matemáticadiscreta 03 cap 2 pif

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CAPÍTULO 2 Princípio de indução finita Paulette 21 PRINCÍPIO DE INDUÇÃO FINITA (PIF) Sejam a e P(n) uma proposição (falsa ou verdadeira) associada a cada número natural n, n a. Supondo que: 1 o ) P(n) seja verdadeira para n = a 2 o ) Para todo número natural k a, P(k) P(k+1). Nestas condições, P(n) será verdadeira para todo natural n a. A aplicação do PIF para provar que P(n) é verdadeira para todo n, n a, é facilitada com o uso do seguinte procedimento: a) Verificar que P(n) é verdadeira para n = a , b) Supor que P(n) é verdadeira para n = k , k a. e c) Provar que P(n) é verdadeira para n = k+1. Exemplo 1: Prove que P(n): 1+2+3+4+.......+(n-1)+ n = 2 ). 1 ( n n , n 1 Prova: a) Verificar que P(n) é verdadeira para n = 1 1 membro = 1 (observe o termo geral) 2 membro = 2 1 ). 1 1 ( = 1 Portanto, P(n) é verdadeira para n = 1. b) Supor (hipótese) que P(n) é verdadeira para n = k , k 1. P(k): 1+2+3+4+.......+(k-1)+ k = 2 ). 1 ( k k c) Provar (tese) que P(n) é verdadeira para n = k+1. P(k+1): 1+2+3+4+.......+(k-1)+ k + (k+1) = 2 ) 1 ).( 2 ( k k , k 1. Partindo do primeiro membro da sentença P( k+1) acima e nele substituindo a P(k) (hipótese), temos: 1+2+3+4+...+(k-1)+ k + (k+1) = [1+2+3+4+...+(k-1)+ k] + (k+1) = [ 2 ). 1 ( k k ] + (k+1) = [ 2 ). 1 ( k k ] + 2 ) 1 ( 2 k = 2 ) 1 ).( 2 ( k k . A expressão final coincide com o segundo membro de P(k+1). Portanto, pelo Princípio de Indução Finita, P( n) é verdadeira para todo n 1.

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Matemática Discreta

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Page 1: MatemáticaDiscreta 03 CAP 2 PIF

CAPÍTULO 2 – Princípio de indução finita Paulette

21

PRINCÍPIO DE INDUÇÃO FINITA (PIF) Sejam a e P(n) uma proposição (falsa ou verdadeira) associada a cada número natural n,

n a.

Supondo que:

1o) P(n) seja verdadeira para n = a

2o) Para todo número natural k a, P(k) P(k+1).

Nestas condições, P(n) será verdadeira para todo natural n a.

A aplicação do PIF para provar que P(n) é verdadeira para todo n, n a, é facilitada com o

uso do seguinte procedimento:

a) Verificar que P(n) é verdadeira para n = a ,

b) Supor que P(n) é verdadeira para n = k , k a. e

c) Provar que P(n) é verdadeira para n = k+1.

Exemplo 1:

Prove que P(n): 1+2+3+4+.......+(n-1)+ n = 2

).1( nn, n 1

Prova:

a) Verificar que P(n) é verdadeira para n = 1

1 membro = 1 (observe o termo geral)

2 membro = 2

1).11( = 1

Portanto, P(n) é verdadeira para n = 1.

b) Supor (hipótese) que P(n) é verdadeira para n = k , k 1.

P(k): 1+2+3+4+.......+(k-1)+ k = 2

).1( kk

c) Provar (tese) que P(n) é verdadeira para n = k+1.

P(k+1): 1+2+3+4+.......+(k-1)+ k + (k+1) = 2

)1).(2( kk, k 1.

Partindo do primeiro membro da sentença P(k+1) acima e nele substituindo a P(k) (hipótese),

temos:

1+2+3+4+...+(k-1)+ k + (k+1) = [1+2+3+4+...+(k-1)+ k] + (k+1) = [2

).1( kk] + (k+1) = [

2

).1( kk]

+2

)1(2 k =

2

)1).(2( kk.

A expressão final coincide com o segundo membro de P(k+1).

Portanto, pelo Princípio de Indução Finita, P(n) é verdadeira para todo n 1.

Page 2: MatemáticaDiscreta 03 CAP 2 PIF

CAPÍTULO 2 – Princípio de indução finita Paulette

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Exemplo 2:

Prove que P(n): 2 + 4 + 6 + 8 + ... + 2n = n.(n+1) , n 1.

Prova:

a) Verificar que P(n) é verdadeira para n = 1

1 membro = 2.(1) = 2 (observe o termo geral)

2 membro = (1).((1) + 1) = 1. (1 + 1) = 2

Portanto, P(n) é verdadeira para n = 1.

b) Supor (hipótese) que P(n) é verdadeira para n = k , k 1.

P(k): 2 + 4 + 6 + 8 + .......+ 2k = k (k + 1)

c) Provar (tese) que P(n) é verdadeira para n = k+1, k 1.

P(k+1): 2 + 4 + 6 + 8 + .......+ 2k + 2(k+1) = (k + 1) ( (k+1) + 1) ou

P(k+1): 2 + 4 + 6 + 8 + .......+ 2k + 2(k+1) = (k + 1)( k + 2)

Partindo do primeiro membro da sentença P(k+1) acima e nele substituindo a P(k) (hipótese),

temos:

2 + 4+ 6 + 8 + ...+ 2k + 2(k+1) = [2 + 4+ 6 + 8 + ...+ 2k] + 2(k+1) =

= [ k (k + 1)] + 2(k+1) = (k+1) ( k + 2).

A expressão final coincide com o segundo membro de P(k+1).

Portanto, pelo Princípio de Indução Finita, P(n) é verdadeira para todo n 1.

Exercícios de aplicação 7:

Demonstrar as seguintes proposições, usando o PIF.

1) P(n): 1+x+ 2x + 3x + .......+ nx = x

x n

1

1 1

, n 1 e x 1

Page 3: MatemáticaDiscreta 03 CAP 2 PIF

CAPÍTULO 2 – Princípio de indução finita Paulette

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2) P(n): 1+3+5+........+(2n-1) = 2n , n 1

3) P(n): 21 + 22 + 23 + ........+ 2n = 6

)12).(1.( nnn, n 1

4) P(n): 31 +

32 +33 + .......+ 3n =

4

)1.( 22 nn , n 1.

Page 4: MatemáticaDiscreta 03 CAP 2 PIF

CAPÍTULO 2 – Princípio de indução finita Paulette

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5) P(n): 10n > n , n 1.

6) P(n): 2n > n , n 1.

7) P(n): 22 1n

é divisível por 3, n > 0.

Page 5: MatemáticaDiscreta 03 CAP 2 PIF

CAPÍTULO 2 – Princípio de indução finita Paulette

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8) P(n): 2 3n n , 4n .

9) P(n): n ! > 12n , n 4.

10) Use o P.I.F. e mostre a lei de De Morgan generalizada.

Page 6: MatemáticaDiscreta 03 CAP 2 PIF

CAPÍTULO 2 – Princípio de indução finita Paulette

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11) P(n): 10 1n

é divisível por 9, n 0.

12) P(n): 7 1n

é divisível por 6, n 0

13) Mostre pelo PIF que o produto de dois números inteiros consecutivos é sempre par, ou n(n+1) é

par.