Aufgabe zur vollständigen Induktion

Erste Frage Aufrufe: 838     Aktiv: 05.04.2020 um 13:55

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Guten Tag,

vor kurzem hat mein Studium angefangen und wir sind momentan bei dem Thema Mengenlehre und Induktion.

Wir müssen nun alle Aufgaben online machen, aufgrund der Situation mit Corona.

Ich komme nun bei zwei Aufgaben, auf dem Übungsblatt nicht weiter und weiß auch nicht wenn ich fragen soll.

1.1³+ 2³ + 3³ + ... + n³= (1 + 2 + ... + n)² Ich habe die Aufgabe versucht mit 2 Summen zu lösen, jedoch bleib ich immer stecken.

2. (1 − 1/2)(1 − 2/3)(1 − 3/4)...(1 − (n − 1)/n) = 1/n! fur ¨ n ≥ 2 und was muss ich bei dieser Aufgabe machen?

Ich weiß nur dass n mindestens gleich oder größer 2 sein muss.

 

 

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Zu 1.

Schreibe dir die Aufgabe in Summenschreibweise auf, ist leichter mit zu arbeiten:

\(\sum_{k=1}^n {k^3} = (\sum_{k=1}^n {k})^2\) 

Nun kommt der Beweis, dieser ist durch die gaussche Summenformel möglich (wurde vielleicht in der Oberstufe behandelt, ansonsten einfach mal googleln)

\(\sum_{k=1}^n {k^3} = \frac {n^2*(n+1)^2} {4}\) und \(\sum_{k=1}^n {k} = \frac {n*(n+1)} {2}\)

Diese nutzt du nun:

\(\sum_{k=1}^n {k^3} = \frac {n^2*(n+1)^2} {4} = (\frac {n*(n+1)} {2})^2 = (\sum_{k=1}^n {k})^2\), und damit ist das bewiesen, falls du tatsächlich, wie in dem Titel gesagt, vollständige Induktion nutzen sollst sag nochmal bescheid (kommentar) 

 

Zu 2.

Auch hier würde ich keine vollständige Induktion empfeheln, erneut machen wir uns eine Schreibweise zunutze, diesmal die Produktschreibweise:

\(\prod_{k=2}^n {1-\frac {k-1} {k}} = \prod_{k=1}^n {\frac{1}{k}}\)

Der erste Term wird nun umgeformt, dafür betrachten wir ersteinmal nur den inneren Term:

\(1-\frac {k-1} {k} = \frac{k}{k} - \frac {k-1}{k} = \frac{k-(k-1)}{k} = \frac {1}{k}\)

Also gilt:

\(\prod_{k=2}^n {1-\frac {k-1} {k}} = \prod_{k=2}^n{\frac{1}{k}}= \prod_{k=1}^n {\frac{1}{k}}\)

Nun können wir noch den Start bei 2 zu einem Start bei 1 ändern, für dies müssen wir nur mit \(\frac {1}{1}\) multiplizieren, was ja den Wert des Terms nicht ändert, und schon haben wir ein Gleichnis.

 

 

 

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Student, Punkte: 279

 

Vielen Dank für deine Lösung ! :)

Ja ich brauche leider die vollständige Induktion.
  ─   burry.lars121 05.04.2020 um 12:20

dann setze ich mich nochmal ran xD   ─   cedricr 05.04.2020 um 12:27

ok Vielen Dank:)

Das ist wirklich sehr nett ^^
  ─   burry.lars121 05.04.2020 um 12:33

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Zu 1. 

Erneut nutzen wir die Summenschreibweise:

\(\sum_{k=1}^n {k^3} = (\sum_{k=1}^n{k})^2\)

Induktionstart: n=1

\(\sum_{k=1}^ {k^3} = 1 = (\sum_{k=1}^1{k})^2\), wahr

Induktionsvoraussetzung: n->n+1

\(\sum_{k=1}^{n+1} {k^3} = (n+1)^3 + \sum_{k=1}^n{k^3} = (n+1)^3 + (\sum_{k=1}^n{k})^2\) 

\([z.Z. : (n+1)^3 + \sum_{k=1}^n = \sum_{k=1}^{n+1}]\)

Induktionsbeweis: 

Wir nutzen die gaussche Summenformeln:

\(\sum_{k=1}^n {k}= \frac {n*(n+1)}{2}\)

Daraus folgt für unsere Gleichung:

\((n+1)^3+\frac{n^2*(n+1)^2}{4} = \frac {(n+1)^2 * ((n+1)+1)^2}{4}\)

Wir formen einen Term um und danach den nächsten.

Für den Ersten gilt:

\((n+1)^3+\frac{n^2*(n+1)^2}{4} = n^3+3n^2+3n+1+\frac{n^2*(n^2+2n+1)}{4}\)

\(=(4n^3+12n^2+12n+4+n^4+2n^3+n^2)/4 = (n^4+6n^3+13n^2+12n+4)/4\)

Für den Zweiten gilt:

\(((n+1^2)*(n+2)^2)/4 = ((n^2+2n+1)*(n^2+4n+4))/4\)

\(=(n^4+4n^3+4n^2+2n^3+8n^2+8n+n^2+4n+4)/4\)

\(=(n^4+6n^3+13n^2+12n+4)/4\)

Nun kann man sehen, dass die beiden Endterme gleich sind und somit ist die Induktion bewiesen.

 

Zu 2. 

Auch hier nutzen wir wieder die Summenschreibweise, diesmal als Produkt:

\(\prod_{k=2}^n(1-\frac{k-1}{k}) = \prod_{k=1}^n(\frac1k)\)

Induktionstart: n=2

\(\prod_{k=2}^n(1-\frac{k-1}{k}) =1-\frac{2-1}2 = \frac12= \prod_{k=1}^2(\frac1k)\), wahr

Induktionsvoraussetzung: n->n+1

\(\prod_{k=2}^{n+1}(1-\frac{k-1}{k}) = (1-\frac{(n+1)-1}{n+1})*\prod_{k=2}^n(1-\frac{k-1}k)\)

\(=(1-\frac{(n+1)-1}{n+1})*\prod_{k=1}^n(\frac1k)\)

\([z.Z. :(1-\frac{(n+1)-1}{n+1})*\prod_{k=1}^n(\frac1k) = \prod_{k=1}^{n+1}(\frac1k)]\)

Induktionsbeweis: 

\((1-\frac{(n+1)-1}{n+1})*\prod_{k=1}^n(\frac1k)\)

\(=(1-\frac{n}{n+1})*\prod_{k=1}^n(\frac1k)\)

\(=(\frac{n+1}{n+1}-\frac{n}{n+1})*\prod_{k=1}^n(\frac1k)\)

\(=(\frac{1}{n+1})*\prod_{k=1}^n(\frac1k)\)

\(=\prod_{k=1}^{n+1}(\frac1k)\)

Damit ist die Gleichung bewiesen

 

 

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Student, Punkte: 279

 

ok Vielen Dank nochmal vorallem weil sie es noch Sonntags gemacht haben .:)

Ich wünsche ihnen noch einen schönen Sonntag
  ─   burry.lars121 05.04.2020 um 13:50

Danke gleichfalls, und bitte du, ich bin 15.   ─   cedricr 05.04.2020 um 13:55

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