Föreläsning 5: Summor (forts) och induktionsbevis

Relevanta dokument
Övningshäfte 2: Induktion och rekursion

Explorativ övning 5 MATEMATISK INDUKTION

Explorativ övning 5 MATEMATISK INDUKTION

1. Inledning, som visar att man inte skall tro på allt man ser. Betrakta denna följd av tal, där varje tal är dubbelt så stort som närmast föregående

Matematisk kommunikation för Π Problemsamling

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 4

1 Talteori. Det här kapitlet inleder vi med att ta

3, 6, 9, 12, 15, 18. 1, 2, 4, 8, 16, 32 Nu är stunden inne, då vill vill summera talen i en talföljd

inte följa någon enkel eller fiffig princip, vad man nu skulle mena med det. All right, men

Övningshäfte 1: Induktion, rekursion och summor

5B1147. Envariabelanalys. MATLAB Laboration. Laboration 1. Gränsvärden och Summor

MATEMATISK INDUKTION. Syftet med denna övning är att introducera en av de viktigaste bevismetoderna i matematiken

Algebra och talteori MMGL31. Repetition. Idag. Föreläsning 9 VT FLS och primtalstestning. Carmichaeltal. Rabin-Miller test.

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Delbarhet och primtal

TATM79: Föreläsning 1 Notation, ekvationer, polynom och summor

kvoten mellan två på varandra följande tal i en talföljd är konstant alltid lika stor.

Matematisk kommunikation för Π Problemsamling

MÖNSTER OCH TALFÖLJDER

2 Matematisk grammatik

Lösningar för tenta i TMV200 Diskret matematik kl. 14:00 18: Svar: Ja, det gäller, vilket kan visas på flera sätt (se nedan).

29 Det enda heltalet n som satisfierar båda dessa villkor är n = 55. För detta värde på n får vi x = 5, y = 5.

När du läser en definition bör du kontrollera att den är vettig, och försöka få en idé om vad den egentligen betyder. Betrakta följande exempel.

Föreläsning 1. Kursinformation All viktig information om kursen ska kunna läsas på kursens hemsida

(A B) C = A C B C och (A B) C = A C B C. Bevis: (A B) C = A C B C : (A B) C = A C B C : B C (A B) C A C B C

Tentamen i TDDC75 Diskreta strukturer , lösningsförslag

Anteckningar propp SMT2

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

Föreläsning 3: Ekvationer och olikheter

Flera kvantifierare Bevis Direkt bevis Motsägelse bevis Kontrapositivt bevis Fall bevis Induktionsprincipen. x y (x > 0) (y > 0) xy > 0 Domän D = R

MATEMATISK INDUKTION. Syftet med denna övning är att introducera en av de viktigaste bevismetoderna i matematiken

Föreläsning 6: Induktion

Introduktion till algoritmer - Lektion 4 Matematikgymnasiet, Läsåret Lektion 4

Programkonstruktion och Datastrukturer, lektion 7

Explorativ övning 7 KOMPLEXA TAL

Tillämpad Matematik I Övning 1

Induktionsprincipen Starka induktionsprincipen Välordningsprincipen Divisionsalgoritmen

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

2 Tillämpad Matematik I, Övning 1 HH/ITE/BN. De objekt som finns G men inte i H.

Om a 2 är ett jämnt tal, så är också a ett jämt tal sant. = 4n 2 + 4n + 1

Induktion, mängder och bevis för Introduktionskursen på I

MS-A409 Grundkurs i diskret matematik Appendix, del I

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

Grafteori med inriktning på färgläggning

SF1625 Envariabelanalys

Övningshäfte 2: Komplexa tal

Lösningar till Algebra och kombinatorik

gränsvärde existerar, vilket förefaller vara en naturlig definition (jämför med de generaliserade integralerna). I exemplet ovan ser vi att 3 = 3 n n

Lösningar för tenta i TMV200 Diskret matematik kl. 14:00 18:00

TATA42: Föreläsning 5 Serier ( generaliserade summor )

TATM79: Föreläsning 1 Notation, ekvationer, polynom och olikheter

Hela tal LCB 1999/2000

TAMS79: Föreläsning 10 Markovkedjor

Matematik 5 Kap 2 Diskret matematik II

P03. (A) Visa, att om en aritmetisk serie med differensen d har a som första och b som sista term, så är seriens summa b + a 2.

