10 votos

Demostrando la equivalencia del Principio de Inducción Matemática y el Principio de Buen Ordenamiento

Me gustaría saber cómo, desde lo más básico, puedo enseñar a alguien la afirmación del título anterior. Aquí está mi plan.

$\textbf{Primero}$ declararé WOP: Cada conjunto no vacío de enteros positivos contiene un elemento mínimo.

$\textbf{Segundo}$ declararé PMI:

$(1)$ $0\in T$.

$(2)$ $n\in T\implies n+1\in T$

Mostramos que $T=\Bbb N$.

Supongamos que quiero demostrar la afirmación $\textbf{Primera}$ utilizando la $\textbf{segunda}$

Entonces tomo $T$ como un subconjunto no vacío de números naturales, suficiente para mostrar que tiene un elemento mínimo. (¿es correcto?)

$\textbf{prueba}:$ Supongamos por contradicción que $T$ no tiene un elemento mínimo, sea $$W=\{x:x\notin T\}$$ como $0$ es una cota inferior del número natural, entonces $0\in W$, ahora aquí puedo decir así: sea $0,1,\dots,n\in W\Rightarrow n+1\in W$. Entonces $n+1$ no puede estar en $T$ ya que sería una cota inferior de $T$ y como $0,1,\dots,n\notin T$, entonces $n+1\notin T$ por inducción $W=\mathbb{N}$, entonces $T=\phi$

$\textbf{Ahora}$ Supongamos que todo subconjunto no vacío de $\Bbb N$ tiene un elemento mínimo. Sea $T$ un subconjunto de $\Bbb N$ con las siguientes propiedades

$(1)$ $0\in T$.

$(2)$ $n\in T\implies n+1\in T$

Mostramos que $T=\Bbb N$.

Sea $T$ como se indicó anteriormente. Consideremos el conjunto de $\Bbb N\setminus T$, y supongamos por contradicción que no está vacío. Por el WOP, tiene un elemento mínimo, llámelo $x$.

No puedo seguir adelante, gracias por la ayuda y la discusión.

3voto

abyss.7 Puntos 130

Inducción implica buen orden: Sea $A$ el conjunto de todos los elementos que no están en el conjunto no vacío $T$. Entonces $0 \in A$ de lo contrario $0$ es el elemento menor de $T.

Supongamos que $k \in A$ para todo $k

Buen orden implica inducción: Sea $P$ una propiedad tal que $P(0)$ y tal que para todo $n$ si $P(k)$ para todo $k

La respuesta de un estudiante una vez: Sea $A$ un conjunto no vacío. Considera $\sum_{x \in A} x$. Si $A$ no tiene un primer elemento no podemos comenzar a sumar. Contradicción.

Consejo: Primero rompe el marco mental de solo usar la inducción cuando $P(n)$ es una fórmula algebraica en $n$, resolviendo problemas que involucran otros tipos de proposiciones. Después de unos ejemplos que involucran la propagación de enfermedades, colores, declaraciones geométricas, etc. pueden imaginar la propiedad $n \notin T$ como candidata para aplicar la inducción.

2voto

Lockie Puntos 636

En la primera parte, hay un par de cosas que deberías arreglar. Supongamos por el absurdo que $T$ es un conjunto no vacío de enteros positivos sin un elemento menor y sea $$W=\{x\in\Bbb N:x\notin T\}.$$ (Nota el cambio, aquí). Dado que $T$ es un conjunto de enteros positivos, entonces $0\in W$. Dado que $T$ no está vacío, entonces hay algún entero positivo (y por ende algún número natural) $m\in T$. Por lo tanto, $W\subsetneq\Bbb N,$ pero $0\in W,$ entonces por el IEP, hay algún $n\in W$ tal que $n+1\notin W$ (lo que significa que $n+1\in T).

Ahora, claramente, $1\in W,$ de lo contrario, $1$ sería el elemento menor de $T$. Pero entonces $2\in W,$ de lo contrario $2$ sería el elemento menor de $T$. Podemos continuar de esta manera a través de un número finito de pasos (por lo que el IEP no se aplica en esta parte), y ver que también $3,4,...,n-1\in W$. Por lo tanto, $0,1,2,...,n\in W,$ pero $n+1\in T,$ entonces $T$ tiene un elemento menor. Contradicción.

Vale la pena señalar que reescribí la prueba en esta parte en gran medida para evitar el uso de lo que se conoce como inducción completa, y usar solo el IEP como se indicó en tu publicación.


Para continuar con tu segunda parte: Sabemos que $x$ no puede ser $0$, ya que $0\in T$. Pongamos $n=x-1$. Dado que $x$ es un entero positivo, entonces $n\in\Bbb N$, y dado que $x$ es el elemento menor de $\Bbb N\setminus T,$ entonces sabemos que $n\in T$ (ya que $n

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X