Aritmética IMPA

8/2/2019 Aritmtica IMPA

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1

I N T R O D U C

~

A O

P O R Q U E E S T U D A R O S I N T E I R O S ?

P a r a a m a i o r i a d a s p e s s o a s , \ n u m e r o " q u e r d i z e r n u m e r o i n t e i r o p o s i t i v o . O s i n t e i r o s r e l a -

t i v o s , o s r a c i o n a i s , o s r e a i s e o s c o m p l e x o s f o r a m c o n c e b i d o s , a o s p o u c o s , a m e d i d a q u e a s

n e c e s s i d a d e s p r a t i c a s o u t e o r i c a s o e x i g i a m . A i n d a h o j e , o s a l g o r i t m o s u s a d o s p a r a s o m a r ,

m u l t i p l i c a r e d i v i d i r n u m e r o s r a c i o n a i s e s t ~ a o b a s e a d o s n o s a l g o r i t m o s c o r r e s p o n d e n t e s p a r a

a s o m a , m u l t i p l i c a c ~a o e d i v i s ~ a o d e i n t e i r o s . A s s i m , a s n e c e s s i d a d e s d o d i a - a - d i a e x i g e m o

d o m n i o d a s r e g r a s o p e r a c i o n a i s d o s i n t e i r o s . P o r i s s o , t o d o p r o f e s s o r d e v e c o m p r e e n d ^ e - l a s ,

a m d e p o d e r e n s i n a - l a s .

D o p o n t o d e v i s t a h i s t o r i c o , e i n t e r e s s a n t e o b s e r v a r q u e o s r a c i o n a i s a n t e c e d e m d e

m u i t o a a c e i t a c ~a o d o s i n t e i r o s r e l a t i v o s . O s e g p c i o s e o s b a b i l ^ o n i o s t r a b a l h a v a m l i v r e m e n t e

c o m f r a c ~o e s o s p r i m e i r o s d e m a n e i r a p e s a d a e i n c o n v e n i e n t e , p o i s s o a d m i t i a m f r a c ~o e s d o

t i p o

1

n

( a c e i t a v a m t a m b e m a f r a c ~a o 2 = 3 ) . O s s e g u n d o s , g r a c a s a s u a n o t a c ~a o p o s i c i o n a l ,

c o m b a s e 6 0 , u s a v a m l i v r e m e n t e a s f r a c ~o e s s e x a g e s i m a i s , a n a l o g a s a s n o s s a s f r a c ~o e s d e c i -

m a i s e s t a s f r a c ~o e s s e x a g e s i m a i s f o r a m u t i l i z a d a s t a m b e m p e l o s c i e n t i s t a s e m a t e m a t i c o s

g r e g o s s e m p r e q u e n e c e s s i t a v a m e f e t u a r c a l c u l o s c o m n u m e r o s r a c i o n a i s . J a n a M a t e m a t i c a

p u r a , o s g r e g o s s o r e c o n h e c i a m a e x i s t ^ e n c i a d e i n t e i r o s p o s i t i v o s , s u b s t i t u i n d o a s f r a c ~o e s

p o r r a z ~ o e s e n t r e i n t e i r o s .

A h i s t o r i a f a s c i n a n t e d o s v a r i o s s i s t e m a s n u m e r i c o s p o d e s e r l i d a n o l i v r o d e G e o r g e

I f r a h , \ N u m e r o s , a H i s t o r i a d e u m a G r a n d e I n v e n c ~a o " . E m p a r t i c u l a r , a a c e i t a c ~a o d o s

n u m e r o s n e g a t i v o s e c o m p l e x o s e i n t e r e s s a n t e , p o i s m o s t r a c o m o i d e i a s m a t e m a t i c a s i m -

p o r t a n t e s p o r v e z e s d e m o r a m a t e s e r e m t o t a l m e n t e a c e i t a s .

O s m a t e m a t i c o s , n a t a r e f a d e t o r n a r e m r i g o r o s a a M a t e m a t i c a , a p a r t i r d o s e c u l o X I X ,

m o s t r a r a m c o m o o s n u m e r o s r e l a t i v o s , r a c i o n a i s , r e a i s e c o m p l e x o s p o d e m t o d o s s e r c o n s -

t r u d o s a p a r t i r d o s n u m e r o s n a t u r a i s . N a s p a l a v r a s d o m a t e m a t i c o a l e m ~ a o L e o p o l d K r o -

n e c k e r ( 1 8 2 3 , 1 8 9 1 ) , \ D e u s f e z o s n u m e r o s n a t u r a i s . T o d o o r e s t o e t r a b a l h o d o h o m e m " .

N e s t a g e n e r a l i z a c ~a o p r o g r e s s i v a d o c o n c e i t o d e n u m e r o , a q u a l n ~ a o s e g u i u a o r d e m h i s t o r i c a

d a u t i l i z a c ~a o d e l e s , a p a s s a g e m r e a l m e n t e d i f c i l e a d e n u m e r o r a c i o n a l p a r a n u m e r o r e a l .


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2

I s s o p o d e s e r f e i t o p e l o m e t o d o d o s c o r t e s d e D e d e k i n d

1

o u u s a n d o a s c h a m a d a s s u c e s s ~ o e s

d e C a u c h y

2

d e n u m e r o s r a c i o n a i s , c o m o f e z P e a n o

3

.

O u t r a r a z ~ a o p a r a e s t u d a r m o s o s i n t e i r o s e q u e e l e s s ~ a o o p r o t o t i p o d e u m a e s t r u t u r a

a l g e b r i c a m u i t o i m p o r t a n t e : a d e a n e l c o m u t a t i v o c o m i d e n t i d a d e ( m a i s p r e c i s a m e n t e , d e

d o m n i o d e i n t e g r i d a d e ) . A s g e n e r a l i z a c ~o e s s u c e s s i v a s d o c o n c e i t o d e n u m e r o ( r a c i o n a i s ,

r e a i s e c o m p l e x o s ) s e m p r e p r e s e r v a r a m e s t a e s t r u t u r a . A c r e n c a d e q u e e l a d e v e r i a s e r

s e m p r e m a n t i d a p a r a q u a l q u e r t i p o d e \ n u m e r o " c r i a d o p e l o s m a t e m a t i c o s s o f o i r o m p i d a

c o m o d e s c o b r i m e n t o d o s q u a t e r n i o n s p e l o i r l a n d ^ e s W i l l i a m R o w a n H a m i l t o n ( 1 8 0 5 , 1 8 6 5 ) ,

a p a r t i r d e q u e m a

A l g e b r a p a s s o u a s e r e n c a r a d a c o m o o e s t u d o d a s e s t r u t u r a s a l g e b r i c a s .

A i n d a o u t r a r a z ~ a o p a r a o e s t u d o d o s i n t e i r o s e s i m p l e s m e n t e e s t e t i c a . O e s t u d o d a s

p r o p r i e d a d a s d o s n u m e r o s p r i m o s t e m s e r e v e l a d o f o n t e d e b e l o s e p r o f u n d o s r e s u l t a d o s ,

c u j o e s t u d o a l g u m a s v e z e s m u i t o c o n t r i b u i u p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d a M a t e m a t i c a .

A l e m d i s s o , o e s t u d o d o s i n t e i r o s e u m a o t i m a m a n e i r a d e e x e r c i t a r o h a b i t o d e f a z e r

c o n j e c t u r a s e d e m o n s t r a c ~o e s . A p o s s i b i l i d a d e d e \ e x p e r i m e n t a c ~a o " c o m o s i n t e i r o s e m u i t o

g r a n d e , p e l o m e n o s t ~ a o g r a n d e , s e n ~ a o m a i o r , d o q u e c o m g e o m e t r i a . R e c e n t e m e n t e , t e m -

s e d a d o m u i t a ^ e n f a s e a n e c e s s i d a d e d e u m e n s i n o m a i s c r i a t i v o e m M a t e m a t i c a , q u e f u j a

a o m o d e l o \ d e n i c ~a o , t e o r e m a , c o r o l a r i o s " , o q u a l e u m d o s r e s p o n s a v e i s p e l a f a l t a d e

i n t e r e s s e d o s a l u n o s p e l a M a t e m a t i c a . N e s t e s e n t i d o , o s i n t e i r o s s ~ a o u m o t i m o c a m p o p a r a

e x p e r i ^ e n c i a s e e x p l o r a c ~a o , a m d e d e s e n v o l v e r a c r i a t i v i d a d e d o s a l u n o s .

1

J u l i u s W . R i c h a r d D e d e k i n d ( 1 8 3 1 , 1 9 1 6 ) , m a t e m a t i c o a l e m ~ a o

2

A u g u s t i n - L o u i s C a u c h y ( 1 7 8 9 , 1 8 5 7 ) , m a t e m a t i c o f r a n c ^ e s , d e s e n v o l v e u o r i g o r n a A n a l i s e M a t e m a t i c a e n o

c a l c u l o d a s s e r i e s . T r a t o u t a m b e m d a s f u n c ~o e s d e u m a v a r i a v e l c o m p l e x a e c r i o u a t e o r i a d o s g r u p o s n i t o s .

T a m b e m e n u n c i o u t e o r e m a s f u n d a m e n t a i s s o b r e o s d e t e r m i n a n t e s e s o b r e e q u a c ~o e s d i f e r e n c i a i s .

3

G i u s e p p e P e a n o ( 1 8 5 8 , 1 9 3 2 ) , m a t e m a t i c o i t a l i a n o , p r o f e s s o r d a U n i v e r s i d a d e d e T u r i m , f e z t r a b a l h o s s o b r e

a A n a l i s e M a t e m a t i c a e s o b r e o s f u n d a m e n t o s d a M a t e m a t i c a . D e s c o b r i u u m a c u r v a q u e p a s s a p o r t o d o s o s p o n t o s

d e u m q u a d r a d o e a x i o m a t i z o u o s n u m e r o s n a t u r a i s . C r i o u t a m b e m u m a l n g u a u n i v e r s a l .


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3

C A P

I T U L O 1

O P r i n c p i o d a I n d u c ~ a o F i n i t a

A n t e s d e a b o r d a r m o s o e s t u d o d o s n u m e r o s n a t u r a i s , e s t u d a r e m o s o p r i n c p i o d a i n d u c ~ a o

m a t e m a t i c a , o u m e t o d o d a i n d u c ~ a o n i t a

4

. E l e e u m a t e c n i c a p o d e r o s a p a r a d e m o n s -

t r a r a r m a c ~o e s r e l a t i v a s a o s n u m e r o s n a t u r a i s .

E p a r t i c u l a r m e n t e u t i l q u a n d o s u s p e i t a m o s

q u e u m a a r m a c ~a o r e l a t i v a a o s n u m e r o s n a t u r a i s e v e r d a d e i r a e d e s e j a m o s d e m o n s t r a - l a .

D a r e m o s , n e s t e c a p t u l o , o e n u n c i a d o d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o , i l u s t r a r e m o s s e u u s o

c o m a l g u n s e x e m p l o s e p r o p o r e m o s e x e r c c i o s p a r a s e r e m r e s o l v i d o s e m p r e g a n d o - o . N o

c a p t u l o s e g u i n t e , m o s t r a r e m o s c o m o e s s e p r i n c p i o s e i n s e r e n a f u n d a m e n t a c ~a o d a A r i t -

m e t i c a e c o m o a s p r o p r i e d a d e s b a s i c a s d a s o p e r a c ~o e s c o m n u m e r o s n a t u r a i s d e p e n d e m

d e l e .

S e j a P ( n ) u m a p r o p o s i c ~a o r e l a t i v a a o n u m e r o n a t u r a l n p o r e x e m p l o , P ( n ) p o d e s e r

u m a d a s a r m a c ~o e s :

a ) P ( n ) :

U m c o n j u n t o A c o m n e l e m e n t o s t e m e x a t a m e n t e 2

n

s u b c o n j u n t o s d i s t i n t o s " .

b ) P ( n ) : \

n

5

5

+

n

4

2

+

n

3

3

;

n

3 0

e u m i n t e i r o " .

c ) P ( n ) : \ ( a + b )

n

=

P

n

i = 0

;

n

i

a

n ; i

b

i

" .

d ) P ( n ) : \ O i n t e i r o n , m a i o r d o q u e 1 , p o d e s e r e s c r i t o c o m o u m p r o d u t o d e n u m e r o s

p r i m o s " .

