”Wst¸ep do Teorii Mnogości”, rok akademicki 2009/2010
9. Indukcja matematyczna i rekursja Zadanie 9.1 Udowodnić, że dla każdej liczby naturalnej n zachodzi (a) n < 2n;
n
X
1
13
(b)
>
;
n + i
24
i=1
n
X
(c)
(4i − 3) = n(2n − 1);
i=1
(d) 6 | n3 + 5n;
(e) 6 | 13n − 7;
n
X
(f)
2 · 3i−1 = 3n − 1;
i=1
n
X
(g)
(2i − 1) = n2 (Francesco Maurlico1, 1575r.).
i=1
Zadanie 9.2 Niech ci¸ag {an}n∈N b¸edzie określony wzorem 1
1
1
a0 = 0,
an = 1 +
+
+ . . . +
.
2
3
n
Udowodnić, że
n
X
(a)
ai = (n + 1)(an+1 − 1);
i=1
n
1 −1
X
(b) an = 1 +
ai.
n i=0
Zadanie 9.3 Udowodnić nierówność Bernoulliego2 (1689r.): dla każdego n ∈ N i x > −1
zachodzi 1 + nx ≤ (1 + x)n.
Zadanie 9.4 Niech ci¸ag liczbowy3 {an}n∈N b¸edzie określony rekurencyjnie wzorami: a0 = 0,
a1 = 1,
an+2 = an+1 + an.
Udowodnić, że dla każdego n ∈ N zachodzi
"
√ !n
√ !n#
1
1 +
5
1 − 5
(a) an = √
−
(wzór Bineta4, 1841r.);
5
2
2
(b) an+2an − a2
= (
n+1
−1)n+1 (wzór Cassiniego5, 1680r.).
Zadanie 9.5 Udowodnić, że dla każdej liczby naturalnej n ilość wszystkich podzbiorów zbioru n-elementowego jest równa 2n.
1 Francesco Maurlico (1494-1575) 2 Jacob Bernoulli (1654-1705) 3 Ci¸ag ten nazywamy ci¸agiem liczb Fibonacciego. Fibonacci (skrót od filius Bonacci) znany także jako Leonardo da Pisa opisa l go w ksi¸ażce Liber Abaci (ok. 1170r.) 4 Jacques Philippe Binet (1786-1856) 5 Giovanni Domenico Cassini (1625-1712)