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数学的帰納法を使用する証明

    直子 (id: 3266) (2024年6月20日17:48)
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    「偶数と奇数の和は奇数である」という証明を数学的帰納法を使って証明して欲しいです。よろしくお願いします。
    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年6月20日20:04)
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    なぜ数学的帰納法でという指定なのでしょうか?そのことの証明ならそんなことしないし、数学的帰納法の練習としてはふさわしくない問題ですが。理由が納得できれば考えてみますよ。

    直子 (id: 3266) (2024年6月21日4:55)
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    そうなんです。そんなことしないのが普通なのですが、中学生が数学的帰納法を使用した証明を書いたのです。もし本当に数学的帰納法を使っての証明ができるのなら、正しい解答を知りたいなと思いました。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年6月21日5:30)
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    おはようございます。そうですか。じゃ、考えた方もないけど考えてみますね。本当はその証明を見せてくれるのが一番いいのですが。正誤の判断をします。それともそれは間違っていたのですか?

    回答

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年6月21日8:06)
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    直子さん、おはようございます。初めての方ですね。よろしく。 こんなのは初めてですが、考えてみました。 偶数、奇数を2nとか2n+1とか置くのでは、数学的帰納法を使う理由がなくなりますので、そのようには置きません。2nの形が偶数、2n+1の形が奇数という判断もしません。偶数や奇数は一つおきに出てくることを使います。また、0が偶数、1が奇数であることは知っているとしますよ。対象となる整数は非負の整数とします。 数学的帰納法による証明: 「すべての偶数x、すべての奇数yについて、x+yは奇数である」 ということの証明です。 「偶数xと奇数yの和x+yは奇数である」という命題を(A)とします。 (i) x=0,y=1 のとき、 x+y=0+1=1なので(A)は成り立つ。 (ii) x=0,y=k のとき和x+y=0+kが奇数であると仮定する。 このとき、kの次の奇数はk+2で、0+(k+2)=(0+k)+2=(奇数)+2 となり、これは次の奇数であるから(A)は成り立つ。 (iii) (i)(ii)より、xが0、yがすべての奇数について(A)は成り立つ。 (iv) x=mで、yはすべての奇数のとき、和m+yは奇数であると仮定する。 このとき、mの次の偶数はm+2で、(m+2)+y=(m+y)+2=(奇数)+2となり、これは次の奇数であるから(A)は成り立つ。 (iii)(iv)より、すべての偶数x、すべての奇数yについてx+yは奇数であることが証明された。 (証明終わり) (i)(ii)から(iii)を導くときと、(iii)(iv)から結論を導くときの2回、数学的帰納法を用いています。 こんなのを考えましたが。これで大丈夫ですか? これを読んだら、わかったとか、まだこのへんに疑問が残るから説明してほしいとか、コメント欄に何か返事を書いてください。会話型を目指しています。返事がないと、せっかく書いたものを読んでくれたのかどうか、書いたものが役に立ったのかどうか、こちらではわからないのです。コメント、よろしく。
    直子 (id: 3266) (2024年6月21日14:03)
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    すみません。仕事が終わり次第よく読んでコメントさせていただきます。考えていただき、本当にありがとうございます❗️

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年6月21日14:50)
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    どうぞ、ごゆっくり。

    直子 (id: 3266) (2024年6月21日22:00)
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    こんばんは。 くさぼうぼうさんが考えてくださった、証明、よくわかりました。大変、わかりやすい証明をありがとうございます。 中学生が書いた証明を乗せます。 どうでしょうか? 偶数を整数nを用いて2nと表す。 ここで奇数は2n-1表せる。 この和、2n+(2n-1)をP(n)…①とする。 P(1)=2×1+(2×1-1)=3で奇数となる。 P(2)=2×2+(2×2-1)=7で奇数となる。 ここでn=kとすると、 P(k+1)=P(k)+2と表せる。 これは、2n+(2n-1)+2=2n+(2n+1)となり、 m=n-1/2とおくと 2n+(2n+1)=(2m-1)+2mとなり、①と一致することから P(1)は奇数、P(2)も奇数、P(k+1)=P(k)+2…②の3つから P(n)(n>イコール1)は奇数である。 また、P(k-1)=P(k)-2は、②の反対であるから P(n)(n<イコール1)も奇数である。 よって、奇数と偶数の和は、奇数である。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年6月21日22:34)
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    中学生の証明について、これは2n+(2n-1)についての証明にしかなっていませんね。6+5とか12+11とか、連続した偶数と奇数の和しか扱っていません。これは致命的です。偶数は2n、奇数は2m-1のように、偶数と奇数を独立に(異なる文字を用いて)定めて、nについて、mについて、数学的帰納法を用いなければね。証明の7行目は+2ではなく+4ですね。 いずれにしても、すべての奇数、すべての偶数について示さなければならないので、数学的帰納法でやるならn,mの二つの文字についてやらなければなりません。 でも、やってみた生徒さんはなかなか偉いと思います。うまくほめながら教えてあげてください。 直子さんは教員でしょうか?私は教員OBです。

    直子 (id: 3266) (2024年6月21日22:52)
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    そうですよね。連続したものの和しか証明していないですよね。そうだろうかなと思いながらも、うーーん。って考えて誰かに聞いてみたいと思い、ここに辿り着きました。聞いてみて良かったです。くさぼうぼうさんの解答を教えてあげようと思います。本当にありがとうございました。私も教員です。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年6月21日23:04)
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    中学では数学的帰納法は扱わないですよね。この生徒さんは数学好きの人なのかな?それとも中高一貫の特別カリキュラムで高校数学の一部も前倒しでやっている学校でしょうか。いずれにしても、挑戦心は大事にしたいですよね。また何かありましたらご利用ください。

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