Twój postęp zapisuje się tylko w tej przeglądarce. Zaloguj się, żeby nie stracić go po zmianie urządzenia. Zaloguj się
Dowody matematyczne

Dowody algebraicznePodstawa

Dowód algebraiczny przypomina śledztwo: zaczynasz od znanych faktów, wykonujesz wyłącznie dozwolone przekształcenia i dochodzisz do tezy bez zgadywania. Najważniejsze jest nie samo liczenie, lecz jasne pokazanie, dlaczego każdy kolejny krok jest prawdziwy.

Matematyka ·2 min czytania ·6 ćwiczeń


Dowód algebraiczny uzasadnia twierdzenie dla wszystkich wartości spełniających założenia. Polega na poprawnych przekształceniach wyrażeń i wyraźnym wskazaniu, dlaczego otrzymany zapis prowadzi do tezy.

Pojęcia, od których zaczynamy

Założenia mówią, o jakich liczbach mowa, np. rzeczywistych lub całkowitych i niezerowych. Teza jest tym, co dopiero trzeba wykazać. Dla tożsamości z dwiema zmiennymi wybieramy dowolne dopuszczalne a i b, a następnie wykonujemy rachunek bez ustalania ich konkretnych wartości.

Sprawdzenie kilku przykładów pomaga odkryć wzór lub znaleźć błąd, lecz nie dowodzi zdania o wszystkich liczbach. Jeden kontrprzykład wystarcza natomiast do obalenia takiego zdania. Aby wykazać podzielność przez pięć, trzeba uzyskać postać \(5m\) i uzasadnić, że \(m\) jest całkowite. Sam czynnik pięć bez tego warunku nie wystarcza.

Zasada i zapis

\[(a+b)^2=a^2+2ab+b^2,\qquad(a-b)^2=a^2-2ab+b^2\]

Wzory są prawdziwe dla dowolnych liczb rzeczywistych a i b. Minus przed całym nawiasem zmienia znak każdego jego składnika.

Jak czytać rysunek?

Dowód obejmuje wszystkie przypadkiDla parzystego n pierwszy czynnik jest parzysty, dla nieparzystego n następnik jest parzysty. Iloczyn kolejnych całkowitych jest parzysty.Dowód obejmuje wszystkie przypadkiDowolne całkowite nn = 2kn jest parzysten = 2k + 1n + 1 = 2(k + 1)k jest całkowite; przypadki wyczerpują możliwości.W obu: n(n + 1) jest parzyste.

Diagram przedstawia dwa dowolne kolejne numery całkowite n i n+1 oraz dwa możliwe przypadki parzystości n. Jeśli n jest parzyste, pierwszy czynnik ma dwójkę. Jeśli nieparzyste, dwójkę ma następnik. To pełny podział na przypadki, a nie sprawdzenie kilku konkretnych liczb.

Przykład krok po kroku

Udowodnij dla dowolnych rzeczywistych a i b tożsamość \((a+b)^2-(a-b)^2=4ab\).

  1. Zacznij od lewej strony i rozwiń oba kwadraty. Drugi pozostaw w nawiasie.\((a+b)^2-(a-b)^2=a^2+2ab+b^2-(a^2-2ab+b^2)\)
  2. Odejmij wszystkie składniki drugiego nawiasu, zmieniając ich znaki.\(a^2+2ab+b^2-a^2+2ab-b^2\)
  3. Zredukuj przeciwne składniki. Pozostałe dwa wyrazy mieszane dodaj.\(2ab+2ab=4ab\)

Typowy błąd

Sprawdziłem równość dla jednej pary liczb, więc udowodniłem ją dla wszystkich.Ten rachunek obejmuje tylko jeden przypadek, a teza dotyczy dowolnej pary.
Przekształcam wyrażenie z dowolnymi zmiennymi i wskazuję, że każdy krok obowiązuje w całej założonej dziedzinie.

Dodatkowy przykład i kontrola

Przykład podzielności: dla całkowitego \(n\) iloczyn \(n(n+1)\) jest parzysty, bo jedna z dwóch kolejnych liczb jest parzysta. Formalnie dla \(n=2k\) mamy \(2k(2k+1)\), a dla \(n=2k+1\) otrzymujemy \((2k+1)2(k+1)\). W obu przypadkach jest to dwa razy liczba całkowita. Oba przypadki wyczerpują wszystkie liczby całkowite.

Nierówność \(x^2+1\ge2x\) wynika z \(x^2-2x+1=(x-1)^2\ge0\); równość zachodzi dla \(x=1\). Nie wolno dzielić przez wyrażenie, które może być zerem, bez sprawdzenia tego przypadku. W dowodzie nie zakładaj tezy jako gotowego faktu; prowadź argument od założeń lub od już znanych prawdziwych równości.

Najczęstsze pytania

Czy przykład liczbowy może obalić twierdzenie ogólne?
Tak, jeśli spełnia założenia i przeczy tezie. Natomiast kilka zgodnych przykładów nie dowodzi twierdzenia dla wszystkich wartości.
Dlaczego zapis \(5m\) wymaga doprecyzowania?
Aby dowodził podzielności całkowitej przez pięć, trzeba wykazać, że m jest liczbą całkowitą.

Poćwicz

ABCD

Co obala zdanie „każda liczba całkowita ma dodatni kwadrat”?

ABCD

Które przekształcenie kończy dowód równości \((a+b)^2-(a-b)^2=4ab\)?

ABCD

Dlaczego sprawdzenie tezy dla trzech liczb nie dowodzi twierdzenia dla wszystkich liczb?

ABCD

Kiedy można podzielić obie strony równości przez wyrażenie \(x-2\)?

ABCD

Co jest poprawną strategią dowodzenia tożsamości?

ABCD

Który zapis jest poprawnym rozwinięciem \((a-b)^2\)?

Sprawdź, ile już umiesz

Przećwicz to zagadnienie na fiszkach albo przejdź do zestawu zadań z całego działu.

Ebook PDF 395 zadań maturalnych z matematyki podstawowej z rozwiązaniami krok po kroku w jednym pliku. Zobacz ebook (19,99 zł)