4

A p a l a v r a \ i n d u c ~a o " , e m M a t e m a t i c a , t e m s i g n i c a d o d i f e r e n t e d o q u e p o s s u i n a s c i ^ e n c i a s e x p e r i m e n t a i s .

N e s t a s , b a s e a n d o - s e e m c a s o s c o n h e c i d o s , o c i e n t i s t a \ i n d u z " r e s u l t a d o s g e r a i s , i s t o e , p a s s a d o p a r t i c u l a r a o

g e r a l . E m M a t e m a t i c a , \ i n d u c ~a o " e u m a t e c n i c a q u e p e r m i t e d e m o n s t r a r r e s u l t a d o s g e r a i s .


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4

e ) P ( n ) : \ A s o m a d o s ^ a n g u l o s i n t e r n o s d e u m p o l g o n o c o n v e x o d e n l a d o s e i g u a l a

2 ( n

;2 ) r e t o s " .

E f a c i l d a r m u i t o s o u t r o s e x e m p l o s d e a r m a c ~o e s v e r d a d e i r a s r e l a t i v a s a n u m e r o s

n a t u r a i s . E m m u i t o s c a s o s , o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a , t a m b e m c h a m a d o d e p r i n c p i o

d a i n d u c ~a o m a t e m a t i c a , p e r m i t e d e m o n s t r a - l a s . S e u e n u n c i a d o e o s e g u i n t e :

P r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a . D a d o o n u m e r o i n t e i r o p o s i t i v o a , s e j a P ( n ) u m a a s s e r c ~a o

r e l a t i v a a o s i n t e i r o s n = a a + 1 a + 2 : : :

S e

a ) P ( a ) e v e r d a d e i r a

e

b ) S u p o n d o P ( k ) v e r d a d e i r a p u d e r m o s d e m o n s t r a r q u e P ( k + 1 ) e v e r d a d e i r a

e n t ~ a o ,

P ( n ) s e r a v e r d a d e i r a p a r a t o d o n = a a + 1 a + 2 : : :

A s d e m o n s t r a c ~o e s p o r i n d u c ~a o n i t a o c o r r e m e m t o d o s o s n v e i s d a M a t e m a t i c a , d o m a i s

e l e m e n t a r a o s m a i s a v a n c a d o s . V a r i a m d e e x t r e m a m e n t e s i m p l e s a m u i t o d i f c e i s . A q u i ,

o b v i a m e n t e , t r a t a r e m o s d e p r o b l e m a s d e M a t e m a t i c a e l e m e n t a r , a n v e l d o s e g u n d o g r a u .

E x e m p l o 1 : 1 : D e m o n s t r e , p o r i n d u c ~a o e m n , q u e a d e s i g u a l d a d e d e B e r n o u l l i

5

: ( 1 +

x )

n

1 + n x v a l e p a r a t o d o n = 1 2 : : : , d e s d e q u e s e t e n h a 1 + x > 0 . ( A q u i , x e u m

n u m e r o r e a l q u a l q u e r , i n t e i r o o u n ~ a o . )

C o m e f e i t o , s e n = 1 , t e m o s q u e 1 + x = 1 + x , p o r t a n t o a d e s i g u a l d a d e e v a l i d a p a r a

n = 1 .

S u p o n h a a g o r a q u e a d e s i g u a l d a d e s e j a v a l i d a p a r a u m c e r t o n u m e r o n a t u r a l n . T e m o s

e n t ~ a o ( 1 + x )

n

1 + n x . M u l t i p l i c a n d o a m b o s o s m e m b r o s d e s t a d e s i g u a l d a d e p e l o n u m e r o

1 + x ( o q u a l e p o s i t i v o , p o r h i p o t e s e ) v e m

( 1 + x )

n

( 1 + x ) ( 1 + n x ) ( 1 + x ) :

5

J a c q u e s B e r n o u l l i ( 1 6 5 4 - 1 7 0 5 ) , m a t e m a t i c o s u i c o


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5

L e m b r a n d o q u e ( 1 + x )

n

( 1 + x ) = ( 1 + x )

n + 1

e d e s e n v o l v e n d o o p r o d u t o ( 1 + n x ) ( 1 + x ) ,

o b t e m o s

( 1 + x )

n + 1

1 + ( n + 1 ) x + n x

2

:

C o m o n x

2

n ~a o p o d e s e r n e g a t i v o , c o n c l u m o s q u e

( 1 + x )

n + 1

1 + ( n + 1 ) x :

E x e m p l o 1 : 2 : M o s t r e q u e , p a r a n = 1 2 : : : , v a l e

1 + 2 + 3 + + n =

n ( n + 1 )

2

:

S e j a P ( n ) a a s s e r c ~a o \ a s o m a d o s n a t u r a i s 1 + 2 +

+ n e i g u a l a

n ( n + 1 )

2

" . T e m o s :

1 - P ( 1 ) e v a l i d a , p o i s a s o m a d o s n a t u r a i s d e 1 a t e 1 v a l e 1 e e c l a r o q u e 1 =

1 ( 1 + 1 )

2

.

2 - S u p o n h a a g o r a q u e P ( k ) s e j a v a l i d a , i s t o e , q u e a s o m a d o s n a t u r a i s d e 1 a k s e j a

i g u a l a

k ( k + 1 )

2

. E n t ~ a o a s o m a d o s n a t u r a i s d e 1 a k + 1 e

1 + 2 + + ( k + 1 ) = 1 + 2 + + k ] + ( k + 1 ) =

=

k ( k + 1 )

2

+ ( k + 1 )

p o i s e s t a m o s a c e i t a n d o a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o , o u s e j a , q u e

1 + 2 + + k =

k ( k + 1 )

2

:

M a s ,

k ( k + 1 )

2

+ ( k + 1 ) =

( k + 1 ) ( k + 2 )

2

:

L o g o a v a l i d e z d e P ( k ) i m p l i c a a d e P ( k + 1 ) , o q u e c o n c l u i a d e m o n s t r a c ~a o .

E x e m p l o 1 : 3 : U m c o n j u n t o A c o m n e l e m e n t o s p o s s u i 2

n

s u b c o n j u n t o s d i s t i n t o s .


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6

P a r a p r o v a r e s t a a r m a c ~a o , d e n a m o s P ( n ) :

U m c o n j u n t o A c o m n e l e m e n t o s t e m

e x a t a m e n t e 2

n

s u b c o n j u n t o s d i s t i n t o s " . ( A q u i , n e u m i n t e i r o n ~ a o - n e g a t i v o . )

a ) S e n = 0 , e n t ~ a o A = , e o c o n j u n t o d a s p a r t e s d e A e P ( A ) = f g , d o n d e o n u m e r o

d e e l e m e n t o s d e P ( A ) e 1 , o u s e j a , 2

0

.

b ) S u p o n h a a g o r a v e r d a d e i r o q u e q u a l q u e r c o n j u n t o c o m k e l e m e n t o s t e m 2

k

s u b -

c o n j u n t o s d i s t i n t o s . A p a r t i r d i s s o , d e m o n s t r a r e m o s q u e q u a l q u e r c o n j u n t o c o m k + 1

e l e m e n t o s t e m 2

k + 1

s u b c o n j u n t o s d i s t i n t o s .

C o m e f e i t o , s e j a A = f a

1

a

2

: : : a

k

a

k + 1

g u m c o n j u n t o c o m ( k + 1 ) e l e m e n t o s . O s

s u b c o n j u n t o s d e A d i v i d e m - s e e m d o i s t i p o s : o s q u e c o n t ^ e m a

k + 1

e o s q u e n ~ a o c o n t ^ e m

a

k + 1

. C o n t a r e m o s :

1 - O n u m e r o d e s u b c o n j u n t o s d e A q u e n ~ a o c o n t ^ e m a

k + 1

.

2 - O n u m e r o d e s u b c o n j u n t o s d e A q u e c o n t ^ e m a

k + 1

.

1 - S e j a B = f a

1

a

2

: : : a

k

g . O n u m e r o d e s u b c o n j u n t o s d e A q u e n ~ a o c o n t ^ e m a

k + 1

e o b v i a m e n t e i g u a l a o n u m e r o d e s u b c o n j u n t o s d e B .

O r a , c o m o B t e m k e l e m e n t o s e e s t a m o s a c e i t a n d o a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o p a r a c o n j u n t o s

c o m k e l e m e n t o s , o n u m e r o d e s u b c o n j u n t o s d e B e 2

k

.

2 - U m s u b c o n j u n t o d e A q u e c o n t e m a

k + 1

e d a f o r m a X f a

k + 1

g , o n d e X e u m

s u b c o n j u n t o d e B . E n t ~ a o , o n u m e r o d o s s u b c o n j u n t o s d e A q u e c o n t ^ e m a

k + 1

e i g u a l

a o n u m e r o d o s s u b c o n j u n t o s d e B . C o m o B t e m k e l e m e n t o s , v e m o s q u e o n u m e r o d e

s u b c o n j u n t o s d e A q u e c o n t ^ e m a

k + 1

e 2

k

.

A s s i m , o n u m e r o t o t a l d e s u b c o n j u n t o s d e A s e r a 2

k

+ 2

k

= 2

k

( 1 + 1 ) = 2

k

2 = 2

k + 1

:

P o r t a n t o , a d m i t i n d o a v a l i d e z d e P ( k ) , d e m o n s t r a m o s q u e v a l e P ( k + 1 ) , i s t o e , q u e

o n u m e r o d e s u b c o n j u n t o s d e u m c o n j u n t o c o m k + 1 e l e m e n t o s e 2

k + 1

. I s t o c o n c l u i a

d e m o n s t r a c ~a o p o r i n d u c ~a o .

E x e m p l o 1 : 4 : D e m o n s t r e q u e 2

n

< n ! , p a r a n 4 .

V a m o s u s a r o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o c o m a = 4 .

C o m e f e i t o , s e n = 4 , e n t ~ a o 2

4

= 1 6


7/160

7

m u l t i p l i c a n d o m e m b r o a m e m b r o e s t a d e s i g u a l d a d e p e l a d e s i g u a l d a d e 2

n

< n ! , q u e 2 : 2

n


8/160

8

c u j a s i n c o g n i t a s s ~ a o A B C e D .

V e m o s f a c i l m e n t e q u e a s s o l u c ~o e s d e s t e s i s t e m a s ~ a o

A =

4

3

B = 0 C = ;

1

3

D = 0 :

I s t o n o s l e v a a c o n j e t u r a r q u e , p a r a t o d o n u m e r o n a t u r a l n , v a l e

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 n ; 1 )

2

=

4

3

n

3

;

1

3

n =

1

3

n ( 2 n ; 1 ) ( 2 n + 1 ) :

E i m p o r t a n t e p e r c e b e r q u e n ~a o z e m o s u m a d e m o n s t r a c ~a o d e q u e a f o r m u l a a c i m a e v a l i d a

p a r a t o d o n . C o m e f e i t o , o q u e p r o v a m o s f o i q u e a e x p r e s s ~ a o d a d i r e i t a c o i n c i d e c o m a

d a e s q u e r d a p a r a n = 1 2 3 e 4 . T e n t a r e m o s m o s t r a r q u e i s s o e v e r d a d e p a r a n q u a l q u e r .

P a r a f a z ^e - l o , u s a r e m o s i n d u c ~a o n i t a .

