Minimaal tegenvoorbeeld
Als je een bewering van de vorm ∀n∈N:P(n) wilt bewijzen, kun je gebruik maken van het minimale tegenvoorbeeld. Hierbij neem je aan dat er een kleinste getal m∈N bestaat waarvoor P(m) niet waar is. Het doel is om dan uit te komen op een contradictie.
Stelling
∀n∈N:6∣n3−n
Bewijs
Bij contradictie, neem aan dat er een n∈N bestaat waarvoor 6∤n3−n. Dan bestaat er een kleinste m∈N waarvoor 6∤m3−m. Omdat 6∣13−1=0 en 6∣23−2=6, moet gelden dat m≥3. Dan schrijven we m=k+2 voor een k∈N met 1≤k<m. Nu geldt:
m3−m=(k+2)3−(k+2)=k3−k+6(k2+2k+1)
Omdat k<m en m het kleinste getal is waarvoor 6∤m3−m, geldt dat 6∣k3−k. We schrijven k dus als 6x voor een x∈Z. Dit geeft:
m3−m=6x+6(k2+2k+1)
En omdat x,k2+2k+1∈Z, concluderen we dat 6∣m3−m. Dit is een contradictie. QED.
Sterke inductie
Sterke inductie is een uitbreiding op normale inductie, en gaat alsvolgt:
Laat P(n) een bewering zijn met domein N. Als (1) P(1) waar is en (2) ∀k∈N:(P(1)∧P(2)∧...∧P(k))⟹P(k+1) waar is, geldt ∀n∈N:P(n).
Stelling
Laat an recursief gedefiniëerd zijn door a1=1, a2=3 en an=2an−1−an−2 voor n≥3. Dan geldt an=2n−1 voor alle n∈N.
Bewijs
Met sterke inductie op n, bewijzen we (1) 1=2(1)−1 en 2=2(2)−1, en (2) ∀k∈N:(a1=2(1)−1∧a2=2(2)−1∧...∧ak=2k−1)⟹ak+1=2(k+1)−1.
(1) Er geldt 2(1)−1=1 en 2(2)−1=3, dus dit klopt.
(2) Laat k∈N. We nemen aan dat ai=2i−1 geldt voor elke i∈N waarvoor i<k. Er geldt:
ak=2ak−1−ak−2=IH2(2(k−1)−1)−(2(k−2)−1)=2k−1
QED.
Relaties
Voor verzamelingen A en B is een relatie R van A naar B een deelverzameling van A×B. Als (a,b)∈R, zeggen we dat a gerelateerd is aan b, notatie aRb.
Voor een relatie R van A naar B geldt dat het domein, notatie dom(R), en het bereik, notatie range(R), gelijk zijn aan:
dom(R)={a∈A:(a,b)∈R voor een b∈B}
range(R)={b∈B:(a,b)∈R voor een a∈A}
Voorbeeld
Gegeven zijn A={1,2,3}, B={x,y} en R={(2,x),(1,y),(2,y)}. Er geldt R⊆A×B, dus R is een relatie van A naar B.
Hier geldt dat dom(R)={1,2} en range(R)={x,y}.
De inverse van een relatie R van A naar B, notatie R−1, is een relatie van B naar A, zodat:
R−1={(b,a):(a,b)∈R}
Relaties op verzamelingen
Een relatie R op een verzameling A is een relatie van A naar A, oftewel R⊆A×A.
Laat R een relatie zijn op A. Dan is R:
- Reflexief precies als aRa voor alle a∈A.
- Symmetrisch precies als aRb⟹bRa voor alle a,b∈A.
- Transitief precies als (aRb∧bRc)⟹aRc voor alle a,b,c∈A.
Voorbeeld
Laat R de relatie zijn op R zodat aRb precies als ∣a−b∣≤1. Dan is R wel reflexief, wel symmetrisch, maar niet transitief.