Demonstração por indução
A demonstração por indução (ou pelo Princípio da Indução Finita, PIF) é usada para provar afirmações do tipo " é verdadeira para todo inteiro ". Ela é feita em três passos:
- Passo básico: mostra-se que é verdadeira (geralmente ou ).
- Hipótese de indução: supõe-se que é verdadeira para algum inteiro .
- Passo indutivo: demonstra-se que , usando a hipótese de indução.
Se os três passos forem cumpridos, então, pelo PIF, é verdadeira para todo .
A analogia clássica é a de uma fileira infinita de dominós: o passo básico derruba o primeiro dominó; o passo indutivo garante que, se um dominó qualquer cai, o próximo também cai. Juntas, essas duas garantias bastam para concluir que todos os dominós caem — sem precisar empurrar cada um manualmente.
Por que a hipótese de indução não é circular
Pode parecer estranho "supor" para provar — não seria supor o que se quer provar? Não: não estamos provando nem para um fixo isoladamente. Estamos provando a implicação , que é verdadeira mesmo se não soubéssemos ainda se é verdadeira. O PIF é o que costura o passo básico com essa cadeia de implicações e conclui para todo .
Indução forte
Uma variante, a indução forte, permite usar como hipótese não só , mas — todos os casos anteriores, não apenas o imediatamente anterior. Isso é necessário, por exemplo, no último exercício desta página, onde o passo indutivo de usa simultaneamente e , não só o "último" termo.
Exercícios
Exercício proposto
Prove, por indução, que é verdadeira para todo .
Resposta
Dem.:
I) Se . A equação é verdadeira para (passo básico).
II) Vamos supor, por indução, que a equação seja verdadeira para algum inteiro . Assim,
III) Vamos demonstrar que . Assim,
Exercício proposto
Prove, por indução, que , para todo inteiro positivo.
Resposta
Dem.:
I) Se . Verdadeiro (passo básico).
II) Vamos supor, por indução, que a equação seja verdadeira para algum inteiro . Assim,
III) Vamos demonstrar que . Assim,
Exercício proposto
Prove, por indução, que , para todo .
Resposta
Dem.:
I) Se . Verdadeiro (passo básico).
II) Vamos supor, por indução, que a equação seja verdadeira para algum inteiro . Assim,
III) Vamos demonstrar que . Assim,
Exercício proposto
Prove, por indução, que é divisível por , para todo inteiro positivo .
Resposta
Dem.:
I) Se , com . Verdadeiro (passo básico).
II) Vamos supor, por indução, que a equação é válida para algum inteiro positivo . Assim,
III) Vamos demonstrar que . Assim,
Exercício proposto
Prove por indução que, na sequência de Fibonacci, , para todo .
Resposta
Dem.:
I) Se . Verdadeiro (passo básico).
II) Vamos supor, por indução, que a equação seja verdadeira para algum inteiro positivo . Assim,
III) Vamos demonstrar que , ou seja, que . Assim,
Como :
Como :