Uppföljning av diagnostiskt prov Repetition av kursmoment i TNA001-Matematisk grundkurs.

Diverse beteckningar och formler som dyker upp i induktionsavsnittet, men även litet överallt annars:

LMA033/LMA515. Fredrik Lindgren. 4 september 2013

Kappa Problem 5

Rekursion och induktion

Inlämningsuppgift, LMN100

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 5

Om konvergens av serier

Övningshäfte 2: Komplexa tal (och negativa tal)

Finaltävling i Stockholm den 22 november 2008

Föreläsning 1, Differentialkalkyl M0029M, Lp

INDUKTION OCH DEDUKTION

Talteori. 1 Grundbegrepp och kongruenser Talföljder och rekursion 6 3 Induktionsbevis Fraktaler.16 Facit.. 18

TATA42: Föreläsning 10 Serier ( generaliserade summor )

Lösningsförslag till problem från Sonja-Kovalevsky-dagarna 2006, Göteborg

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF1610 Diskret Matematik för CINTE 30 maj 2018, kl

Algebra I, 1MA004. Lektionsplanering

IX Diskret matematik

Utsagor (Propositioner) sammansatta utsagor sanningstabeller logisk ekvivalens predikat (öppna utsagor) kvantifierare Section

SF1661 Perspektiv på matematik Tentamen 24 oktober 2013 kl Svar och lösningsförslag. z 11. w 3. Lösning. De Moivres formel ger att

UPP TILL BEVIS! Cirkelns omkrets är 2 π r och arean är π r 2. Hur vet du det att det gäller alla cirklar? Hur

Om plana och planära grafer

Tentamen TMV210 Inledande Diskret Matematik, D1/DI2

ANDREAS REJBRAND Matematik Numeriska serier. Andreas Rejbrand, april /29

5. Förklara varför sannolikheten att en slumpvis vald lottorad har 7 rätt är x + x 2 innehåller termen 14x. Bestäm

EXAMENSARBETEN I MATEMATIK

Andragradsekvationer. + px + q = 0. = 3x 7 7 3x + 7 = 0. q = 7

TATA42: Föreläsning 6 Potensserier

ÖVN 6 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF Nyckelord och innehåll. a n (x x 0 ) n.

Fixpunktsiteration. Kapitel Fixpunktsekvation. 1. f(x) = x = g(x).

Vad är matematik? Svaret kanske verkar enkelt. Vi vet alla att det är

Övningshäfte 1: Logik och matematikens språk

8-5 Ekvationer, fördjupning. Namn:.

Bonusmaterial till Lära och undervisa matematik från förskoleklass till åk 6. Ledning för att lösa problemen i Övningar för kapitel 5, sid

Rekursion och induktion

Lösningar till övningstentan. Del A. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Övningstenta BASKURS DISTANS

TATM79: Föreläsning 2 Absolutbelopp, summor och binomialkoefficienter

TATM79: Föreläsning 2 Absolutbelopp, summor och binomialkoefficienter

Lösningar och kommentarer till uppgifter

ENDIMENSIONELL ANALYS B1 FÖRELÄSNING VI. Föreläsning VI. Mikael P. Sundqvist

SCB :-0. Uno Holmer, Chalmers, höger 2 Ex. Induktiv definition av lista. // Basfall

Sanningsvärdet av ett sammansatt påstående (sats, utsaga) beror av bindeord och sanningsvärden för ingående påståenden.

