数学归纳法(Mathematical Induction、MI、ID)是一种数学证明方法,通常被用于证明某个给定命题命题在整个(或者局部)自然数范围内成立。
最简单和常见的数学归纳法是证明当n等于任意一个自然数时某命题成立。证明分下面两步:
- 证明当n = 1时命题成立。
- 证明如果在n = m时命题成立,那么可以推导出在n = m+1时命题也成立。(m代表任意自然数)
这种方法的原理在于:首先证明在某个起点值时命题成立,然后证明从一个值到下一个值的过程有效。当这两点都已经证明,那么任意值都可以通过反复使用这个方法推导出来。把这个方法想成多米诺效应也许更容易理解一些。
例如:你有一列很长的直立着的多米诺骨牌,如果你可以:
- 证明第一张骨牌会倒。
- 证明只要任意一张骨牌倒了,那么其下一张骨牌也会因为前面的骨牌倒而跟着倒。
那么便可以下结论:所有的骨牌都会倒下。
归纳推理的过程如下:
- 首先证明P(1)成立,即公式在n = 1时成立。
- 然后证明从P(m) 成立可以推导出P(m+1) 也成立。(这里实际应用的是演绎推理法)
- 根据上两条从P(1)成立可以推导出P(1+1),也就是P(2)成立。
- 继续推导,可以知道P(3)成立。
- 从P(3)成立可以推导出P(4)也成立。
- 不断不断不断的重复推导下一命题成立的步骤。(这就是所谓“归纳”推理的地方)
- 我们便可以下结论:对于任意自然数n,P(n) 成立。