C o m o j a v i m o s q u e P ( 1 ) e v a l i d a , c o m e c a m o s a i n d u c ~a o s u p o n d o q u e a f o r m u l a s e j a

v e r d a d e i r a p a r a u m i n t e i r o p o s i t i v o k :

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 k ; 1 )

2

=

1

3

k ( 2 k ; 1 ) ( 2 k + 1 ) :

D e s e j a m o s e n t ~ a o m o s t r a r q u e

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 ( k + 1 ) ; 1 )

2

=

1

3

( k + 1 ) ( 2 ( k + 1 ) ; 1 ) ( 2 ( k + 1 ) + 1 )

o u s e j a , q u e

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 k + 1 )

2

=

1

3

( k + 1 ) ( 2 k + 1 ) ( 2 k + 3 ) :

M a s

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 k + 1 )

2

= ( 1

2

+ 3

2

+ + ( 2 k ; 1 )

2

) + ( 2 k + 1 )

2

=

=

1

3

k ( 2 k ; 1 ) ( 2 k + 1 ) + ( 2 k + 1 )

2

p o i s e s t a m o s s u p o n d o q u e

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 k ; 1 )

2

=

1

3

k ( 2 k ; 1 ) ( 2 k + 1 ) :


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9

T e m o s e n t ~ a o

1

3

k ( 2 k ; 1 ) ( 2 k + 1 ) + ( 2 k + 1 )

2

=

= ( 2 k + 1 )

1

3

k ( 2 k ; 1 ) + 2 k + 1 ] =

=

( 2 k + 1 )

3

( 2 k

2

+ 5 k + 3 ) =

( 2 k + 1 )

3

( 2 k + 3 ) ( k + 1 )

c o m o q u e r a m o s d e m o n s t r a r .

P o d e m o s e n t ~ a o a r m a r q u e

1

2

+ 3

2

+ + ( 2 n ; 1 )

2

=

4

3

n

3

;

1

3

n =

1

3

n ( 2 n ; 1 ) ( 2 n + 1 )

v a l e p a r a q u a l q u e r n i n t e i r o p o s i t i v o .

O p e r i g o d e f a z e r g e n e r a l i z a c ~o e s a p r e s s a d a s r e l a t i v a m e n t e a a s s e r c ~o e s s o b r e i n t e i r o s

c a e v i d e n c i a d o c o m o s e g u i n t e e x e m p l o :

E x e m p l o 1 : 6 : C o n s i d e r e o p o l i n ^ o m i o p ( n ) = n

2

; n + 4 1 e a a r m a c ~a o \ o v a l o r d e p ( n )

e s e m p r e u m p r i m o p a r a n = 0 1 2 3 : : : " .

E m b o r a i s s o s e j a v e r d a d e i r o p a r a n = 0 1 2 : : : 4 0 , p ( 4 1 ) = 4 1

2

; 4 1 + 4 1 = 4 1

2

n ~a o

e p r i m o , l o g o a a r m a c ~a o n ~ a o e v e r d a d e i r a .

S e m e l h a n t e m e n t e , a e x p r e s s ~ a o q ( n ) = n

2

; 7 9 n + 1 6 0 1 f o r n e c e p r i m o s p a r a n =

1 2 : : : 7 9 , m a s q ( 8 0 ) = 8 0

2

; 7 9 8 0 + 1 6 0 1 = 1 6 8 1 n ~ a o e p r i m o , p o i s e d i v i s v e l p o r 4 1 .

A m o r a l d a h i s t o r i a e : S o a c e i t e q u e u m a a r m a c ~a o s o b r e o s i n t e i r o s e r e a l m e n t e

v e r d a d e i r a p a r a t o d o s o s i n t e i r o s s e i s s o h o u v e r d e f a t o s i d o d e m o n s t r a d o !

O m e t o d o d a i n d u c ~a o m a t e m a t i c a c o m o t e c n i c a d e d e m o n s t r a c ~a o f o i u s a d o e x p l i c i -

t a m e n t e p e l a p r i m e i r a v e z p e l o i t a l i a n o F r a n c e s c o M a u r o l y c u s ( 1 4 9 4 ; 1 5 7 5 ) . P a s c a l

6

o

e m p r e g o u p a r a d e d u z i r r e l a c ~o e s s o b r e o s c o e c i e n t e s b i n o m i a i s n o T r i ^ a n g u l o d e P a s c a l .

N a p r a t i c a , u s a m o s f r e q u e n t e m e n t e o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a q u a n d o d i z e m o s \ . . .

e a s s i m s u c e s s i v a m e n t e " . A o f a z e r m o s i s s o , e s t a m o s r e c o n h e c e n d o , g e r a l m e n t e m e n t a l -

m e n t e o u a p o s a l g u n s c a l c u l o s , q u e o f e n ^ o m e n o e s t u d a d o e b e m r e g u l a r , q u e a v a l i d a d e d o

6

B l a i s e P a s c a l ( 1 6 2 3 , 1 6 6 2 ) , m a t e m a t i c o , m s t i c o e l o s o f o f r a n c ^ e s . A o s 1 7 a n o s e s c r e v e u u m t r a b a l h o d e

G e o m e t r i a P r o j e t i v a , o \ E n s a i o s o b r e a s C ^ o n i c a s " . P a s c a l c o n s t r u u u m a m a q u i n a d e c a l c u l a r , f e z a f a m o s a

e x p e r i ^ e n c i a s o b r e o v a c u o , e m P a r i s , e d e s e n v o l v e u o C a l c u l o d a s P r o b a b i l i d a d e s , e x p l o r a n d o a s p r o p r i e d a d e s d o

\ T r i ^ a n g u l o d e P a s c a l " . U s a n d o o s \ i n d i v i s v e i s " d e m o n s t r o u v a r i o s r e s u l t a d o s d e c a l c u l o i n t e g r a l . A b a n d o n o u a

M a t e m a t i c a , d e d i c a n d o - s e a F i l o s o a e a d e f e s a d o C r i s t i a n i s m o .


10/160

1 0

r e s u l t a d o e n u n c i a d o i n d e p e n d e d o s v a l o r e s p a r t i c u l a r e s d e n d a d o s c o m o e x e m p l o . I s s o e

e x a t a m e n t e o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a .

O b s e r v a c ~o e s

1 . P a r a h a b i t u a r - s e c o m o m e t o d o d e d e m o n s t r a c ~a o p o r i n d u c ~a o e p r e c i s o p r a t i c a - l o

m u i t a s v e z e s , a m d e p e r d e r a q u e l a v a g a s e n s a c ~a o d e d e s o n e s t i d a d e q u e o p r i n c i p i a n t e

t e m q u a n d o a d m i t e q u e o f a t o a s e r p r o v a d o e v e r d a d e i r o p a r a n , a n t e s d e d e m o n s t r a - l o

p a r a n + 1 .

2 . O m e t o d o d e i n d u c ~a o e t a m b e m u s a d o p a r a d e n i r i n d u t i v a m e n t e o u p o r r e c o r r ^e n c i a

f u n c ~o e s d e IN I e m u m c o n j u n t o Y . I s s o s e r a v i s t o n o p r o x i m o c a p t u l o .

3 . P r a t i q u e t a m b e m ( c o m m o d e r a c ~a o ) o e x e r c c i o d e d e s c o b r i r o e r r o e m p a r a d o x o s

q u e r e s u l t a m d o u s o i n a d e q u a d o d o m e t o d o d e i n d u c ~a o . V e j a m o s t r ^ e s d e s s e s s o s m a s :

E x e m p l o 1 : 7 : S e j a P ( n ) a a r m a c ~a o : S e u m c o n j u n t o d e n b o l a s c o n t e m u m a b o l a p r e t a ,

e n t ~ a o t o d a s a s b o l a s d o c o n j u n t o s ~ a o p r e t a s .

D e m o n s t r a r e m o s a v e r d a d e d e s t a a r m a c ~a o , u s a n d o o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a .

C o m o n o m u n d o c e r t a m e n t e e x i s t e u m a b o l a p r e t a , t e r e m o s e n t ~ a o d e m o n s t r a d o q u e t o d a s

a s b o l a s d o m u n d o s ~ a o p r e t a s !

1 - P ( 1 ) c e r t a m e n t e e v e r d a d e i r a , p o i s s e u m c o n j u n t o d e u m a b o l a c o n t e m u m a b o l a

p r e t a , t o d a s a s b o l a s d o c o n j u n t o s ~ a o p r e t a s .

2 - A c e i t e m o s a g o r a q u e P ( k ) s e j a v e r d a d e i r a p a r a u m n u m e r o n a t u r a l k a r b i t r a r i o , e

m o s t r e m o s q u e P ( k + 1 ) e v e r d a d e i r a .

S e j a u m c o n j u n t o f b

1

b

2

: : : b

k + 1

g d e k + 1 b o l a s , q u e c o n t e m a l g u m a b o l a p r e t a .

S e m p e r d a d e g e n e r a l i d a d e , p o d e m o s s u p o r q u e e l a s e j a b

1

. C o n s i d e r e a g o r a o c o n j u n t o

f b

1

b

2

: : : b

k

g . E l e c o n t e m k b o l a s e u m a d e l a s ( b

1

) e p r e t a . E n t ~ a o , p e l a h i p o t e s e d e

i n d u c ~a o , t o d a s a s b o l a s d o c o n j u n t o s ~ a o p r e t a s , o u s e j a , a s b o l a s b

1

b

2

: : : b

k

s ~a o t o d a s

p r e t a s e m p a r t i c u l a r , b

2

e p r e t a .

C o n s i d e r e m o s a g o r a o c o n j u n t o f b

2

: : : b

k + 1

g , q u e c o n t e m k e l e m e n t o s . J a d e m o n s -

t r a m o s q u e b

2

e p r e t a , l o g o e s t e c o n j u n t o c o n t e m u m a b o l a p r e t a . E n t ~ a o , p e l a h i p o t e s e d e

i n d u c ~a o , t o d a s s u a s b o l a s s ~ a o p r e t a s . I s t o e , b

2

: : : b

k + 1

s ~a o p r e t a s . M a s e n t ~ a o t o d a s a s

b o l a s b

1

b

2

: : : b

k + 1

s ~a o p r e t a s .


11/160

1 1

M o s t r a m o s a s s i m q u e t o d a s a s b o l a s d o m u n d o s ~ a o p r e t a s ! M a s i s s o e o b v i a m e n t e

f a l s o . O n d e e s t a n o s s o e r r o ? E l e n ~ a o e d e v i d o a t e r m o s s u p o s t o q u e a b o l a p r e t a e r a b

1

.

I s s o n ~ a o t r a z n e n h u m p r o b l e m a .

O e x e m p l o s e g u i n t e e u m a r e f o r m u l a c ~a o a b s t r a t a d o a n t e r i o r :

E x e m p l o 1 : 8 : T o d a f u n c ~a o f : X ! Y , c u j o d o m n i o e u m c o n j u n t o n i t o , X e c o n s t a n t e .

D e m o n s t r a o : I s t o e o b v i a m e n t e v e r d a d e i r o s e X t e m a p e n a s 1 e l e m e n t o . S u p o n d o a

a r m a c ~a o v e r d a d e i r a p a r a t o d o s o s c o n j u n t o s c o m n e l e m e n t o s , s e j a f : X ! Y d e n i d a

n u m c o n j u n t o X c o m n + 1 e l e m e n t o s . C o n s i d e r e u m e l e m e n t o a 2 X . C o m o X

0

= X ; f a g

t e m n e l e m e n t o s , f a s s u m e o m e s m o v a l o r c 2 Y e m t o d o s o s e l e m e n t o s d e X

0

. A g o r a t r o q u e

a p o r u m o u t r o e l e m e n t o b 2 X

0

. O b t e m - s e X

0 0

= X ; f b g u m c o n j u n t o c o m n e l e m e n t o s

( e n t r e o s q u a i s a ) . N o v a m e n t e p e l a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o , f e c o n s t a n t e e i g u a l a c e m X

0 0

.

L o g o f ( a ) = c e d a f : X ! Y e c o n s t a n t e . ( A q u i o e r r o r e s i d e n o u s o i n a d e q u a d o d a

h i p o t e s e d e i n d u c ~a o . O r a c i o c n i o e m p r e g a d o s u p ~ o e i m p l i c i t a m e n t e q u e X t e m p e l o m e n o s

3 e l e m e n t o s . N a r e a l i d a d e , n ~ a o v a l e a i m p l i c a c ~a o P ( 1 ) ) P ( 2 ) . )

V e j a m o s o u t r o e x e m p l o d e \ d e m o n s t r a c ~a o " f a l s a u s a n d o o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a .

