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Entender la definición de inducción fundamentada

Me gustaría saber cómo aplicar inducción bien fundamentada . He encontrado dos definiciones que enumero a continuación, seguidas de la pregunta.

(1) Una relación binaria $\prec$ es fundado si no hay cadenas descendentes infinitas. Un cadena descendente infinita es una secuencia infinita $a_0, a_1, \dotsc$ tal que $a_{i + 1} \prec a_i$ (va en orden inverso) para todos $i \geq 0$ .

(2) La inducción fundamentada dice que, para demostrar una propiedad $P$ se mantiene en un conjunto $A$ que tiene una relación binaria bien fundada $\prec$ es suficiente para demostrar que $P$ es válida para cualquier $a \in A$ siempre que $P$ se mantiene para $b \prec a$ .

El último párrafo no lo entiendo bien. Y estoy teniendo problemas para analizar el anidado múltiple $\Rightarrow$ bloques en la definición formal:

$$\forall a \in A.(\forall b \in A.b \prec a \Rightarrow P(b)) \Rightarrow P(a) \Rightarrow \forall a \in A.P(a)$$

Una alternativa de Wikipedia es igual de difícil de analizar:

(3) Si $x$ es un elemento de $X$ y $P(y)$ es cierto para todos los $y$ tal que $y R x$ entonces $P(x)$ también debe ser cierto.

$$\forall x\in X\,[(\forall y\in X\,(y\,R\,x\to P(y)))\to P(x)]\to \forall x\in X\,P(x)$$

Las preguntas son:

  1. Si se pudiera desglosar/analizar esa ecuación formal para explicar su significado.
  2. Y de la misma manera para ese párrafo (2), lo que significa que "es suficiente para probar que $P$ es válida para cualquier $a \in A$ siempre que $P$ se mantiene para $b \prec a$ "

Mi intento de entender la versión wiki es, para todos $x \in X$ entonces si [el primer gran bloque] es verdadero, entonces podemos decir para todos $x \in X$ , $P(x)$ es cierto. Así que eso es esencialmente decir que si esa gran parte es verdadera, entonces hemos demostrado nuestra propiedad $P(x)$ es verdadera para todo x. No estoy seguro de cómo es el caso, pero continuando...

Entonces el "primer gran bloque" está diciendo, si para todos $y \in X$ [el segundo gran bloque] es verdadero, entonces $P(x)$ es verdadero, para el $x$ estamos centrados en atm. Así que para todos $y \in X$ , $P(x)$ va a ser cierto si ese "segundo gran bloque" es cierto.

Por último, el "segundo gran bloque" dice que si $y$ precede a $x$ entonces $P(y)$ es cierto. Así que si $y$ viene antes que $x$ Entonces, por lo menos sabemos $P(y)$ es cierto. No estoy muy seguro de lo que esto significa (cómo sabemos $P(y)$ es verdadera).

Así que para resumir, si para todos $x$ que para todos los $y$ , si $y$ precede a $x$ entonces $P(y)$ es cierto, que si eso es cierto, entonces $P(x)$ es cierto, y si eso es cierto, entonces $P(x)$ es cierto para todos los $x$ .

No tengo ni idea de lo que estoy diciendo ahora mismo lol, me está costando entender esto y busco alguna orientación. Muchas gracias.

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La mejor medicina para ello es jugar con un pequeño ejemplo no trivial: Tomemos $\{a,b,c,d,e\}$ con la orden $a<c$ , $b<c$ , $c<e$ y $d<e$ . La orden es un pequeño árbol. La condición dentro del [] dice que si $P$ se mantiene para $a$ y $b$ , entonces debería ser válida para $c$ . Si, además, también es válido para $d$ entonces también debería valer para $e$ .

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Hagen von Eitzen Puntos 171160

Dejemos que $A$ tener un orden bien fundado $\prec$ . Una prueba por inducción bien fundamentada tendría el siguiente aspecto:

Teorema. Para todos $x\in A$ tenemos $P(x)$ .

Prueba. Dejemos que $a\in A$ sea arbitraria. Supongamos que $P(b)$ es válida para todos los $b$ con $b\prec a$ . Entonces (bla bla bla ... algún argumento ... bla bla). Por lo tanto, también $P(a)$ . Por tanto, la afirmación del teorema se deduce por inducción fundada. $\square$

Puedes notar que este esqueleto de prueba es muy similar a lo que se llama "inducción fuerte" para los números naturales. Y en cuanto a por qué funciona la inducción bien fundamentada, es efectivamente muy similar a por qué funciona la inducción (fuerte) en los naturales: El punto central de la prueba muestra

Si $P(b)$ es válida para todos los $b\prec a$ entonces $P(a)$

que es lo mismo que decir

Si $\neg P(a)$ entonces existe $b\prec a$ con $\neg P(b)$

o, sucintamente

No hay ningún contraejemplo más pequeño

Y esto demuestra que no hay ningún contraejemplo en absoluto porque para cualquier contraejemplo $a_0$ la continua elección de contraejemplos más pequeños $a_1\prec a_0$ , $a_2\prec a_1$ etc. nos daría una cadena descendente infinita.

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Bram28 Puntos 18

Creo que la clave para resolver tu confusión está en este párrafo:

Por último, el "segundo gran bloque" dice que si $y$ precede a $x$ entonces $P(y)$ es cierto. Así que si $y$ viene antes que $x$ Entonces, por lo menos sabemos $P(y)$ es cierto. No estoy muy seguro de lo que esto significa (cómo sabemos $P(y)$ es verdadero).

Tenga en cuenta que no tenemos que saber cómo $P(y)$ es cierto ... sólo tenemos que demostrar que si $P(y)$ es cierto para todos los $y$ que son "más pequeños" que $x$ , entonces $P(x)$ también se mantendrá. Porque si podemos demostrarlo, entonces efectivamente todos los objetos tendrán la propiedad $P$ .

¿Y por qué?

Bien, toma cualquier objeto arbitrario del conjunto. Dado que no existe una cadena infinitamente descendente, sólo hay dos posibilidades:

A. El objeto no tiene ningún elemento "más pequeño". Llamamos a este elemento "mínimo". Puede haber cualquier número de "elementos mínimos", pero cada elemento mínimo $x$ tendrá que tener la propiedad $P$ una vez que pudimos demostrar que si $P(y)$ es cierto para todos los $y$ que son "más pequeños" que $x$ , entonces $P(x)$ también se mantendrá. Y es que sin elementos menores, es vacuamente cierto que $P(y)$ es cierto para todos los $y$ que son "más pequeños" que dicho elemento mínimo, y por lo tanto el elemento mínimo tendrá que tener la propiedad $P$ . Como tal, estos "elementos mínimos" son, por supuesto, los casos base de la inducción.

B. El objeto es un número finito de pasos "hacia arriba" desde los casos base. Pues bien, dado que todos esos casos base tienen la propiedad, entonces todos sus sucesores también la tienen, etc. ... y dado que cualquier objeto está sólo un número finito de pasos hacia arriba desde los casos base, finalmente esta "propagación" paso a paso de los objetos que tienen la propiedad $P$ llegará también al objeto considerado.

Al final, la lógica aquí es realmente muy similar a la lógica detrás de la inducción fuerte para los números naturales. Sólo se ha generalizado para señalar que funcionará para cualquier conjunto bien fundado.

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