數學歸納法
觀念
要證明一個敘述 對所有正整數成立,只需兩步:(1) 起始:驗證 ;(2) 歸納:假設 成立,推出 成立。像一排骨牌,第一張倒了,而且每張倒都會推倒下一張,整排就全倒。
例:證 。 時兩邊都是 1;假設 成立,兩邊加上第 項:,正是公式在 的樣子。
歸納法是處理「無限多個情況」的標準武器,演算法正確性、遞迴關係與離散數學都靠它。
例題
數學歸納法的歸納步驟中,假設 時敘述成立(),接著要證明什麼?
- ① 時成立
- ② 時也成立
- ③ 對所有 都成立
- ④ 時也成立
- ⑤ 時也成立
看解法與答案
歸納步驟是「骨牌效應」:假設第 張倒下(歸納假設),要證明它會推倒第 張,也就是由 成立推出 成立。
配合起始步驟( 成立): 推到 、 推到 ……就能推到所有正整數。
答案選 ⑤: 時也成立。「 時也成立」方向反了(往回推);「對所有 都成立」是整個證明的結論,不是這一步要證的東西。
答案: 時也成立
用在哪裡
- 程式證明遞迴函式正確:基底情況對,且假設處理 筆正確就能處理 筆,這正是歸納法的兩步。
- 電腦插入排序的迴圈不變式「前 筆已排好」每圈都成立,跑完 圈整列就排好,證明靠歸納法。
- 遊戲河內塔 個盤至少搬 次,用歸納法證明;64 個盤要搬約 次。
插畫


學習路徑
先學會
- 級數與 Σ 求和 高中 10 年級
學完可以接著學
互動練習在本機版
這個網站是觀念與例題的閱讀版。互動練習(每次出不同數字的新題、自動判對錯、錯題本、熟練度與複習排程)在「數學學院」本機版,目前還沒對外開放。