E x e m p l o 1 : 9 : D o i s i n t e i r o s p o s i t i v o s q u a i s q u e r s ~ a o i g u a i s .

C o m e f e i t o , s e j a P ( n ) a p r o p o s i c ~a o \ s e a e b s ~a o i n t e i r o s p o s i t i v o s t a i s q u e m a x ( a b ) =

n , e n t ~ a o a = b " .

O b v i a m e n t e P ( 1 ) e c o r r e t a , p o i s s e m a x ( a b ) = 1 , e n t ~ a o a = b = 1 .

S u p o n h a a g o r a q u e P ( r ) s e j a v e r d a d e i r a e s e j a m a e b i n t e i r o s q u a i s q u e r t a i s q u e

m a x ( a b ) = r + 1 .

C o n s i d e r e e n t ~ a o o s i n t e i r o s = a ; 1 e = b ; 1 . E n t ~ a o , m a x ( ) = r , d o n d e

= , l o g o a = b , e P ( r + 1 ) e v e r d a d e i r a , o q u e c o n c l u i a d e m o n s t r a c ~a o p o r i n d u c ~a o !

E m g e r a l , p s e u d o - d e m o n s t r a c ~o e s u s a n d o o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n i t a , c o m o o s t r ^ e s

e x e m p l o s a c i m a , t ^ e m s e u s p r o b l e m a s n o s c a s o s e m q u e n e p e q u e n o , n o r m a l m e n t e n a p a s -

s a g e m d e n = 1 p a r a n = 2 , o u d e n = 2 p a r a n = 3 . V o c ^ e c o n h e c e o u t r a s \ d e m o n s t r a c ~o e s "

f a l s a s p o r i n d u c ~a o ?

E m a l g u m a s s i t u a c S e s ( c o m o a d o T e o r e m a 1 . 1 q u e v e r e m o s a s e g u i r ) , a o t e n t a r m o s

p r o v a r u m f a t o p o r m e i o d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o , s e n t i m o s q u e , u s a n d o a p e n a s a v a l i d e z


12/160

1 2

d e P ( k ) , n ~ a o p a r e c e p o s s v e l p r o v a r a d e P ( k + 1 ) . E m v e z d i s s o , p a r a e s t a b e l e c e r P ( k + 1 )

p r e c i s a m o s s u p o r P ( 1 ) , P ( 2 ) , : : : , P ( k ) s i m u l t a n e a m e n t e . I s t o n o s c o n d u z a o s e g u n d o

p r i n c p i o d a i n d u c ~ a o , q u e a p r e s e n t a r e m o s e u s a r e m o s a g o r a , e c u j a j u s t i c a t i v a s e r a

d a d a n o c a p t u l o s e g u i n t e .

S e g u n d o p r i n c p i o d a i n d u c ~ a o . D a d o u m i n t e i r o a , s e j a P ( n ) u m a a r m a c ~a o r e l a t i v a

a o s i n t e i r o s n , n = a a + 1 a + 2 : : :

S e

1 ) P ( a ) e v e r d a d e i r a

e

2 ) P a r a c a d a i n t e i r o k a , a v a l i d a d e d e P ( a ) P ( a + 1 ) : : : P ( k ) a c a r r e t a a v a l i d a d e d e

P ( k + 1 ) ,

e n t ~ a o ,

P ( n ) e v a l i d a p a r a t o d o s o s i n t e i r o s n a .

U s a r e m o s o s e g u n d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o p a r a d e m o n s t r a r o s e g u i n t e r e s u l t a d o f u n -

d a m e n t a l d a A r i t m e t i c a d o s i n t e i r o s , o q u a l s e r a m u i t o u s a d o n o r e s t a n t e d e s t e t e x t o .

T e o r e m a 1 : 1 . Q u a l q u e r i n t e i r o n m a i o r d o q u e 1 p o d e s e r e s c r i t o c o m o u m p r o d u t o d e

p r i m o s .

D e m o n s t r a c ~a o : C o n s i d e r e a a r m a c ~a o \ o i n t e i r o n o u e p r i m o o u p o d e s e r e s c r i t o c o m o

u m p r o d u t o d e p r i m o s " , p a r a n = 2 3 4 : : : U s a r e m o s a s e g u n d a f o r m a d o p r i n c p i o d a

i n d u c ~a o , t o m a n d o a = 2 .

1 - O n u m e r o 2 e p r i m o , l o g o v a l e P ( 2 ) .

2 - S e j a k u m i n t e i r o , k 2 . S u p o n h a q u e a a r m a c ~a o s e j a v a l i d a p a r a t o d o s o s i n t e i r o s

m a i o r e s q u e o u i g u a i s a 2 e m e n o r e s q u e o u i g u a i s a k . M o s t r a r e m o s q u e e l a e v a l i d a p a r a

o i n t e i r o k + 1 .

S e o i n t e i r o k + 1 e p r i m o , n a d a h a a d e m o n s t r a r . S u p o n h a p o r t a n t o q u e k + 1 = a b ,

o n d e a e b s ~a o i n t e i r o s m a i o r e s d o q u e 1 . E n t ~ a o o b v i a m e n t e a < k + 1 e b < k + 1 . L o g o ,

p e l a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o , a s e e s c r e v e c o m o u m p r o d u t o d e p r i m o s

a = p

1

p

2

p

s

:


13/160

1 3

A n a l o g a m e n t e , p e l a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o , b s e e s c r e v e c o m o u m p r o d u t o d e p r i m o s

b = q

1

q

2

q

t

:

E n t ~ a o ,

a b = p

1

p

2

p

s

q

1

q

2

q

t

u m p r o d u t o d e p r i m o s , c o m o q u e r a m o s d e m o n s t r a r .

A p r e s e n t a m o s m a i s u m e x e m p l o d e u t i l i z a c ~a o d e s t a f o r m a d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o :

S a b e - s e q u e , t r a c a n d o d i a g o n a i s i n t e r n a s q u e n ~ a o s e c o r t a m , p o d e - s e d e c o m p o r q u a l q u e r

p o l g o n o e m t r i ^ a n g u l o s j u s t a p o s t o s . I s t o e e v i d e n t e q u a n d o o p o l g o n o e c o n v e x o : b a s t a

x a r u m v e r t i c e e t r a c a r a s d i a g o n a i s a p a r t i r d e l e . S e o p o l g o n o n ~ a o e c o n v e x o , a p r o v a

r e q u e r m a i s c u i d a d o s

7

.

O l e i t o r p o d e e x p e r i m e n t a r c o m u m p o l g o n o n ~ a o - c o n v e x o e v e r i c a r q u e h a m u i t a s

m a n e i r a s d i f e r e n t e s d e d e c o m p ^ o - l o e m t r i ^ a n g u l o s j u s t a p o s t o s m e d i a n t e d i a g o n a i s i n t e r n a s .

M a s v a l e o r e s u l t a d o s e g u i n t e , n o q u a l u s a r e m o s o s e g u n d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o

8

.

E x e m p l o 1 : 1 0 : Q u a l q u e r q u e s e j a a m a n e i r a d e d e c o m p o r u m p o l g o n o P , d e n l a d o s , e m

t r i ^ a n g u l o s j u s t a p o s t o s p o r m e i o d e d i a g o n a i s i n t e r n a s q u e n ~ a o s e i n t e r s e c t a m , o n u m e r o d e

d i a g o n a i s u t i l i z a d a s e s e m p r e n

;3 .

D e m o n s t r a o : C o m e f e i t o , d a d o n , s u p o n h a m o s q u e a p r o p o s i c ~a o a c i m a s e j a v e r d a d e i r a

p a r a t o d o p o l g o n o c o m m e n o s d e n l a d o s . S e j a e n t ~ a o d a d a u m a d e c o m p o s i c ~a o d o p o l g o n o

P , d e n l a d o s , e m t r i ^ a n g u l o s j u s t a p o s t o s , m e d i a n t e d i a g o n a i s i n t e r n a s . F i x e m o s u m a d e s s a s

d i a g o n a i s . E l a d e c o m p ~ o e P c o m o r e u n i ~ a o d e d o i s p o l g o n o s j u s t a p o s t o s P

1

, d e n

1

l a d o s , e

P

2

, d e n

2

l a d o s , o n d e n

1

< n e n

2

< n , l o g o a p r o p o s i c ~a o v a l e p a r a o s p o l g o n o s P

1

e P

2

.

E v i d e n t e m e n t e , n

1

+ n

2

= n + 2 .

7

V i d e L I M A , E l o n L a g e s - \ M e u P r o f e s s o r d e M a t e m a t i c a e O u t r a s H i s t o r i a s " , I M P A / V I T A E , R i o d e J a n e i r o ,

p a g . 1 0 9 .

8

P a r a u m a d e m o n s t r a c ~a o d o m e s m o f a t o u s a n d o b o a - o r d e n a c ~a o , v e j a \ R e v i s t a d o P r o f e s s o r d e M a t e m a t i c a " ,

v o l . 1 9 , p a g . 3 1 .


14/160

1 4

E N T R A A F I G U R A V

A s d d i a g o n a i s q u e e f e t u a m a d e c o m p o s i c ~a o d e P s e a g r u p a m a s s i m : n

1

; 3 d e l a s

d e c o m p ~ o e m P

1

, n

2

; 3 d e c o m p ~ o e m P

2

e u m a f o i u s a d a p a r a s e p a r a r P

1

d e P

2

. P o r t a n t o

d = n

1

; 3 + n

2

; 3 + 1 = n

1

+ n

2

; 5 :

C o m o n

1

+ n

2

= n + 2 , r e s u l t a q u e d = n ; 3 . I s t o c o m p l e t a a d e m o n s t r a c ~a o .

V o c ^e c e r t a m e n t e t e r a n o t a d o a l g o e s t r a n h o e m n o s s a a p r e s e n t a c ~a o d o p r i n c p i o d a i n -

d u c ~a o n i t a : N o s o e n u n c i a m o s e o e m p r e g a m o s m a s n a d a f o i d i t o s o b r e c o m o c h e g a m o s a

e l e .

E u m t e o r e m a ? S e i s s o a c o n t e c e , q u a l s u a d e m o n s t r a c ~a o ?

E s i m p l e s m e n t e u m a r e g r a

e m p r i c a q u e a e x p e r i ^ e n c i a m o s t r o u f u n c i o n a r ? E n m , o q u e e o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o

n i t a ? A r e s p o s t a d e p e n d e d e c o m o v o c ^ e e n c a r a o s n u m e r o s n a t u r a i s .

E p o s s v e l c o n s t r u i r o s n u m e r o s n a t u r a i s a p a r t i r d a t e o r i a d o s c o n j u n t o s , c o m o f e z

R i c h a r d D e d e k i n d , q u e d e n i u c o n j u n t o n i t o c o m o a q u e l e q u e n ~ a o a d m i t e b i j e c ~a o s o b r e

u m a p a r t e p r o p r i a e n u m e r o n a t u r a l c o m o o n u m e r o c a r d i n a l d e u m c o n j u n t o n i t o . O u t r o

p o n t o d e v i s t a , d e m a i o r s i m p l i c i d a d e c o n c e i t u a l ( e p o r i s s o q u a s e u n i v e r s a l m e n t e a d o t a d o

h o j e e m d i a ) e o d e G i u s e p p e P e a n o , o n d e o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o a p a r e c e c o m o u m a x i o m a ,

i s t o e , c o m o u m a d a s p r o p r i e d a d e s d e n i d o r a s d o s n u m e r o s n a t u r a i s . E s t e e o p o n t o d e

v i s t a q u e a d o t a r e m o s n o c a p t u l o s e g u i n t e .


15/160

1 5

E X E R C

I C I O S

1 : 1 . P r o v e , p o r i n d u c ~a o , q u e 1

2

+ 2

2

+ + n

2

=

n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 )

6

.

