Upload
justis
View
44
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Analisis dan Perancangan Algoritma Kuliah 3 : Proof by induction. E . Haodudin Nurkifli Teknik Informatika Universitas Ahmad Dahlan. Methods of Proof. Proof by Contradiction - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Apr 20, 2023
Analisis dan PerancanganAlgoritma
Kuliah 3 : Proof by induction
E. Haodudin Nurkifli
Teknik Informatika
Universitas Ahmad Dahlan
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 2
Methods of Proof
Proof by Contradiction– Assume a theorem is false; show that this assumption implie
s a property known to be true is false -- therefore original hypothesis must be true
Proof by Counterexample– Use a concrete example to show an inequality cannot hold
Mathematical Induction– Prove a trivial base case, assume true for k, then show hypo
thesis is true for k+1– Used to prove recursive algorithms
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 3
Review: Induction
Suppose – S(k) is true for fixed constant k
• Often k = 0– S(n) S(n+1) for all n >= k
Then S(n) is true for all n >= k
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 4
Proof By Induction
Claim:S(n) is true for all n >= k Basis:
– Show formula is true when n = k Inductive hypothesis:
– Assume formula is true for an arbitrary n Step:
– Show that formula is then true for n+1
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 5
Induction Example: Gaussian Closed Form
Prove 1 + 2 + 3 + … + n = n(n+1) / 2– Basis:
• If n = 0, then 0 = 0(0+1) / 2– Inductive hypothesis:
• Assume 1 + 2 + 3 + … + n = n(n+1) / 2– Step (show true for n+1):
1 + 2 + … + n + n+1 = (1 + 2 + …+ n) + (n+1)
= n(n+1)/2 + n+1 = [n(n+1) + 2(n+1)]/2
= (n+1)(n+2)/2 = (n+1)(n+1 + 1) / 2
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 6
Induction Example:Geometric Closed Form
Prove a0 + a1 + … + an = (an+1 - 1)/(a - 1) for all a 1– Basis: show that a0 = (a0+1 - 1)/(a - 1)
a0 = 1 = (a1 - 1)/(a - 1)– Inductive hypothesis:
• Assume a0 + a1 + … + an = (an+1 - 1)/(a - 1) – Step (show true for n+1):
a0 + a1 + … + an+1 = a0 + a1 + … + an + an+1
= (an+1 - 1)/(a - 1) + an+1 = (an+1+1 - 1)/(a - 1)
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 7
Induction
We’ve been using weak induction Strong induction also holds
– Basis: show S(0)– Hypothesis: assume S(k) holds for arbitrary k <= n– Step: Show S(n+1) follows
Another variation:– Basis: show S(0), S(1)– Hypothesis: assume S(n) and S(n+1) are true– Step: show S(n+2) follows
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 8
Induksi Matematika
Induksi Matematika merupakan suatu teknik yang dikembangkan untuk membuktikan pernyataan
Induksi Matematika digunakan untuk mengecek hasil proses yang terjadi secara berulang sesuai dengan pola tertentu
Indukasi Matematika digunakan untuk membuktikan universal statements n A S(n) dengan A N dan N adalah himpunan bilangan positif atau himpunan bilangan asli.
S(n) adalah fungsi propositional
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 9
Basis Step : Tunjukkan bahwa S(1) benar
Inductive Step : Sumsikan S(k) benar
Akan dibuktikan S(k) S(k+1) benar
Conclusion : S(n) adalah benar untuk setiap n bilangan integer positif
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 10
PEMBUKTIAN INDUKSI MATEMATIKA
Contoh 1
Buktikan bahwa :
1 + 2 + 3 + … + n = ½ n(n+1)
untuk setiap n bilangan integer positif
Jawab :
Basis : Untuk n = 1 akan diperoleh :
1 = ½ 1 . (1+1) 1 = 1
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 11
Induksi : misalkan untuk n = k asumsikan 1 + 2 + 3 + …+ k = ½ k (k+1)
adib. Untuk n = k+1 berlaku
1 + 2 + 3 + …+ (k+1) = ½ (k+1) (k+2)
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 12
Jawab :
1 + 2 + 3 + …+ (k+1) = (k+1) (k+2) / 2
1 + 2 + 3 + …+ k + (k+1) = (k+1) (k+2) / 2
k (k+1) / 2 + (k+1) = (k+1) (k+2) / 2
(k+1) [ k/2 +1 ] = (k+1) (k+2) / 2
(k+1) ½ (k+2) = (k+1) (k+2) / 2
(k+1) (k+2) / 2 = (k+1) (k+2) / 2
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 13
Kesimpulan : 1 + 2 + 3 + …+ n = ½ n (n +1)
Untuk setiap bilanga bulat positif n
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 14
Contoh 2
Buktikan bahwa :
1 + 3 + 5 + … + n = (2n - 1) = n2
untuk setiap n bilangan bulat positif
Jawab :
Basis : Untuk n = 1 akan diperoleh :
1 = 12 1 = 1
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 15
Induksi : misalkan untuk n = k asumsikan 1 + 3 + 5 + …+ (2k – 1) = k2
adib. Untuk n = k + 1 berlaku
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 16
1 + 3 + 5 + …+ (2 (k + 1) – 1) = (k + 1)2
1 + 3 + 5 + …+ (2k + 1) = (k + 1)2
1 + 3 + 5 + …+ ((2k + 1) – 2) + (2k + 1) = (k + 1)2
1 + 3 + 5 + …+ (2k - 1) + (2k + 1 ) = (k + 1)2
k 2 + (2K + 1) = (k + 1)2
k 2 + 2K + 1 = k 2 + 2K + 1
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 17
Kesimpulan : 1 + 3 + 5 + … + n = (2n - 1) = n2
Untuk setiap bilangan bulat positif n
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 18
Contoh 3
Buktikan bahwa :
N 3 + 2n adalah kelipatan 3
untuk setiap n bilangan bulat positif
Jawab :
Basis : Untuk n = 1 akan diperoleh :
1 = 13 + 2(1) 1 = 3 , kelipatan 3
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 19
Induksi : misalkan untuk n = k asumsikan k 3 + 2k = 3x
adib. Untuk n = k + 1 berlaku
(k + 1)3 + 2(k + 1) adalah kelipatan 3
(k 3 + 3k 2 + 3 k+1) + 2k + 2
(k 3 + 2k) + (3k 2 + 3k + 3)
(k 3 + 2k) + 3 (k 2 + k + 1)
Induksi
3x + 3 (k 2 + k + 1)
3 (x + k 2 + k + 1)
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 20
Kesimpulan : N 3 + 2n adalah kelipatan 3
Untuk setiap bilangan bulat positif n
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 21
Contoh 4
Buktikan bahwa :
n! => 2n-1
untuk setiap n : 1,2,...
jawab
Basis unuk n=1 akan diperoleh :
1! => 21-1
1 => 20 1 => 1
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 22
Induksi : misalkan n=k asumsikan k! => 2k-1
Adib untuk n = k+1 berlaku (k+1)! => 2 (k+1)-1 adalah benar
(k+1)! = (k+1)(k!)
(k+1)( 2k-1)
2.2k-1
21.2k-1
2 (k+1)-1
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 23
Kesimpulan n! 2n-1
Untuk
untuk setiap n : 1,2,...
Eko AB – Analisis dan Perancangan Algoritma 24
Latihan
Buktikan dengan induksi bentuk persamaan berikut k 2 k = (n – 1) 2 n + 1 + 2
Buktikan dengan induksi bahwa n 5 – n habis di bagi 5 untuk n bilangan bulat positif