FÖRELÄSNING 3 ANDERS MÄRAK LEFFLER IDA/HCS

4x 1 = 2(x 1). i ( ) får vi 5 3 = 5 1, vilket inte stämmer alls, så x = 1 2 är en falsk rot. Svar. x = = x x + y2 1 4 y

ALA-a Innehåll RÄKNEÖVNING VECKA 7. 1 Lite teori Kapitel Kapitel Kapitel Kapitel 14...

Transkript:

ht01 Föreläsning 5: Summor (forts) och induktionsbevis Några viktiga summor Det är inte alltid möjligt att hitta uttryck för summor beskriva med summanotation, men vi tar här upp tre viktiga fall: Sats: Summor av konstanter Låt a R. Det gäller då att a a 1 an En annan vanligt förekommande summa är summor där differensen mellan termerna är konstant: Definition: Aritmetisk summa Vi säger att summan av a i är aritmetisk om det gäller att a i+1 a i b för något b R för alla i i summan. Aritmetiska summor kan beskrivas med: (bi + c) (bm + c) + (b(m + 1) + c) +... + (bn + c) im för b, c R. Exempel: Summan 5 5 + 9 + 13 + 17 + 1 (4i + 1) är aritmetisk med b a i+1 a i 4. 1

ht01 För aritmetiska summor kan vi hitta en formel för att beräkna summans värde. Sats: Formel för aritmetiska summor Låt s n a 1 + a +... + a n vara en aritmetisk summa med n termer. Då gäller att: a i n(a 1 + a n ) Bevis: Eftersom summan är aritmetisk gäller att a i bi + c. Vi har således att: s n (b + c) + (b + c) +... + (nb + c) s n (nb + c) + ((n 1)b + c) +... + (b + c) Där vi skrivt summan framlänges och baklänges. Vi adderar dessa uttryck vilket ger: s n (b + c) + (nb + c)+ + (b + c) + ((n 1)b + c)+ + (3b + c) + ((n )b + c)+ +... + + (nb + c) + (b + c) Vi ser att varje rad blir lika med (n + 1)b + c och eftersom det är n rader får vi när vi summerar raderna att: s n n( (n + 1)b + c ) n( (b + c) + (nb + c) ) n(a 1 + a n ) Detta ger att s n n(a 1+a n), V.S.V. Exempel: Beräkna summan 1 i3(5i ). Lösning: Den första termen blir a 1 5 3 13, och den sista termen blir a n 5 1 103. Det är n 1 3 + 1 19 termer i summan. Vi använder detta för att beräkna summan: 1 i3 (5i ) 19(13 + 103) 110 Om kvoten mellan termerna i en summa är konstant får vi en annan typ av summa: Definition: Geometrisk summa

ht01 Summan av a i är geometrisk om det gäller att a i+1 a i geometriska summor på formen: r för något r R för alla i. Vi kan skriva br i br m + br m+1 +... + br n im för b, r R. Exempel: Summan 4 + 1 + 4 + 48 3 + 3 + 3 3 + 3 4 3 i är geometrisk, med r a i+1 a i. Vi kan ta fram en allmänn formel även för geometriska summor: Sats: Formel för geometriska summor Låt s n a 1 + a +... a n vara en geometrisk summa med n termer, där 1 r a i+1 a i. Då gäller att: s n a i a 1 1 r n 1 r Bevis: Eftersom summan är geometrisk måste a i a 1 r i 1 och vi kan skriva: s n a 1 + a 1 r + a 1 r +... + a 1 r n 1 rs n a 1 r + a 1 r + a 1 r 3 +... + a 1 r n Från detta kan vi beräkna: s n rs n a 1 a 1 r n s n (1 r) a 1 (1 r n ) 1 r n s n a 1 1 r V.S.V. Exempel: Beräkna summan 9 i3 3 i. Lösning: Vi beräknar a 1 3 3 54, r 3 och n 9 3 + 1 7, och använder detta i 3