1 : 2 . N u m p o l g o n o c o m n 6 l a d o s , o n u m e r o d e d i a g o n a i s e m a i o r d o q u e n .

1 : 3 . P r o v e , p o r i n d u c ~a o , q u e ( n + 1 ) = n ]

n

< n , p a r a t o d o n 3 . ( S u g e s t ~ a o : O b s e r v e

q u e ( n + 2 ) = ( n + 1 )


16/160

1 6

1 : 9 . C o n s i d e r e n r e t a s e m u m p l a n o . M o s t r e q u e o \ m a p a " d e t e r m i n a d o p o r e l a s p o d e

s e r c o l o r i d o c o m a p e n a s d u a s c o r e s s e m q u e d u a s r e g i ~ o e s v i z i n h a s t e n h a m a m e s m a c o r .

1 : 1 0 . M o s t r e q u e , s e n 2 , e n t ~ a o n

n

> n !

1 : 1 1 . A c h e u m a e x p r e s s ~ a o p a r a 1

3

+ 2

3

+ 3

3

+ + n

3

.

1 : 1 2 . M o s t r e q u e 1 2 3 + 2 3 4 + 3 4 5 + + n ( n + 1 ) ( n + 2 ) = n ( n + 1 ) ( n + 2 ) ( n + 3 ) = 4 .

1 : 1 3 . M o s t r e q u e

1

1 3

+

1

3 5

+ +

1

( 2 n ; 1 ) ( 2 n + 1 )

=

n

2 n + 1

.

1 : 1 4 . A c h e u m a e x p r e s s ~ a o p a r a 1 1 ! + 2 2 ! + 3 3 ! + + n n !

1 : 1 5 . D e m o n s t r e q u e

4

n

n + 1

1 .

1 : 1 6 . S ~a o d a d a s n r e t a s \ e m p o s i c ~a o g e r a l " e m u m p l a n o , i s t o e , t a i s q u e n ~ a o h a e n t r e e l a s

d u a s q u e s e j a m p a r a l e l a s n e m t r ^ e s q u e p o s s u a m u m p o n t o c o m u m . A c h e u m a e x p r e s s ~ a o ,

e m f u n c ~a o d e n , p a r a o n u m e r o d e r e g i ~ o e s q u e a s n r e t a s d a d a s d e t e r m i n a m n o p l a n o .

1 : 1 7 . D e m o n s t r e q u e s e n e m p a r , e n t ~ a o x

n

+ a

n

e d i v i s v e l p o r x + a .

1 : 1 8 . P e q u e n o T e o r e m a d e F e r m a t ] D e m o n s t r e q u e s e p e u m n u m e r o p r i m o , e n t ~ a o n

p

; n

e m u l t i p l o d e p .

1 : 1 9 . Q u a n t a s s ~ a o a s s e q u ^ e n c i a s d e n t e r m o s , t o d o s p e r t e n c e n t e s a o c o n j u n t o f 0 1 g e

q u e n ~ a o p o s s u e m d o i s z e r o s c o n s e c u t i v o s ?

1 : 2 0 . M a r c a m - s e n ( n > 1 ) p o n t o s d i s t i n t o s s o b r e u m a c i r c u n f e r ^ e n c i a . D e m o n s t r e q u e

h a ( k ; 1 ) ( ; 1 )

n

+ ( k ; 1 )

n

m o d o s d e c o l o r - l o s , u s a n d o k c o r e s d i s t i n t a s , d e m o d o q u e n ~ a o

h a j a d o i s p o n t o s c o n s e c u t i v o s c o m a m e s m a c o r .

1 : 2 1 . M o s t r e q u e p a r a c a d a n u m e r o n a t u r a l p m a i o r o u i g u a l a 3 , e x i s t e m n a t u r a i s d i s -

t i n t o s n

1

n

2

: : : n

p

, t a i s q u e

1

n

1

+

1

n

2

+ +

1

n

p

= 1 .

1 : 2 2 . S e j a A u m a m a t r i z q u a d r a d a t a l q u e A

2

= A . M o s t r e q u e A

n

= A .

1 : 2 3 . E m u m t o r n e i o d i s p u t a d o p o r n p e s s o a s , c a d a u m a d e l a s j o g a c o m t o d a s a s o u t r a s .

N ~a o h a v e n d o e m p a t e s , m o s t r e q u e e p o s s v e l r o t u l a r o s j o g a d o r e s c o m o P

1

P

2

: : : P

n

, d e

m o d o q u e P

1

v e n c e u P

2

, P

2

v e n c e u P

3

, : : : , P

n ; 1

v e n c e u P

n

.


17/160

1 7

1 : 2 4 . A s e q u ^ e n c i a d e F i b o n a c c i

9

] U m c a s a l d e c o e l h o s a d u l t o s g e r a u m c a s a l d e l h o t e s

p o r m ^ e s , o q u a l , p o r s u a v e z , s e r e p r o d u z i r a , g e r a n d o t a m b e m u m c a s a l d e l h o t e s p o r m ^ e s ,

a p a r t i r d e d o i s m e s e s d e i d a d e . T e m - s e , n o m ^ e s 0 , u m c a s a l d e c o e l h o s a d u l t o s . S u p o n d o

t o d o s o s c o e l h o s i m o r t a i s , d e t e r m i n e

a ) q u a n t o s c a s a i s d e c o e l h o s n a s c e r ~ a o n o m ^ e s 1 2

b ) q u a n t o s c a s a i s d e c o e l h o s n a s c e r ~ a o n o m ^ e s n

c ) q u a l a q u a n t i d a d e t o t a l d e c a s a i s d e c o e l h o s e x i s t e n t e s n o m ^ e s n .

1 : 2 5 . A s e q u ^ e n c i a d e F i b o n a c c i , F

1

F

2

: : : F

n

: : : e d e n i d a p o r F

1

= F

2

= 1 e p o r

F

n + 2

= F

n + 1

+ F

n

. M o s t r e q u e :

F

n

=

( 1 +

p

5 )

n

; ( 1 ;

p

5 )

n

2

n

p

5

.

1 : 2 6 . E m u m c o r r e d o r h a 1 0 0 0 a r m a r i o s f e c h a d o s , n u m e r a d o s s u c e s s i v a m e n t e d e 1 a 1 0 0 0 .

U m g a i a t o p e r c o r r e o c o r r e d o r e r e v e r t e a p o s i c ~a o d a s p o r t a s d e t o d o s o s a r m a r i o s . E m

s e g u i d a , o u t r o g a i t o r e v e r t e a p o s i c ~a o d a s p o r t a s d o s a r m a r i o s c u j o s n u m e r o s s ~ a o m u l t i p l o s

d e 2 . U m t e r c e i r o g a i a t o r e v e r t e e m s e g u i d a a p o s i c ~a o d a s p o r t a s d o s a r m a r i o s c u j o s

n u m e r o s s ~ a o m u l t i p l o s d e 3 , e a s s i m s u c e s s i v a m e n t e , p a r a o s m u l t i p l o s d e 4 , 5 , 6 : : : 9 9 9

e 1 0 0 0 . Q u a i s o s n u m e r o s d o s a r m a r i o s c u j a s p o r t a s e s t a r ~ a o a b e r t a s a o m d o p r o c e s s o ?

Q u a n t o s s ~ a o e s t e s a r m a r i o s ?

1 : 2 7 . D a d o u m c o n j u n t o n i t o , m o s t r e q u e e p o s s v e l o r d e n a r s e u s s u b c o n j u n t o s , p o r

i n c l u s ~ a o , d e m o d o q u e c a d a s u b c o n j u n t o s e j a o b t i d o a p a r t i r d o a n t e r i o r p e l o a c r e s c i m o o u

p e l a s u p r e s s ~ a o d e u m u n i c o e l e m e n t o .

9

L e o n a r d o d e P i s a ( 1 1 7 5 ( ? ) , 1 2 4 0 ( ? ) ) , m a t e m a t i c o i t a l i a n o , p u b l i c o u e m 1 2 0 2 o L i b e r A b a c i .


18/160

1 8

C A P

I T U L O 2

N

U M E R O S N A T U R A I S

A n a l i d a d e d e s t e c a p t u l o e a b o r d a r , d e f o r m a s u c i n t a , a s e q u ^ e n c i a d o s n u m e r o s n a t u r a i s ,

s o b r e a q u a l p o d e s e r c o n s t r u d o t o d o o e d i f c i o d a M a t e m a t i c a c o m o c i ^ e n c i a d e d u t i v a .

E s t a u l t i m a f r a s e j a n o s d a i d e i a d a i m p o r t ^ a n c i a d o a s s u n t o . S u a e n o r m e r e l e v ^ a n c i a ,

e n t r e t a n t o , n ~ a o d e c o r r e d e c o m p l e x a s c o n c e p c ~o e s l o s o c a s n e m r e p o u s a s o b r e i n t r i c a d a s

c o n s t r u c ~o e s m a t e m a t i c a s . P e l o c o n t r a r i o , a c o m p r e e n s ~ a o d o q u e s ~ a o e d o q u e s i g n i c a m

o s n u m e r o s n a t u r a i s s e f a z a p a r t i r d e i d e i a s e x t r e m a m e n t e s i m p l e s e e s p o n t ^ a n e a s , c o m o

m o s t r a r e m o s a s e g u i r . E s s e e n t e n d i m e n t o , e s s a f o r m a n a l b e m - a c a b a d a d e a p r e s e n t a r o s

n u m e r o s n a t u r a i s , s u r g i u n o n a l d o s e c u l o X I X e e n c o n t r o u s u a e x p r e s s ~ a o m a i s l m p i d a

n o s t r a b a l h o s d e R i c h a r d D e d e k i n d e G i u s e p p e P e a n o .


19/160

1 9

2 : 1 A S E Q

U

E N C I A D O S N T M E R O S N A T U R A I S

O s n u m e r o s n a t u r a i s c o n s t i t u e m u m m o d e l o m a t e m a t i c o , u m a e s c a l a p a d r ~ a o , q u e n o s

p e r m i t e a o p e r a c ~a o d e c o n t a g e m . A s e q u ^ e n c i a d e s s e s n u m e r o s e u m a l i v r e e a n t i g a c r i a c ~a o

d o e s p r i t o h u m a n o . C o m p a r a r c o n j u n t o s d e o b j e t o s c o m e s s a e s c a l a a b s t r a t a i d e a l e

o p r o c e s s o q u e t o r n a m a i s p r e c i s a a n o c ~a o d e q u a n t i d a d e e s s e p r o c e s s o ( a c o n t a g e m )

p r e s s u p ~ o e p o r t a n t o o c o n h e c i m e n t o d a s e q u ^ e n c i a n u m e r i c a . F a m i l i a r i z a r m o - n o s c o m t a l

s e q u ^ e n c i a e n o s s o o b j e t i v o i m e d i a t o .

S a b e m o s q u e o s n u m e r o s n a t u r a i s s ~ a o

1 2 3 4 5 : : :

A t o t a l i d a d e d e s s e s n u m e r o s c o n s t i t u i u m c o n j u n t o , q u e i n d i c a r e m o s c o m o s m b o l o IN I e

q u e c h a m a r e m o s d e c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s . P o r t a n t o

IN I = f 1 2 3 4 5 : : : g :

E v i d e n t e m e n t e , o q u e a c a b a m o s d e d i z e r s o f a z s e n t i d o q u a n d o j a s e s a b e o q u e e u m

n u m e r o n a t u r a l . N o s p a r a g r a f o s s e g u i n t e s , v a m o s f a z e r d e c o n t a q u e e s s e c o n c e i t o n o s e

d e s c o n h e c i d o e p r o c u r a r e m o s i n v e s t i g a r o q u e h a d e e s s e n c i a l n a s e q u ^ e n c i a 1 2 3 4 5 : : :

D e v e - s e a P e a n o a c o n s t a t a c ~a o d e q u e s e p o d e e l a b o r a r t o d a a t e o r i a d o s n u m e r o s n a -

t u r a i s a p a r t i r d e q u a t r o f a t o s b a s i c o s , c o n h e c i d o s a t u a l m e n t e c o m o o s a x i o m a s d e P e a n o .

