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'''Mathematical Induction''' is a proof technique used in mathematics to establish the validity of a statement for all natural numbers. It is particularly useful for proving properties of sequences, inequalities, and recurrence relations. ==Principle of Mathematical Induction== Mathematical induction consists of two main steps: #'''Base Case:''' Prove that the statement holds for the smallest natural number (usually n = 1 or n = 0). #'''Inductive Step:''' Assume the statement holds for some arbitrary natural number k (inductive hypothesis) and prove it for k + 1. If both steps are satisfied, the statement holds for all natural numbers. ==Example Proofs== ===Sum of First n Natural Numbers=== To prove: '''1 + 2 + 3 + ... + n = n(n + 1) / 2''' #'''Base Case (n = 1)''' #*1 = 1(1 + 1) / 2 = 1 (True). #'''Inductive Step''' #*Assume for some k: #**1 + 2 + ... + k = k(k + 1) / 2 #*Prove for k + 1: #**(1 + 2 + ... + k) + (k + 1) = k(k + 1) / 2 + (k + 1) #**= (k + 1)(k / 2 + 1) = (k + 1)(k + 2) / 2 (True). Thus, by mathematical induction, the formula holds for all n. ===Inequality Proof=== To prove: '''2ⁿ ≥ n + 1''' for all n ≥ 1 #'''Base Case (n = 1):''' #*2¹ = 2 ≥ 1 + 1 (True). #'''Inductive Step:''' #*Assume for some k: #**2^k ≥ k + 1 #*Prove for k + 1: #**2^(k+1) = 2 × 2^k ≥ 2(k + 1) (by induction assumption) #**Since 2(k + 1) ≥ k + 2 for all k ≥ 1, the statement holds. Thus, 2ⁿ ≥ n + 1 for all n ≥ 1. ==Strong Induction== A variation of mathematical induction where the inductive step assumes the statement holds for multiple previous cases (not just k but all values up to k). Example: Fibonacci sequence: '''F(n) = F(n-1) + F(n-2) for n ≥ 2''' #'''Base Case:''' F(0) = 0, F(1) = 1 #'''Inductive Hypothesis:''' Assume F(k) and F(k-1) hold. #'''Inductive Step:''' Prove F(k+1) = F(k) + F(k-1). ==Applications== *'''Proving formulas and sequences''' *'''Verifying properties of algorithms''' *'''Establishing correctness in recurrence relations''' ==See Also== *[[Recurrence Relation]] *[[Big O Notation]] *[[Algorithm Complexity]] *[[Proof by Contradiction]] *[[Combinatorial Proof]] * [[분류:Algorithm]]
요약:
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