第一数学归纳法:
一般地,证明一个与自然数n有关的命题P(n),有如下步骤:
(1)证明当n取第一个值n0时命题成立。n0对于一般数列取值为0或1,但也有特殊情况;
(2)假设当n=k(k≥n0,k为自然数)时命题成立,证明当n=k+1时命题也成立。
综合(1)(2),对一切自然数n(≥n0),命题P(n)都成立。
证明:
假设对于对于命题P(n)满足第一数学归纳法的条件,即当n取第一个值n0时命题成立。当n=k(k≥n0,k为自然数)时命题成立,当n=k+1时命题也成立。
此时假设P(n)并不对所有自然数都成立。
那么必定有存在一个使得P(n)不成立的最小的自然数,假设是i。既然i是使得P(n)不成立的最小自然数,则i-1必定能使P(n)成立。
因此得出P(i-1)成立而P(i)不成立,与此条件——当n=k(k≥n0,k为自然数)时命题成立,当n=k+1时命题也成立相矛盾。
因此该假设P(n)并不对所有自然数都成立不正确。
反正法成立。
第二数学归纳法原理是设有一个与自然数n有关的命题,如果:
(1)当n=1时,命题成立;
(2)假设当n≤k时命题成立,由此可推得当n=k+1时,命题也成立。
那么,命题对于一切自然数n来说都成立。
证明:
假设命题不是对一切自然数都成立。命N表示使命题不成立的自然数所成的集合,显然N非空,于是,由最小数原理N中必有最小数m,那么m≠1,否则将与(1)矛盾。所以m-1是一个自然数。但m是N中的最小数,所以m-1能使命题成立。这就是说,命题对于一切≤m-1自然数都成立,根据(2)可知,m也能使命题成立,这与m是使命题不成立的自然数集N中的最小数矛盾。因此定理获证。
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