Definisi & Fungsi
- Metoda pembuktian yang baku di dalam matematika.
- Digunakan untuk membuktikan pernyataan perihal bilangan bulat positif.
- Dapat mengurangi pembuktian bahwa semua bilangan bulat positif termasuk ke dalam suatu himpunan kebenaran dengan jumlah langkah terbatas
Prinsip Induksi Matematika Sederhana
t Misalkan p(n)
adalah pernyataan perihal bilangan bulat positif dan kita ingin membuktikan
bahwa p(n) benar untuk semua bilangan bulat positif n. untuk membuktikan
pernyataan ini, kita hanya perlu membuktikan bahwa :
1.
Langkah 1 :
P(1) benar/terdefinisi à Basis
Induksi, dan
2. Langkah 2 : Untuk semua bilangan bulat positif n ³ 1, jika p(n) benar maka
p(n+1) juga benar à Hipotesis Induksi
t Bila kita sudah
menunjukkan kedua langkah tersebut benar maka kita sudah membuktikan bahwa p(n)
benar untuk semua bilangan bulat positif n
Contoh
8 Tunjukkan bahwa jumlah n buah
bilangan ganjil positif pertama adalah n2 melalui induksi matematik.
8 Penyelesaian
1. Langkah 1(Basis induksi): Untuk n = 1, kita peroleh jumlah satu buah
bilangan ganjil positif pertama adalah 12 = 1. Ini benar karena
jumlah satu buah bilangan ganjil positif pertama adalah 1
2.
Langkah 2 (Hipotesis induksi): Andaikan untuk n ³ 1 pernyataan 1 + 3 + 5 + …
+ (2n – 1) = n2 adalah
benar [bilangan ganjil positif ke-n adalah (2n – 1)].
Kita
harus memperlihatkan bahwa 1 + 3 + 5 +
… + (2n – 1) + (2n + 1) = (n + 1)2 juga benar.
Hal
ini dapat kita tunjukkan sebagai berikut:
1
+ 3 + 5 + … + (2n – 1) + (2n + 1) = [1 + 3 + 5 + … + (2n – 1)] + (2n + 1)
= n2 + (2n + 1)
= n2 + 2n + 1
= (n + 1)2 à benar
Karena langkah 1 dan langkah 2
keduanya telah dibuktikan benar, maka jumlah n buah
bilangan ganjil positif pertama adalah n2 .
Prinsip Induksi yang Dirampatkan
t Misalkan p(n)
adalah pernyataan perihal bilangan bulat dan kita ingin membuktikan bahwa p(n) benar
untuk semua bilangan bulat n ³ n0.
t Untuk
membuktikan ini, kita hanya perlu menunjukkan bahwa:
1.
Basis Induksi: p(n0) benar, dan
2. Hipotesis Induksi : Untuk semua bilangan bulat n ³ n0, jika p(n)
benar maka p(n+1) juga benar
Contoh
8 Tunjukkan bahwa
untuk n ³ 1, 1+2+3+…+n = n
(n+1) / 2 melalui induksi matematik.
8 Penyelesaian
1.
Langkah 1(Basis induksi ): Untuk n = 1, kita peroleh 1 =
1 (1+1) / 2.
1= 1 (1+1) / 2 = 1 (2) / 2 = 2/2 = 1 à benar dan terdefinisi
2.
Langkah 2 (Hipotesis induksi) : Andaikan bahwa untuk n ³ 1, 1 + 2 + 3 +… +
n = n (n+1) / 2 adalah benar (hipotesi induksi).
Kita harus menunjukkan bahwa
1 + 2 + 3 +… + n + (n+1) = (n+1)
[(n+1) + 1)] / 2 juga benar.
Untuk membuktikan ini, tunjukkan
bahwa
1 + 2 + 3 + … + n + (n+1) = (1 + 2 + 3 + … + n) + (n+1)
= [ n (n+1) / 2 ] + (n+1)
= [ (n² + n) / 2 ] + (n + 1)
= [ (n² + n) / 2 ] + [ (2n + 2) / 2 ]
= (n² + 3n + 2) / 2
= (n +1) (n + 2) / 2
= [ (n + 1) (n + 1) + 1 ] / 2 à benar
Karena langkah 1 dan langkah 2
keduanya telah dibuktikan benar, maka
untuk semua bilangan bulat positif n terbukti
1 + 2 + 3 + … + n = n (n+1) / 2.
Prinsip Induksi Kuat
t Misalkan p(n)
adalah pernyataan perihal bilangan bulat dan kita ingin membuktikan bahwa p(n) benar untuk semua bilangan bulat n ³ n0.
Untuk membuktikan ini, kita hanya perlu menunjukkan bahwa:
1.
p(n0) benar, dan
2. untuk semua bilangan bulat n ³ n0, jika p(n0 ), p(n0+1),
…, p(n) benar maka p(n+1) juga benar.