N o u t r a s p a l a v r a s , o c o n j u n t o IN I d o s n u m e r o s n a t u r a i s p o s s u i q u a t r o p r o p r i e d a d e s f u n d a -

m e n t a i s , d a s q u a i s r e s u l t a m , c o m o c o n s e q u ^ e n c i a s l o g i c a s , t o d a s a s a r m a c ~o e s v e r d a d e i r a s

q u e s e p o d e m f a z e r s o b r e e s s e s n u m e r o s .

C o m e c a r e m o s n o s s o e s t u d o c o m o e n u n c i a d o e a a p r e c i a c ~a o d o s i g n i c a d o d e s s a s q u a -

t r o p r o p o s i c ~o e s f u n d a m e n t a i s a r e s p e i t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s .


20/160

2 0

2 : 2 O S A X I O M A S D E P E A N O

U m m a t e m a t i c o p r o s s i o n a l , e m s u a l i n g u a g e m d i r e t a e o b j e t i v a , d i r i a q u e o c o n j u n t o IN I

d o s n u m e r o s n a t u r a i s e c a r a c t e r i z a d o p e l a s s e g u i n t e s p r o p r i e d a d e s :

A . E x i s t e u m a f u n c ~a o s : IN I

!IN I , q u e a s s o c i a a c a d a n

2IN I u m e l e m e n t o s ( n )

2IN I ,

c h a m a d o o s u c e s s o r d e n

B . A f u n c ~a o s : IN I ! IN I e i n j e t i v a

C . E x i s t e u m u n i c o e l e m e n t o 1 n o c o n j u n t o IN I t a l q u e 1 6= s ( n ) p a r a t o d o n 2 IN I

D . S e u m s u b c o n j u n t o X IN I e t a l q u e 1 2 X e s ( X ) X ( i s t o e , n 2 X ) s ( n ) 2 X )

e n t ~ a o X = IN I .

( O b s e r v e q u e , c o m o e s t a m o s c h a m a n d o d e IN I o c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s , a

n o t a c ~a o n 2 IN I s i g n i c a q u e n e u m n u m e r o n a t u r a l . )

A s a r m a c ~o e s A , B , C e D s ~a o o s a x i o m a s d e P e a n o . A n o t a c ~a o s ( n ) e p r o v i s o r i a .

D e p o i s d e d e n i r m o s a d i c ~a o , e s c r e v e r e m o s n + 1 e m v e z d e s ( n ) .

C o m o c o n c e s s ~ a o a f r a q u e z a h u m a n a , n o s s o m a t e m a t i c o n o s f a r i a a g e n t i l e z a d e r e f o r -

m u l a r o s a x i o m a s d e P e a n o e m l i n g u a g e m c o r r e n t e , l i v r e d e n o t a c ~a o m a t e m a t i c a . E n o s

d i r i a e n t ~ a o q u e a s a r m a c ~o e s a c i m a s i g n i c a m e x a t a m e n t e o m e s m o q u e e s s a s o u t r a s :

A ' . T o d o n u m e r o n a t u r a l p o s s u i u m u n i c o s u c e s s o r , q u e t a m b e m e u m n u m e r o n a t u r a l

B ' . N u m e r o s n a t u r a i s d i f e r e n t e s p o s s u e m s u c e s s o r e s d i f e r e n t e s ( O u a i n d a : n u m e r o s q u e

t ^ e m o m e s m o s u c e s s o r s ~ a o i g u a i s . )

C ' . E x i s t e u m u n i c o n u m e r o n a t u r a l q u e n ~ a o e s u c e s s o r d e n e n h u m o u t r o . E s t e n u m e r o e

r e p r e s e n t a d o p e l o s m b o l o 1 e c h a m a d o d e \ n u m e r o u m "

D ' . S e u m c o n j u n t o d e n u m e r o s n a t u r a i s c o n t e m o n u m e r o 1 e , a l e m d i s s o , c o n t e m o

s u c e s s o r d e c a d a u m d e s e u s e l e m e n t o s , e n t ~ a o e s s e c o n j u n t o c o i n c i d e c o m IN I , i s t o e ,

c o n t e m t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s .

A p a r t i r d a , r e t o m a m o s a p a l a v r a p a r a d i z e r q u e o s u c e s s o r d e 1 c h a m a - s e \ d o i s " ,

o s u c e s s o r d e d o i s c h a m a - s e \ t r ^ e s " , e t c . N o s s a c i v i l i z a c ~a o p r o g r e d i u a o p o n t o e m q u e

t e m o s u m s i s t e m a d e n u m e r a c ~a o , o q u a l n o s p e r m i t e r e p r e s e n t a r , m e d i a n t e o u s o a p r o p r i -

a d o d o s s m b o l o s 0 1 2 3 4 5 6 7 8 e 9 , t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s . A l e m d i s s o , n o s s a

l i n g u a g e m t a m b e m f o r n e c e n o m e s p a r a o s p r i m e i r o s t e r m o s d a s e q u ^ e n c i a d o s n u m e r o s


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2 1

n a t u r a i s . ( N u m e r o s m u i t o g r a n d e s n ~ a o t ^ e m n o m e s e s p e c c o s , a o c o n t r a r i o d o s m e n o r e s ,

c o m o \ m i l n o v e c e n t o s e n o v e n t a e q u a t r o " . Q u e m s a b e , p o r e x e m p l o , o n o m e d o n u m e r o

d e a t o m o s d o u n i v e r s o ? )

V o l t a n d o a u s a r a n o t a c ~a o s ( n ) p a r a o s u c e s s o r d o n u m e r o n a t u r a l n , t e r e m o s e n t ~ a o

2 = s ( 1 ) , 3 = s ( 2 ) , 4 = s ( 3 ) , 5 = s ( 4 ) , e t c . A s s i m , p o r e x e m p l o , a i g u a l d a d e 2 = s ( 1 )

s i g n i c a a p e n a s q u e e s t a m o s u s a n d o o s m b o l o 2 p a r a r e p r e s e n t a r o s u c e s s o r d e 1 .

A s e q u ^ e n c i a d o s n u m e r o s n a t u r a i s p o d e e n t ~ a o s e r i n d i c a d a a s s i m :

1

s

! 2

s

! 3

s

! 4

s

! 5 : : :

A s e c h a s l i g a m c a d a n u m e r o a o s e u s u c e s s o r .

N e n h u m a e c h a a p o n t a p a r a 1 , p o i s e s t e n u m e r o n ~ a o e s u c e s s o r d e n e n h u m o u t r o .

O d i a g r a m a a c i m a d i z m u i t o s o b r e a e s t r u t u r a d o c o n j u n t o IN I d o s n u m e r o s n a t u r a i s .

M e d i a n t e u m a a n a l i s e c r t i c a , v e r e m o s a g o r a q u a l o s i g n i c a d o d o s a x i o m a s d e P e a n o . P a r a

m e l h o r e n t e n d ^ e - l o s b u s c a r e m o s s i t u a c ~o e s e m q u e e l e s n ~ a o v a l e m .

O a x i o m a A c o n t e m a i d e i a d e q u e o c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s e d i s c r e t o . ( E m

o p o s i c ~a o a c o n t n u o , c o m o o c o n j u n t o d o s p o n t o s d e u m a r e t a . )

E x e m p l o 2 : 1 : U m a s i t u a c ~a o e m q u e n ~ a o v a l e o a x i o m a B e i n d i c a d a n o d i a g r a m a a b a i x o .

N e l e , t e m - s e o c o n j u n t o X = f 1 2 3 4 g e a f u n c ~a o s : X ! X , c o m s ( 1 ) = 2 s ( 2 ) = 3 s ( 3 ) =

4 s ( 4 ) = 2 .

E N T R A F I G U R A I

A f u n c ~a o s n ~a o e i n j e t i v a , p o i s s ( 1 ) = s ( 4 ) , e m b o r a 1

6= 4 .

J a o d i a g r a m a s e g u i n t e e x i b e u m c a s o e m q u e v a l e m o s a x i o m a s A e B m a s n ~ a o v a l e

C :


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2 2

E N T R A F I G U R A I I

A q u i , t e m o s X = f 1 2 3 g e a f u n c ~a o s : X ! X , d a d a p o r s ( 1 ) = 2 s ( 2 ) = 3 s ( 3 ) = 1 ,

e i n j e t i v a m a s t o d o e l e m e n t o n 2 X e \ s u c e s s o r " d e a l g u m o u t r o e l e m e n t o d e X p o i s s e

s o b r e j e t o r a .

E x e m p l o 2 : 2 : N e s t e e x e m p l o , v a l e m o s a x i o m a s A e B m a s n ~ a o v a l e m C n e m D . E l e s e

e x p r i m e p e l o d i a g r a m a :

E N T R A F I G U R A I I I

A q u i , IN I e o c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s m a s a f u n c ~a o s : IN I ! IN I e d e n i d a p o r

s ( n ) = n + 2 . E n t ~ a o n ~ a o v a l e o a x i o m a C p o r q u e o s e l e m e n t o s 1 e 2 g o z a m a m b o s d a

p r o p r i e d a d e d e n ~ a o s e r e m d a f o r m a s ( n ) p a r a n e n h u m n 2 IN I .

T a m p o u c o v a l e o a x i o m a D p o r q u e s e c o n s i d e r a r m o s o c o n j u n t o X = f 1 3 5 : : : g

f o r m a d o p e l o s n u m e r o s m p a r e s , v e r e m o s q u e v a l e 1 2 X e , a l e m d i s s o , n 2 X ) s ( n ) =

n + 2 2 X m a s n ~ a o s e t e m X = IN I .

U m e x e m p l o e m q u e v a l e m o s a x i o m a s A , B e C m a s f a l h a o a x i o m a D e p r o p o s t o n o

E x e r c c i o 2 . 1 .

E v i d e n t e m e n t e , a o a p r e s e n t a r m o s e s t e s c o n t r a - e x e m p l o s e s t a m o s v i o l a n d o o t r a t o d e

n ~a o a d m i t i r c o n h e c i m e n t o a l g u m s o b r e o s n u m e r o s n a t u r a i s . N o t e - s e p o r e m q u e a s c o n s i -

d e r a c ~o e s a c i m a n ~ a o f a z e m p a r t e d a t e o r i a . E l a s s e r v e m a p e n a s p a r a a j u d a r a c o m p r e e n s ~ a o

e d e l i m i t a r o a l c a n c e d o s a x i o m a s .


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2 3

2 : 3 O A X I O M A D A I N D U C

~

A O

U m d o s a x i o m a s d e P e a n o , o u l t i m o , p o s s u i c l a r a m e n t e u m a n a t u r e z a m a i s e l a b o r a d a d o

q u e o s d e m a i s . E l e e c o n h e c i d o c o m o o a x i o m a d a i n d u c ~a o . D a d o o s e u m a i o r g r a u d e

c o m p l e x i d a d e , e d a d a t a m b e m s u a g r a n d e i m p o r t ^ a n c i a , f a r e m o s d e l e u m a a n a l i s e m a i s

d e t i d a , a c o m p a n h a d a d e c o m e n t a r i o s .

O s i g n i c a d o i n f o r m a l d o a x i o m a D e q u e t o d o n u m e r o n a t u r a l p o d e s e r o b t i d o a

p a r t i r d e 1 p o r m e i o d e r e p e t i d a s a p l i c a c ~o e s d a o p e r a c ~a o d e t o m a r o s u c e s s o r . A s s i m , p o r

e x e m p l o , 3 e o s u c e s s o r d o s u c e s s o r d e 1 , 4 e o s u c e s s o r d o s u c e s s o r d o s u c e s s o r d e 1 , e t c .

