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Pruebas que implican la suma de números naturales

Propiedades aritméticas básicas (acercar para ver pruebas de inducción)

Este artículo contiene demostraciones matemáticas de algunas propiedades de la suma de números naturales : identidad aditiva, conmutatividad y asociatividad. Estas demostraciones se utilizan en el artículo Suma de números naturales .

Definiciones

En este artículo se utilizarán los axiomas de Peano para la definición de los números naturales. Con estos axiomas, la adición se define a partir de la constante 0 y la función sucesora S(a) mediante las dos reglas

Para la prueba de conmutatividad, es útil dar el nombre "1" al sucesor de 0; es decir,

1 = S(0).

Para cada número natural a , se tiene

Prueba de asociatividad

Demostramos la asociatividad fijando primero los números naturales a y b y aplicando la inducción al número natural c .

Para el caso base c = 0,

( a + b )+0 = a + b = a +( b +0)

Cada ecuación sigue por definición [A1]; la primera con a + b , la segunda con b .

Ahora, para la inducción. Suponemos la hipótesis de inducción, es decir, suponemos que para algún número natural c ,

( a + b )+ c = a +( b + c )

Luego sigue,

En otras palabras, la hipótesis de inducción es válida para S ( c ). Por lo tanto, la inducción sobre c es completa.

Elemento de prueba de identidad

La definición [A1] establece directamente que 0 es una identidad derecha . Demostramos que 0 es una identidad izquierda por inducción sobre el número natural a .

Para el caso base a = 0, 0 + 0 = 0 por definición [A1]. Ahora asumimos la hipótesis de inducción, que 0 + a = a . Entonces

Con esto se completa la inducción en un .

Prueba de conmutatividad

Demostramos la conmutatividad ( a + b = b + a ) aplicando la inducción al número natural b . Primero, demostramos los casos base b = 0 y b = S (0) = 1 (es decir, demostramos que 0 y 1 conmutan con todo).

El caso base b = 0 se sigue inmediatamente de la propiedad del elemento identidad (0 es una identidad aditiva ), que se ha demostrado anteriormente: a + 0 = a = 0 + a .

A continuación, probaremos el caso base b = 1, que 1 conmuta con todo, es decir, para todos los números naturales a , tenemos a + 1 = 1 + a . Probaremos esto por inducción sobre a (una prueba de inducción dentro de una prueba de inducción). Hemos demostrado que 0 conmuta con todo, por lo que, en particular, 0 conmuta con 1: para a = 0, tenemos 0 + 1 = 1 + 0. Ahora, supongamos que a + 1 = 1 + a . Entonces

Esto completa la inducción sobre a , y por lo tanto hemos demostrado el caso base b = 1. Ahora, supongamos que para todos los números naturales a , tenemos a + b = b + a . Debemos demostrar que para todos los números naturales a , tenemos a + S ( b ) = S ( b ) + a . Tenemos

Esto completa la inducción en b .

Véase también

Referencias