Методические указания

Пример 1: Покажите прямым способом рассуждений, что произведение ху двух нечетных целых чисел х и у всегда нечетно.

Решение. Любое нечетное число, и в частности х, можно записать в виде х = 2m + 1, где m  Z. Аналогично, у = 2n + 1, n  Z.

Значит, произведение ху = (2m + 1)(2n + 1) = 4mn + 2m + 2n + 1 = 2(2mn +m + n) + 1 тоже является нечетным числом.

Пример 2: Пусть n  N. Покажите, используя обратный способ доказательства, что если n² нечетно, то и n нечетно.

Решение. Отрицанием высказывания о нечетности числа n² служит утверждение «n² четно», а высказывание о четности n является отрицанием утверждения «число n нечетно». Таким образом, нужно показать прямым способом рассуждений, что четность числа n влечет четность его квадрата n².

Так как n четно, то n=2m для какого-то целого числа m. Следовательно, n² = 4m² = 2(2m²) — четное число.

Пример 3: Методом «от противного» покажите, что решение уравнения х² = 2 является иррациональным числом, т. е. не может быть записано в виде дроби с целыми числителем и знаменателем.

Решение. Здесь нам следует допустить, что решение х уравнения х² = 2 рационально, т. е. записывается в виде дроби х = с целымиm и n, причем n0. Предположив это, нам необходимо получить противоречие либо с предположением, либо с каким-то ранее доказанным фактом.

Как известно, рациональное число неоднозначно записывается

в виде дроби. Например, х = ==и т.д. Однако можно считать, чтоm и n не имеют общих делителей. В этом случае неоднозначность записи пропадает.

Итак, предполагаем дополнительно, что дробь х =несократима (m и n не имеют общих делителей). По условию число х удовлетворяет уравнению х² = 2. Значит, ()² = 2, откуда m² = 2n².

Из последнего равенства следует, что число m² четно. Следовательно, m тоже четно и может быть представлено в виде m= 2р для какого-то целого числа р. Подставив эту информацию в равенство m² = 2n², мы получим, что 4р² = 2n², т. е. n² = 2р².

Но тогда n тоже является четным числом. Таким образом, мы показали, что как m, так и n  четные числа. Поэтому они обладают общим делителем 2. Если же теперь вспомнить, что мы предполагали отсутствие общего делителя у числителя и знаменателя дроби , то увидим явное противоречие.

Найденное противоречие приводит нас к однозначному выводу: решение уравнения х² = 2 не может быть рациональным числом, т. е. оно иррационально.

Пример 4: Докажем по индукции следующее равенство (которое, конечно, допускает и другие доказательства):

1 + 2 + 3 + ... + n = n(n + 1)/2.

База. При n = 1 равенство превращается в тождество 1 = 1·(1 + 1)/2.

Шаг . Пусть равенство выполнено при n = k: 1 + 2 + 3 + ... + k = k(k + 1)/2.

Прибавим к обеим частям этого равенства k + 1. В левой части мы получим сумму 1+2+3+...+k+(k+1), а в правой - k(k+1)/2+(k+1)=(k(k+1)+2(k+1))/2=((k+2)(k+1))/2.

Итак, 1 + 2 + 3 + ... + k + (k + 1) = (k + 1)(k + 2)/2, а это и есть требуемое равенство при n = k + 1, где n означает произвольное натуральное число.

Контрольные вопросы

1. В чем разница между доказательством прямым рассуждением, обратным, от противного?

2. Что означает математическая индукция? Объясните принцип математической индукции.