P a r a s e e s t u d a r m e l h o r o a x i o m a d a i n d u c ~a o e u t i l r e e x a m i n a r o E x e m p l o 2 . 2 , n o q u a l

IN I = f 1 2 3 : : : g m a s a f u n c ~a o s : IN I ! IN I f o i m o d i c a d a , p o n d o - s e s ( n ) = n + 2 . E n t ~ a o ,

s e c o m e c a r m o s c o m 1 e a e s t e n u m e r o a p l i c a r m o s r e p e t i d a m e n t e a o p e r a c ~a o d e t o m a r o

\ s u c e s s o r " ( n e s t a n o v a a c e p c ~a o ) o b t e r e m o s s ( 1 ) = 3 s ( 3 ) = 5 s ( 5 ) = 7 , e t c . , e n u n c a

c h e g a r e m o s a q u a l q u e r n u m e r o p a r . P o r t a n t o , o d i a g r a m a

E N T R A F I G U R A I V

e x i b e u m a f u n c ~a o i n j e t i v a s : IN I ! IN I p a r a a q u a l n ~ a o e v e r d a d e q u e t o d o n u m e r o n a t u r a l

n p o d e s e r o b t i d o , a p a r t i r d e 1 , m e d i a n t e r e p e t i d a s a p l i c a c ~o e s d a o p e r a c ~a o d e p a s s a r d e

k p a r a s ( k ) .

D e n t r o d e u m p o n t o d e v i s t a e s t r i t a m e n t e m a t e m a t i c o , p o d e m o s r e f o r m u l a r o a x i o m a

d a i n d u c ~a o d o s e g u i n t e m o d o . U m s u b c o n j u n t o X

IN I c h a m a - s e i n d u t i v o q u a n d o s ( X )

X ,

o u s e j a , q u a n d o n 2 X ) s ( n ) 2 X , o u a i n d a , q u a n d o o s u c e s s o r d e q u a l q u e r e l e m e n t o d e

X t a m b e m p e r t e n c e a X .

D i t o i s t o , o a x i o m a d a i n d u c ~a o a r m a q u e o u n i c o s u b c o n j u n t o i n d u t i v o d e IN I q u e

c o n t e m o n u m e r o 1 e o p r o p r i o IN I .


24/160

2 4

N o E x e m p l o 2 . 2 , o s n u m e r o s m p a r e s 1 3 5 : : : f o r m a m u m c o n j u n t o i n d u t i v o q u e

c o n t e m o e l e m e n t o 1 m a s n ~ a o e i g u a l a IN I .

O p a p e l f u n d a m e n t a l d o a x i o m a d a i n d u c ~a o n a t e o r i a d o s n u m e r o s n a t u r a i s e , m a i s

g e r a l m e n t e , e m t o d a a M a t e m a t i c a , r e s u l t a d o f a t o d e q u e e l e p o d e s e r v i s t o c o m o u m

m e t o d o d e d e m o n s t r a c ~a o , c h a m a d o o m e t o d o d e i n d u c ~a o m a t e m a t i c a , o u p r i n c p i o d a

i n d u c ~a o n i t a , o u p r i n c p i o d a i n d u c ~a o , c o n f o r m e e x p l i c a r e m o s a g o r a .

S e j a P u m a p r o p r i e d a d e q u e s e r e f e r e a n u m e r o s n a t u r a i s . U m d a d o n u m e r o n a t u r a l

p o d e g o z a r o u n ~ a o d a p r o p r i e d a d e P .

P o r e x e m p l o , s e j a P a p r o p r i e d a d e d e u m n u m e r o n a t u r a l n s e r s u c e s s o r d e o u t r o

n u m e r o n a t u r a l . E n t ~ a o 1 n ~ a o g o z a d a p r o p r i e d a d e P , m a s t o d o s o s d e m a i s n u m e r o s g o z a m

d e P .

O p r i n c p i o d a i n d u c ~a o d i z o s e g u i n t e :

P r i n c p i o d a i n d u c ~ a o . S e j a P u m a p r o p r i e d a d e r e f e r e n t e a n u m e r o s n a t u r a i s . S e

1 g o z a d e P e s e , a l e m d i s s o , o f a t o d e o n u m e r o n a t u r a l n g o z a r d e P i m p l i c a r q u e s e u

s u c e s s o r s ( n ) t a m b e m g o z a d e P , e n t ~ a o t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s g o z a m d a p r o p r i e d a d e

P .

P a r a v e r q u e o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o e v e r d a d e i r o ( u m a v e z a d m i t i d o s o s a x i o m a s

d e P e a n o ) b a s t a o b s e r v a r q u e , d a d a a p r o p r i e d a d e P c u m p r i n d o a s c o n d i c ~o e s e s t i p u l a d a s

n o e n u n c i a d o d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o , o c o n j u n t o X d o s n u m e r o s n a t u r a i s q u e g o z a m d a

p r o p r i e d a d e P c o n t e m o n u m e r o 1 e e i n d u t i v o . L o g o X = IN I , i s t o e , t o d o n u m e r o n a t u r a l

g o z a d a p r o p r i e d a d e P .

N o q u e s e s e g u e , v e r e m o s d i v e r s o s e x e m p l o s d e d e m o n s t r a c ~o e s p o r i n d u c ~a o . ( C h a m a - s e

a s s i m u m a d e m o n s t r a c ~a o b a s e a d a n o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o . ) P o d e - s e m e s m o d i z e r q u e t o d a s

a s p r o p r i e d a d e s b a s i c a s d o s n u m e r o s n a t u r a i s s ~ a o d e m o n s t r a d a s p o r i n d u c ~a o . C o m o n ~ a o

d i s p o m o s a i n d a d o s i n s t r u m e n t o s d e t r a b a l h o p a r a l i d a r c o m e s s e s n u m e r o s ( a s o p e r a c ~o e s

f u n d a m e n t a i s e a n o c ~a o d e o r d e m : \ m e n o r d o q u e " e \ m a i o r d o q u e " ) v a m o s i l u s t r a r o

m e t o d o d e p r o v a p o r i n d u c ~a o c o m u m e x e m p l o b e m s i m p l e s .

E x e m p l o 2 : 3 : E n t r e o s a x i o m a s d e P e a n o n ~ a o c o n s t a e x p l i c i t a m e n t e a a r m a c ~a o d e q u e

t o d o n u m e r o e d i f e r e n t e d o s e u s u c e s s o r , a q u a l p r o v a r e m o s a g o r a .


25/160

2 5

D e m o n s t r a o : S e j a P e s t a p r o p r i e d a d e . M a i s p r e c i s a m e n t e , d a d o o n u m e r o n a t u r a l n ,

e s c r e v a m o s P ( n ) p a r a s i g n i c a r , a b r e v i a d a m e n t e , a a r m a c ~a o n

6= s ( n ) . E n t ~ a o P ( 1 ) e

v e r d a d e i r a , p o i s 1 6= s ( 1 ) , j a q u e 1 n ~ a o e s u c e s s o r d e n u m e r o a l g u m e m p a r t i c u l a r , 1 n ~ a o

e s u c e s s o r d e s i p r o p r i o . A l e m d i s s o , s e s u p u s e r m o s P ( n ) v e r d a d e i r a , i s t o e , s e a d m i t i r m o s

q u e n 6= s ( n ) , e n t ~ a o s ( n ) 6= s ( s ( n ) ) , p o i s a f u n c ~a o s : IN I ! IN I e i n j e t i v a . M a s a a r m a c ~a o

s ( n ) 6= s ( s ( n ) ) s i g n i c a q u e P ( s ( n ) ) e v e r d a d e i r a . A s s i m , a v e r d a d e d e P ( n ) a c a r r e t a

a v e r d a d e d e P ( s ( n ) ) . P e l o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o , t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s g o z a m d a

p r o p r i e d a d e P , o u s e j a , s ~ a o d i f e r e n t e s d e s e u s s u c e s s o r e s .

N a s d e m o n s t r a c ~o e s p o r i n d u c ~a o , a h i p o t e s e d e q u e a p r o p r i e d a d e P e v a l i d a p a r a o

n u m e r o n a t u r a l n ( d a q u a l d e v e d e c o r r e r q u e P v a l e t a m b e m p a r a s ( n ) ) c h a m a - s e h i p o t e s e

d e i n d u c ~a o .

E x e m p l o 2 : 4 : O p r i n c p i o d a i n d u c ~a o n ~ a o e u t i l i z a d o s o m e n t e c o m o m e t o d o d e d e m o n s -

t r a c ~a o . E l e s e r v e t a m b e m p a r a d e n i r f u n c ~o e s f : IN I

!Y q u e t ^ e m c o m o d o m n i o o c o n j u n t o

IN I d o s n u m e r o s n a t u r a i s .

E m g e r a l , p a r a s e d e n i r u m a f u n c ~a o f : X ! Y r e q u e r - s e q u e s e j a d a d a u m a r e g r a

b e m d e t e r m i n a d a , a q u a l m o s t r e c o m o s e d e v e a s s o c i a r a c a d a e l e m e n t o x 2 X u m u n i c o

e l e m e n t o y = f ( x ) 2 Y .

E n t r e t a n t o , n o c a s o p a r t i c u l a r e m q u e o d o m n i o d a f u n c ~a o e o c o n j u n t o IN I d o s n u m e r o s

n a t u r a i s , a m d e d e n i r u m a f u n c ~a o f : IN I ! Y n ~a o e n e c e s s a r i o d i z e r , d e u m a s o v e z ,

q u a l a r e c e i t a q u e d a o v a l o r f ( n ) p a r a t o d o n 2 IN I . B a s t a q u e s e t e n h a c o n h e c i m e n t o d o s

s e g u i n t e s d a d o s :

( 1 ) O v a l o r f ( 1 )

( 2 ) U m a r e g r a q u e p e r m i t a c a l c u l a r f ( s ( n ) ) q u a n d o s e c o n h e c e f ( n ) .

E s s e s d o i s d a d o s p e r m i t e m q u e s e c o n h e c a f ( n ) p a r a t o d o n u m e r o n a t u r a l n . ( D i z -

s e e n t ~ a o q u e a f u n c ~a o f f o i d e n i d a p o r r e c o r r ^ e n c i a . ) C o m e f e i t o , s e c h a m a r m o s d e X o

c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s n p a r a o s q u a i s s e p o d e d e t e r m i n a r f ( n ) o d a d o ( 1 ) a c i m a

n o s m o s t r a q u e 1 2 X e o d a d o ( 2 ) a s s e g u r a q u e n 2 X ) s ( n ) 2 X . L o g o , p e l o a x i o m a d a

i n d u c ~a o , t e m - s e X = IN I .


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2 6

O b s e r v a c ~a o : U m a f u n c ~a o f : IN I ! Y c u j o d o m n i o e o c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s

c h a m a - s e u m a s e q u ^ e n c i a o u s u c e s s ~ a o d e e l e m e n t o s d e Y . A n o t a c ~a o u s a d a p a r a u m a t a l

s e q u ^ e n c i a e ( y

1

y

2

: : : y

n

: : : ) , o n d e s e u s a y

n

e m v e z d e f ( n ) p a r a i n d i c a r o v a l o r d a

f u n c ~a o f n o n u m e r o n . O e l e m e n t o y

n

c h a m a - s e n - e s i m o t e r m o d a s e q u ^ e n c i a .

2 : 4 A D I C

~

A O D E N T M E R O S N A T U R A I S

N o s s o p r i m e i r o e x e m p l o d e u m a f u n c ~a o d e n i d a p o r r e c o r r ^ e n c i a e a a d i c ~a o d e n u m e r o s

n a t u r a i s .

P a r a d e n i r a a d i c ~a o , x a r e m o s u m n u m e r o n a t u r a l a r b i t r a r i o k e d e n i r e m o s a s o m a

k + n p a r a t o d o n 2 IN I .

