En esta entrada se estudian ejercicios clásicos de inducción matemática.Se intenta dar claridad al desarrollo de los problemas. En todos los casos se toma $\mathbb{N}=\{1, 2, 3, ... \}.$
Ejercicio 1. Demostrar que $1+2+3+\cdots +n= \frac{1}{2}n(n+1).$ $(Ec. 1)$
Demostración:
Para $n=1$, tenemos $1=\frac{1}{2}(1)(1+1)=\frac{1}{2}(1)(2)=1.$ $\checkmark$
Supongamos ahora que la proposición se cumple para $n=k$, es decir supongamos que la proposición
$1+2+3+\cdots +k = \frac{1}{2}k(k+1)$ es verdadera, esta es nuestra Hipótesis de Inducción, que indicamos como HI, es decir, suponemos
HI $1+2+3+\cdots +k = \frac{1}{2}k(k+1)$ $\checkmark$
Nos queda por probar que
$1+2+3+\cdots +k^* = \frac{1}{2}k^*(k^*+1)$ es verdadera, esta es nuestra Tesis de Inducción que indicamos como TI, es decir, nos falta por probar
TI $1+2+3+\cdots +k^* = \frac{1}{2}k^*(k^*+1)$ $\checkmark$.
Prueba:
$1+2+3+\cdots +k^*=\underbrace{1+2+3+\cdots +k}+k^*=\underbrace{\frac{1}{2}k(k+1)}+(k+1)$
HI HI
$=\frac{k}{2}(k+1)+1\cdot(k+1)=(k+1)(\frac{k}{2}+1)=(k+1)(\frac{k+2}{2})$
$=(k+1) \left( \frac{(k+1)+1}{2} \right)=\frac{1}{2}k^*(k^*+1)$. $\checkmark$
Ya que es la misma $(Ec. 1)$ cuando sustituimos $n$ por $k^*$.
$\therefore 1+2+3+\cdots +n= \frac{1}{2}n(n+1).$
Ejercicio 2. Demostrar $ 2+4+6+\cdots +2n=n(n+1).$ $(Ec. 2)$
Demostración:
Para $n=1$, tenemos $2\cdot 1=1\cdot (1+1)=1\cdot 2=2.$ $\checkmark$
HI Para $n=k$, suponemos $ 2+4+6+\cdots +2k=k(k+1).$ $\checkmark$
Nos queda probar que
TI Para $n=k^*$, $ 2+4+6+\cdots +2k^*=k^*(k^*+1).$
Prueba:
$ 2+4+6+\cdots +2k^*=2+4+6+\cdots +2k+2k^*= \underbrace{2+4+6+\cdots +2k}+2k^*$
HI
$=\underbrace{k(k+1)}+2(k+1)=(k+1)(k+2)=k^*(k^*+1).$ $\checkmark$
HI
Ya que es la misma $(Ec. 2)$ cuando sustituimos $n$ por $k^*$.
$\therefore 2+4+6+\cdots +2n=n(n+1).$
Ejercicio 3. . Demostrar que $3+6+9+\cdots +3n= \frac{3}{2}n(n+1).$ $(Ec. 3)$
Demostración:
Para $n=1$, tenemos $3\cdot 1=\frac{3}{2}(3)(1+1)=\frac{3}{2}(2)=3.$ $\checkmark$
Supongamos ahora que la proposición se cumple para $n=k$,
HI $3+6+9+\cdots +3k = \frac{3}{2}k(k+1)$ $\checkmark$
Nos queda por probar que
TI $3+6+9+\cdots +3k^* = \frac{3}{2}k^*(k^*+1)$ es verdadera.
Prueba:
$3+6+9+\cdots +3k^*=\underbrace{3+6+9+\cdots 3k}+3k^*=\underbrace{\frac{3}{2}k(k+1)}+3(k+1)$
HI HI
$=3(k+1)\left( \frac{k}{2}+1\right)=3(k+1)\left(\frac{k+2}{2}\right))$
$=\frac{3}{2}(k+1) \left( (k+1)+1 \right)=\frac{3}{2}k^*(k^*+1)$. $\checkmark$
Ya que es la misma $(Ec. 3)$ cuando sustituimos $n$ por $k^*$.
$\therefore3+6+9+\cdots +3n= \frac{3}{2}n(n+1).$
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