Contoh
8 Bilangan bulat
positif disebut prima jika dan hanya jika bilangan bulat tersebut habis dibagi
dengan 1 dan dirinya sendiri. Kita ingin membuktikan bahwa setiap bilangan
bulat positif n (n ³ 2) dapat
dinyatakan sebagai perkalian dari (satu atau lebih) bilangan prima. Buktikan
dengan prinsip induksi kuat.
8 Penyelesaian
1. Basis induksi. Jika n = 2, maka 2
sendiri adalah bilangan prima dan di sini 2 dapat dinyatakan sebagai perkalian
dari satu buah bilangan prima, yaitu dirinya sendiri.
2. Langkah induksi. Misalkan pernyataan
bahwa bilangan 2, 3, …, n dapat dinyatakan sebagai perkalian (satu atau
lebih) bilangan prima adalah benar (hipotesis induksi). Kita perlu menunjukkan
bahwa n + 1 juga dapat dinyatakan sebagai perkalian bilangan prima.
Ada
dua kemungkinan nilai n + 1:
5 Jika n +
1 sendiri bilangan prima, maka jelas ia dapat dinyatakan sebagai perkalian satu
atau lebih bilangan prima.
5 Jika n +
1 bukan bilangan prima, maka terdapat bilangan bulat positif a yang
membagi habis n + 1 tanpa sisa. Dengan kata lain
(n + 1)/ a = b atau (n + 1) = ab yang dalam
hal ini, 2 £ a £ b £ n.
Menurut hipotesis induksi, a dan b dapat dinyatakan sebagai
perkalian satu atau lebih bilangan prima. Ini berarti, n + 1 jelas dapat
dinyatakan sebagai perkalian bilangan prima, karena n + 1 = ab.
Karena langkah 1 dan langkah 2 sudah
ditunjukkan benar, maka terbukti bahwa setiap bilangan bulat positif n (n
³ 2) dapat
dinyatakan sebagai perkalian dari (satu atau lebih) bilangan prima
Bentuk Induksi Secara Umum
t Relasi biner
"<" pada himpunan X dikatakan terurut dengan baik (atau
himpunan X dikatakan terurut dengan baik dengan "<") bila
memiliki properti berikut:
1.
Diberikan x, y, z Î X, jika x
< y dan y < z, maka x < z.
2.
Diberikan x, y Î X. Salah satu dari kemungkinan
ini benar: x < y atau y < x atau x = y.
3. Jika A adalah himpunan bagian tidak kosong dari
X, terdapat elemen x Î A sedemikian
sehingga x £ y untuk
semua y Î A.
Dengan kata lain, setiap himpunan bagian tidak kosong dari X mengandung
"elemen terkecil".
t Misalkan X
terurut dengan baik oleh "<", dan p(x) adalah pernyataan perihal
elemen x dari X. Kita ingin membuktikan bahwa p(x) benar untuk semua x Î X. Untuk
membuktikan ini, kita hanya perlu menunjukkan bahwa:
1.
p(x0) benar, yang dalam hal ini x0
adalah elemen terkecil di dalam X, dan
2.
Untuk semua x > x0 di dalam X, jika p(y)
benar untuk semua y < x, maka p(x) juga benar.
Contoh
Tinjau barisan bilangan yang didefinisikan sebagai
berikut:
Sebagai contoh,
S0,0 = 0 S1,
0 = S0,0 + 1 = 0 + 1 = 1
S0, 1 = S0,0
+ 1 = 1 S1,
1 = S1,0 + 1 = 1 + 1 = 2
S2, 0 = S1,0
+ 1 = 2 S2,
1 = S2,0 + 1 = 3, …
Buktikanlah
dengan induksi matematik bahwa untuk pasangan tidak negatif m dan n,
Sm, n = m + n.
Penyelesaian
5 Basis induksi. Karena (0, 0)
adalah elemen terkecil di dalam X, maka S0,0
= 0 + 0 = 0. Ini benar dari definisi S0,0.
5 Langkah
induksi. Buktikan untuk semua (m, n) >
(0, 0) di dalam X bahwa jika Sm',n'
= m' + n' benar untuk semua (m', n') < (m,
n) maka Sm, n = m + n
juga benar. Andaikan bahwa Sm’, n’ = m’
+ n’ benar untuk semua (m’, n’) < (m,n). Ini adalah hipotesis induksi. Kita perlu
menunjukkan bahwa Sm,n = m + n,
baik untuk n = 0 atau n ¹ 0.
0 Kasus 1: Jika n
= 0, maka dari definisi Sm,n = Sm-1,n
+ 1.
Karena
(m-1, n) < (m, n), maka dari hipotesis induksi,
sehingga
Sm,n = Sm-1,n
+ 1 = (m – 1) + n + 1 = m + n.
0 Kasus 2: Jika n ¹ 0, maka dari definisi Sm,n = Sm,n-1 + 1.
0 Kasus 2: Jika n ¹ 0, maka dari definisi Sm,n = Sm,n-1 + 1.
Sm, n-1 = m + (n
– 1)
sehingga Sm, n = Sm, n-1 + 1 = m + (n – 1) + 1 = m + n.
sehingga Sm, n = Sm, n-1 + 1 = m + (n – 1) + 1 = m + n.