Teoría de Conjuntos

8.15. INDUCCIÓN 45
(i) probar que la conjetura es válida para el menor de los números naturales n 0 a
que hace referencia (en (a) n 0 =1,(b) y (c) n 0 =0, pero en (c) n 0 =2,en(d)es
n 0 =3y en (e) es n 0 = k), esta fase habrá sido ya probada en las comprobaciones
para enunciar la conjetura; (ii) suponiendo que la conjetura es cierta para un
número natural arbitrario p ≥ n 0 probar que también lo es para p +1.
Ejemplo: (a) Primero comprobamos para los valores de n menorescuálesla
situación respecto a la pregunta que nos hacemos:
Para n =1: por un lado 2 n−1 =2 0 =1por otro lado n! =1!=1.
Para n =2: por un lado 2 n−1 =2 1 =2por otro lado n! =2!=2· 1=2.
Para n =3: por un lado 2 n−1 =2 2 =4por otro lado n! =3!=3· 2 · 1=6
Para n =4: por un lado 2 n−1 =2 3 =2por otro lado n! =4!=4·3·2·1 =24
Por tanto nuestra conjetura es P(n) =2 n−1 ≤ n! para todo n ≥ 1.
Ahora la demostramos por inducción:
(i) La conjetura se cumple para n 0 =1,estoesP(1) es cierta.
(ii) Suponemos que la conjeura es cierta para un cierto p ≥ 1, estoesP(p) =
2 p−1 ≤ p! es cierta (hipótesis de inducción). Ahora demostraremos que también
se debe cumplir para p +1 esto es, que P(p +1)=2 (p+1)−1 ≤ (p +1)! es cierta.
Demostración: 2 (p+1)−1 =2 p =2 p−1 · 2 ≤ p! · 2 (usamos que 2 p−1 ≤ p!,
la hipótesis de inducción). Por otro lado p ≥ 1 yportantop +1≥ 2, ?? que
p! · 2 ≤ p! · (p +1)=(p +1)!. Como se quería demostrar.
Ahora, aplicando el principio de inducción para los números naturales: 2 n−1 ≤
n! para todo n ≥ 1
Soluciones: las soluciones a las conjeturas del ejercicio 1 son:
(b) 2 n ≥ n 2 para todo número natural excepto para n =3.Aquípodemos
demostrar los casos particulares n =0,n =1,n =2,n =4y de mostrar que la
conjetura es válida para n ≥ 4 por inducción.
n(n − 1)
(c) Un conjunto de n ≥ 2 elementos tiene subconjuntos de 2 elementos.
2
n(n − 1)(n − 2)
(d) Un conjunto de n ≥ 3 elementos tiene subconjuntos de 3
3!
elementos.
n(n − 1)(n − 2) ···(n − k +1)
(e) Un conjunto de n ≥ k elementos tiene subconjuntos
de k
k!
elementos.
Ejercicio 2. Los siguientes resultados de la aritmética natural son ciertos para
todo n ∈ N. Demuéstrese por inducción.
(a) 2 2n − 1 es múltiplo de 3.
(b) n 2 − n es par.
(c) n 3 − n es múltiplo de 6.
(d) n 5 − n es múltiplo de 30.