטענה לא נכונה. בדיקות רבות אינן מחליפות את הצעד. בשיעור על הוכחות שגויות נראה נוסחה שעוברת שלוש בדיקות ונכשלת ברביעית.
Exercise 5
הטענה: . השלימו את שלב ההוכחה עבור .
____ ____
Show the answer and the solution
Answer: 2 2
Worked solution:
הנחת האינדוקציה
מוסיפים את האיבר החדש
גורם משותף
היא בדיוק עבור . המלכודת: לפתוח סוגריים ל- ולא לזהות את המטרה. גורם משותף מראה אותה מיד.
Exercise 6
מיינו כל משפט לשלב שבו הוא נכתב, בהוכחה של .
Show the answer and the solution
Answer: — בסיס (בדיקה) · מציבים בשני האגפים — בסיס (בדיקה) · נניח — צעד (הנחה והוכחה) · — צעד (הנחה והוכחה) · נוכיח עבור — צעד (הנחה והוכחה)
Worked solution:
: הבסיס
הצעד
הבסיס הוא מספרים, בלי . הצעד עובד עם כללי. המלכודת: לחשוב שהבסיס הוא הנחה. הבסיס נבדק בחישוב.
Exercise 7
לפניכם שלב ההוכחה של . שורה אחת שגויה. מצאו אותה.
Show the answer and the solution
Answer: →
Worked solution:
מכנה משותף
כדי לחבר לשבר שמכנהו , כופלים את ב-. השורה האחרונה נכונה, אבל היא לא נובעת מהשורה השגויה.
Exercise 8
סדרו את שלבי ההוכחה של .
Show the answer and the solution
Answer: בודקים עבור : · מניחים: · כותבים את המטרה: · מציבים את ההנחה: · מוציאים גורם משותף ומקבלים
Worked solution:
בסיס
הנחה
מטרה, ואז חישוב
קודם בסיס, אחר כך הנחה, ורק אז החישוב. המלכודת: להתחיל מהמטרה ולהגיע ממנה ל-. כך לא מוכיחים שוויון.
Exercise 9
הוכיחו באינדוקציה: לכל טבעי, . כתבו בכל שורה טענה ונימוק.
Show the answer and the solution
- — בדיקה עבור
- — הנחת האינדוקציה
- — מוסיפים את האיבר ה- ומציבים את ההנחה
- — הוצאת גורם משותף
- — כלל המעבר: זו הטענה עבור
Worked solution:
בסיס
צעד
האיבר ה- הוא , לא . המלכודת: להוסיף רק את המספר .