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¿Cuál es un buen ejemplo para mostrar a los estudiantes de secundaria por qué una prueba por inducción es un tipo de prueba razonable?

Enseño a estudiantes de secundaria de nivel medio que no han tenido mucho más allá de Álgebra 1. Quiero mostrarles por qué la inducción tiene sentido. Quiero el tipo de problema en el que es intuitivo que una afirmación es verdadera para n=3 siempre que sea verdadera para n=2, etc. Todos los que encuentro en los libros de texto implican demostrar conjeturas que creo que uno no descubriría mirando n=1, luego n=2, luego n=3, etc, o son demasiado difíciles/abstractos para mis alumnos, o no está inmediatamente claro por qué uno pensaría en hacer una demostración inductiva sobre ellos (por ejemplo, los típicos problemas de suma). Estoy pensando, por ejemplo, en que estás leyendo un libro de texto, y dice algo como "y claramente eso se sigue por inducción" ....so, el tipo de teorema que naturalmente te hace pensar en una prueba inductiva. He encontrado una que me gusta, que es la siguiente:

Demostrando que $n!\geq 2^n$ para $n\geq 4$ . Me gusta este porque podemos ver que es cierto para 4, es decir, sabemos que $$4\cdot3\cdot 2\cdot 1\geq 2\cdot 2\cdot 2 \cdot 2$$ y entonces porque $5\geq 2$ se deduce de una propiedad de conservación de las desigualdades que $$5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1\geq 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2$$

Con este tipo de ejemplo, los alumnos pueden ver por qué tiene sentido una demostración por inducción: simplemente seguimos utilizando los conocimientos previos. Vemos el caso de $n=4$ y ver que funciona, y luego casi inmediatamente de eso vemos que funciona para $n=5$ etc.

El problema de este ejemplo es que comienza en $n=4$ . Quiero algo que empiece en $n=1$ como el primer ejemplo de inducción que les doy, y no sólo quiero hacer $$(n+4)!\geq 2^{n+4},$$ porque creo que eso los confundiría más. ¿Alguna idea?

Yo he sido a esta pregunta: Ejemplos de inducción matemática pero no sirvió de nada, ya que necesitaba un ejemplo mucho más sencillo para mis alumnos.

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Calvin Lin Puntos 33086

Una vez que el estudiante detecta un patrón, la inducción es un enfoque natural para formalizar la prueba. Yo sugeriría buscar varios patrones interesantes (o pedirles a tus hijos algunos) y luego hacer que demuestren que es cierto mediante la inducción.

Yo sugeriría que la suma de la primera $n$ Números Impares. Si juegas con él, es muy fácil ver que la suma es siempre un número cuadrado.

Una prueba de inducción es casi inmediata. Se puede aportar la referencia de Gauss como suma de una progresión aritmética. También puedes dar una prueba pictórica de la suma secuencial de capas de un cuadrado.

Lo hice con profesores de secundaria y les encantó. Se les ocurrieron varias formas diferentes de mostrarlo, después de ver el patrón. También intentaron encontrar una suma para dar cubos, lo que es algo más complicado. Visualizar el desmontaje de un cubo es útil en este caso, si no tienen inclinaciones matemáticas.

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String Puntos 8937

¿Qué tal si demostramos que el número de subconjuntos de un conjunto dado $A$ con $n$ elementos es $2^n$ ? Es fácil agotar $n=1$ , $n=2$ y $n=3$ simplemente escribiéndolos y luego el argumento inductivo es que cuando se añade otro elemento entonces se pueden formar todos los antiguos subconjuntos con o sin ese nuevo elemento... Esto parece bastante intuitivo IMO.

Un ejemplo más relacionado con los números y que puede ser demasiado simple podría ser mostrar que hay $10^n-1$ números naturales con $n$ o menos dígitos decimales. Tal vez eso parezca demasiado obvio, pero entonces se podría demostrar que hay $5^n$ con $n$ dígitos decimales o menos NO usando dígitos pares (observando que el cero es par).

Esto fue todo lo que se me ocurrió en este momento.

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