ht01 formeln för geometriska summor: 9 i3 3 i 54 1 37 1 3 590 Den sista typ av summa vi tar upp är s.k. teleskopsummor, vilket betecknar summor där många termer tar ut varandra. Det finns inte någon strikt definition, så låt oss ta ett exempel: Exempel: Beräkna summan 1 ( i (i 1) ). Lösning: Vi utvärderar summan: 1 ( i (i 1) ) 1 0 + 1 + 3 +... + 0 19 + 1 0 Vi kan se att alla termer utom 0 och 1 kommer att ta ut varandra så 1 ( i (i 1) ) 0 + 1 441 Svar: Summan är lika med 441. Induktionsbevis Vi vill ofta visa att någonting är sant för alla naturliga tal n. Tillexempel visade vi förra gången att n a i n(a 1+a ) för geometriska summor för alla n. Vi ska här gå igenom induktionsbevis som är en allmänn metod för att visa denna typ av påståenden. Induktionsbevis har följande form: Låt säga att vi har ett påstående som vi vill veta om det är sant för alla n. Låt P (k) beteckna att utsagan är sann för k. Induktionsbasen: Induktionsbevis fungerar genom att först visa att utsagan är sann för det minsta k:et, ofta k 1. Vi börjar alltså med att visa P (1). Induktionssteget: Vi visar sedan att P (k) P (k + 1), dvs om påståendet är sant för k är det även sant för k + 1. Att P (k) är sann kalls för induktionsantagandet. Slutsats: Om det P (1) är sann och (P (k) P (k + 1)) är sann måste (P (1) P ()) vara sann. Om både P (1) och (P (1) P ()) är sann så måste även P () vara sann. Men 4

ht01 det gäller också att P () P (3), så P (3) är också sann. På detta sätt kan vi gå till ett gotyckligt stort k och konstatera att P (n) måste vara sann för alla n 1. Exempel: Visa mha induktion att: i n+1, för n 1 Lösning: Vi börjar med att visa induktionsbasen dvs: P (1): 1 i 1. Så P (1) är sann. Vi visar sedan induktionssteget mha induktionsantagandet: P (k) P (k + 1): Vi beräknar k+1 k i i + k+1 Vi använder induktionsantagandet för att skriva om k i k+1 : k+1 k i i + k+1 k+1 + k+1 k+1 (k+1)+1 Så P (k) P (k + 1) är sann. Tillsammans innebär P (1) och P (k) P (k + 1) att P (n) är sann för alla n 1. Exempel: Visa med induktion att: i n(n + 1)(n + 1), för alla n N. Lösning: P(1): V.L. 1 i 1 1 5

ht01 H.L. 1(1 + 1)( 1 + 1) 1 3 1 Så P (1) är sann. P (k) P (k + 1): Vi beräknar: k+1 i k i + (k + 1) Induktionsantagande k(k + 1)(k + 1) + (k + 1) k(k + 1)(k + 1) + (k + 1) (k + 1)[ k(k + 1) + (k + 1) ] (k + 1)[ k + k + k + ] (k + 1)(k + )(k + 3) (k + 1)( (k + 1) + 1 )((k + 1) + 1) Så P (k) P (k + 1) är sann. Vi har genom induktion visat att i n(n + 1)(n + 1), för alla n N. Exempel: Visa mha induktion att (n ) n för alla n 4. Lösning: Vi börjar med att visa P (1) som i det här fallet är när n 4. ( ) 4 4 Så P (1) är sann.

ht01 Vi visar sedan P (k) P (k + 1). Vi beräknar: (k + 1 ) (k + 1) (k ) + (k ) + 1 (induktionsantagande, (k ) k) k + (k ) + 1 3k 3 (Använd att k 4 3k k+4) k + 4 3 k + 1 k + 1 Så P (k) P (k + 1). Svar: Vi har mha induktion bevisat att (n ) n för alla n 4. 7