MathLabs
Định lýĐã chứng minh

Nguyên lý quy nạp mạnh và sự tương đương logic

Phát biểu

Cho P(n)P(n) là mệnh đề với các số nguyên n≥n0n \ge n_0. Nếu P(n0)P(n_0) đúng và với mọi số nguyên k≥n0k \ge n_0, giả thiết kéo theo (P(n0)∧⋯∧P(k))⇒P(k+1)\bigl(P(n_0) \wedge \cdots \wedge P(k)\bigr) \Rightarrow P(k+1) đúng, thì P(n)P(n) đúng với mọi số nguyên n≥n0n \ge n_0. Hơn nữa, quy nạp mạnh, quy nạp thường và nguyên lý sắp thứ tự tốt tương đương logic với nhau.

Vì sao đúng?

Quy nạp mạnh cho phép ta sử dụng bất kỳ trường hợp trước đó P(j)P(j) nào với n0≤j≤kn_0 \le j \le k (chẳng hạn a,b≤ka, b \le k khi phân tích k+1=abk+1 = a b hoặc P(k−1)P(k-1) và P(k)P(k) trong hệ thức truy hồi Fibonacci) mà không cần thêm tiên đề nào ngoài quy nạp thường.

Phác thảo chứng minh

Đưa về quy nạp thường: Cho vị từ P(n)P(n) với n≥n0n \ge n_0, định nghĩa mệnh đề hội tích lũy Q(n)≡P(n0)∧P(n0+1)∧⋯∧P(n)Q(n) \equiv P(n_0) \wedge P(n_0+1) \wedge \cdots \wedge P(n). Tại chỉ số cơ sở n=n0n = n_0, mệnh đề Q(n0)Q(n_0) chỉ có một hạng tử P(n0)P(n_0), đúng theo giả thiết cơ sở của quy nạp mạnh.

**Bước quy nạp cho Q(k)Q(k):** Cố định số nguyên k≥n0k \ge n_0 và giả sử Q(k)Q(k) đúng. Theo định nghĩa của Q(k)Q(k), tất cả các mệnh đề P(n0),P(n0+1),…,P(k)P(n_0), P(n_0+1), \dots, P(k) đều đúng. Giả thiết bước quy nạp mạnh (P(n0)∧⋯∧P(k))⇒P(k+1)\bigl(P(n_0) \wedge \cdots \wedge P(k)\bigr) \Rightarrow P(k+1) khi đó suy ra P(k+1)P(k+1) cũng đúng.

Kết luận: Kết hợp Q(k)Q(k) với P(k+1)P(k+1) ta chứng minh được Q(k+1)≡Q(k)∧P(k+1)Q(k+1) \equiv Q(k) \wedge P(k+1). Áp dụng nguyên lý quy nạp toán học thông thường cho Q(n)Q(n), mệnh đề Q(n)Q(n) đúng với mọi số nguyên n≥n0n \ge n_0; nói riêng, hạng tử cuối P(n)P(n) đúng với mọi n≥n0n \ge n_0.

Chủ đề chứa định lý này

Chứng minh từng bước

Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.

Tài liệu tham khảo

  1. Florian Cajori (1918). Origin of the Name 'Mathematical Induction' · DOI:10.1080/00029890.1918.11998404
  2. Solomon W. Golomb (1954). Checkerboards and Polyominoes · DOI:10.1080/00029890.1954.11988548
  3. David Bařina (2021). Convergence verification of the Collatz problem · DOI:10.1007/s11227-020-03368-x