F i x a d o k 2 IN I , a c o r r e s p o n d ^ e n c i a n 7! k + n s e r a u m a f u n c ~a o f : IN I ! IN I , f ( n ) = k + n ,

c h a m a d a \ s o m a r k " . E l a s e d e n e p o r r e c o r r ^ e n c i a , a p a r t i r d o s s e g u i n t e s d a d o s :

( 1 ) k + 1 = s ( k )

( 2 ) k + s ( n ) = s ( k + n ) :

P o r t a n t o , k + 1 e , p o r d e n i c ~a o , o s u c e s s o r d e k . E s e c o n h e c e r m o s k + n s a b e r e m o s

o v a l o r d e k + s ( n ) p o r d e n i c ~a o t e m - s e k + s ( n ) = s ( k + n ) . I s t o n o s p e r m i t e c o n h e c e r

k + n p a r a t o d o n

2IN I .

A p a r t i r d e a g o r a , u s a r e m o s a n o t a c ~a o d e n i t i v a n + 1 e m v e z d e s ( n ) .

U s a n d o a s n o t a c ~o e s d e n i t i v a s n + 1 e m v e z d e s ( n ) e ( k + n ) + 1 e m v e z d e s ( k + n ) ,

a i g u a l d a d e ( 2 ) s e e s c r e v e e n t ~ a o a s s i m :

( 2

0

) k + ( n + 1 ) = ( k + n ) + 1 :

P o r t a n t o a s i g u a l d a d e s ( 1 ) e ( 2 ) o u , e q u i v a l e n t e m e n t e , ( 1 ) e ( 2 ' ) d e n e m , p o r r e c o r -

r ^ e n c i a , a s o m a k + n d e d o i s n u m e r o s n a t u r a i s q u a i s q u e r k e n .

A s p r o p r i e d a d e s d a a d i c ~a o d e n u m e r o s n a t u r a i s s ~ a o p r o v a d a s p o r i n d u c ~a o . V e j a m o s

d o i s e x e m p l o s :

T e o r e m a 2 : 1 . A s s o c i a t i v i d a d e d a a d i c ~a o ] k + ( n + p ) = ( k + n ) + p , p a r a q u a i s q u e r

k n p 2 IN I .


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2 7

D e m o n s t r a o : F i x a d o s a r b i t r a r i a m e n t e k n 2 IN I , a a s s o c i a t i v i d a d e k + ( n + p ) =

( k + n ) + p e v e r d a d e i r a q u a n d o p = 1 , p o r d e n i c ~a o . ( V i d e ( 2 ' ) ) S u p o n d o - a v e r d a d e i r a

p a r a p , t e m - s e s u c e s s i v a m e n t e :

k + n + ( p + 1 ) ] = k + ( n + p ) + 1 ] p o r ( 2 ' )

= k + ( n + p ) ] + 1 n o v a m e n t e p o r ( 2 ' )

= ( k + n ) + p ] + 1 p e l a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o

= ( k + n ) + ( p + 1 ) o u t r a v e z p o r ( 2 ' ) .

S e g u e - s e e n t ~ a o q u e a l e i a s s o c i a t i v a k + ( n + p ) = ( k + n ) + p e v a l i d a p a r a q u a i s q u e r

n u m e r o s n a t u r a i s k n p .

T e o r e m a 2 : 2 . C o m u t a t i v i d a d e d a a d i c ~a o ] k + n = n + k p a r a q u a i s q u e r k n 2 IN I .

D e m o n s t r a o : A c o m u t a t i v i d a d e n + p = p + n s e p r o v a u s a n d o d u a s v e z e s o p r i n c p i o

d a i n d u c ~a o .

P r i m e i r o c o n s i d e r a m o s o c a s o p = 1 . A i g u a l d a d e n + 1 = 1 + n e o b v i a m e n t e

v e r d a d e i r a q u a n d o n = 1 . S u p o n d o - a v a l i d a p a r a u m c e r t o v a l o r d e n , t e m - s e a h i p o t e s e

d e i n d u c ~a o n + 1 = 1 + n . S o m a n d o 1 a a m b o s o s m e m b r o s d e s t a i g u a l d a d e e u s a n d o a

a s s o c i a t i v i d a d e , v e m

( n + 1 ) + 1 = ( 1 + n ) + 1 = 1 + ( n + 1 ) :

S e g u e - s e q u e n + 1 = 1 + n p a r a t o d o n 2 IN I .

V e m o s , p o r t a n t o , q u e a c o m u t a t i v i d a d e n + p = p + n e v e r d a d e i r a q u a n d o p = 1 .

A d m i t a m o s a g o r a ( h i p o t e s e d e i n d u c ~a o ) q u e e l a v a l h a p a r a u m c e r t o p e m o s t r e m o s q u e

i s t o a c a r r e t a s u a v a l i d e z p a r a p + 1 . C o m e f e i t o , t e m o s s u c e s s i v a m e n t e

n + p = p + n h i p o t e s e d e i n d u c ~a o

( n + p ) + 1 = ( p + n ) + 1 s o m a n d o 1 a a m b o s o s m e m b r o s

n + ( p + 1 ) = ( p + n ) + 1 a s s o c i a t i v i d a d e

= 1 + ( p + n ) c o m u t a t i v i d a d e d a s o m a c o m 1

= ( 1 + p ) + n a s s o c i a t i v i d a d e

= ( p + 1 ) + n c o m u t a t i v i d a d e d a s o m a c o m 1 :


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2 8

S e g u e - s e q u e n + p = p + n p a r a q u a i s q u e r n p 2 IN I .

O u t r a p r o p r i e d a d e i m p o r t a n t e d a a d i c ~a o e a d e m o n s t r a d a a s e g u i r :

T e o r e m a 2 : 3 . L e i d o c o r t e ] P a r a q u a i s q u e r n u m e r o s n a t u r a i s m n p , s e m + p = n + p ,

e n t ~ a o m = n .

D e m o n s t r a o : C o m e f e i t o , d e m + 1 = n + 1 s e g u e - s e q u e m = n e m v i r t u d e d o a x i o m a

B d e P e a n o . L o g o a l e i d o c o r t e v a l e p a r a p = 1 . S u p o n d o - a v a l i d a p a r a u m c e r t o n u m e r o

n a t u r a l p ( h i p o t e s e d e i n d u c ~a o ) , m o s t r e m o s q u e s e p o d e t a m b e m c o r t a r p + 1 . A d m i t a m o s

e n t ~ a o q u e s e t e n h a

m + ( p + 1 ) = n + ( p + 1 ) :

P e l a a s s o c i a t i v i d a d e , e s t a i g u a l d a d e e q u i v a l e a

( m + p ) + 1 = ( n + p ) + 1 :

C o r t a n d o 1 d e a m b o s o s m e m b r o s , v e m

m + p = n + p :

P e l a h i p o t e s e d e i n d u c ~a o , c o n c l u m o s q u e

m = n :

A s s i m m + ( p + 1 ) = n + ( p + 1 ) ) m = n p o r t a n t o a L e i d o C o r t e e v a l i d a e m g e r a l .

A l e i d o c o r t e e q u i v a l e a a r m a c ~a o d e q u e , p a r a t o d o k 2 IN I , a a p l i c a c ~a o f

k

: IN I ! IN I ,

d a d a p o r f

k

( n ) = n + k , e i n j e t i v a .


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2 9

2 : 5 O R D E M

A a d i c ~a o d e n u m e r o s n a t u r a i s p e r m i t e i n t r o d u z i r u m a r e l a c ~a o d e o r d e m e m IN I .

D e n i c ~ a o : D a d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s m n d i r e m o s q u e m e m e n o r d o q u e n , e e s c r e v e -

r e m o s

m < n

p a r a s i g n i c a r q u e e x i s t e p 2 IN I t a l q u e n = m + p . N e s t e c a s o , d i z - s e t a m b e m q u e n e

m a i o r d o q u e m e e s c r e v e - s e n > m p a r a e x p r i m i r q u e s e t e m m < n .

A n o t a c ~a o m n s i g n i c a q u e m < n o u m = n .

P o r d e n i c ~a o t e m - s e p o r t a n t o m < m + p p a r a q u a i s q u e r m p 2 IN I . E m p a r t i c u l a r ,

m < m + 1 . S e g u e - s e t a m b e m d a d e n i c ~a o d a r e l a c ~a o 1 . A s s i m , 1 e o m e n o r d o s n u m e r o s

n a t u r a i s .

P r o v a r e m o s a s e g u i r a s p r o p r i e d a d e s b a s i c a s d a r e l a c ~a o d e o r d e m m < n q u e d e n i m o s .

A p r i m e i r a d e l a s e a t r a n s i t i v i d a d e .

T e o r e m a 2 : 4 . T r a n s i t i v i d a d e ] S e m < n e n < p , e n t ~ a o m < p .

D e m o n s t r a o : m < n , n < p ) n = m + k , p = n + r ) p = ( m + k ) + r = m + ( k + r ) )

m < p .

O u t r a i m p o r t a n t e p r o p r i e d a d e d a r e l a c ~a o d e o r d e m e q u e , d a d o s d o i s n u m e r o s n a -

t u r a i s d i f e r e n t e s m e n , o u s e t e m m < n o u e n t ~ a o n < m . E s t a p r o p r i e d a d e p o d e s e r

r e f o r m u l a d a d e o u t r a m a n e i r a , c o m o s e g u e .

D i r e m o s q u e o s n u m e r o s n a t u r a i s m e n s ~a o c o m p a r a v e i s q u a n d o s e t e m m = n , o u

m < n o u n < m .

P o d e m o s e n t ~ a o e n u n c i a r o s e g u i n t e t e o r e m a .

T e o r e m a 2 : 5 . C o m p a r a b i l i d a d e ] T o d o n u m e r o n a t u r a l n e c o m p a r a v e l c o m q u a l q u e r

n u m e r o n a t u r a l m .


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3 0

D e m o n s t r a o : I s t o s e p r o v a p o r i n d u c ~a o . O n u m e r o 1 e c o m p a r a v e l c o m q u a l q u e r o u t r o

n u m e r o n a t u r a l p o i s j a s a b e m o s q u e q u e 1 < m p a r a t o d o m

6= 1 .

S u p o n h a m o s a g o r a q u e o n u m e r o n s e j a c o m p a r a v e l c o m t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s .

M o s t r e m o s , a p a r t i r d a , q u e n + 1 t a m b e m t e m e s s a p r o p r i e d a d e . C o m e f e i t o , s e j a m 2 IN I

t o m a d o a r b i t r a r i a m e n t e . S a b e m o s q u e s e t e m m < n , o u m = n o u n < m . E x a m i n e m o s

c a d a u m a d e s s a s p o s s i b i l i d a d e s :

S e f o r m < n e n t ~ a o m < n + 1 .

S e f o r m = n , e n t ~ a o m < n + 1 .

S e f o r n < m e n t ~ a o m = n + p . N e s t e c a s o , h a d u a s p o s s i b i l i d a d e s . O u s e t e m p = 1 ,

d o n d e m = n + 1 , o u e n t ~ a o p > 1 , l o g o p = 1 + p

0

, e p o r t a n t o m = ( n + 1 ) + p

0

e

c o n c l u m o s q u e n + 1 < m . E m q u a l q u e r h i p o t e s e , v e m o s q u e n + 1 e c o m p a r a v e l c o m

q u a l q u e r n u m e r o n a t u r a l m . P o r i n d u c ~a o , c a p r o v a d a a c o m p a r a b i l i d a d e d e d o i s n u m e r o s

n a t u r a i s q u a i s q u e r m n .

A c o m p a r a b i l i d a d e d o s n u m e r o s n a t u r a i s e c o m p l e m e n t a d a p e l a p r o p o s i c ~a o a b a i x o .

T e o r e m a 2 : 6 . T r i c o t o m i a ] D a d o s m n

2IN I , q u a l q u e r d a s a r m a c ~o e s m < n , m = n ,

n < m e x c l u i a s o u t r a s d u a s .

D e m o n s t r a o : S e t i v e s s e m o s m < n e m = n , e n t ~ a o s e r i a m = m + p , d o n d e m + 1 =

m + p + 1 e , c o r t a n d o m , c o n c l u i r a m o s q u e 1 = p + 1 , u m a b s u r d o , p o i s 1 n ~ a o e s u c e s s o r

d e p . P o r t a n t o m < n ( e , a n a l o g a m e n t e , n < m ) e i n c o m p a t v e l c o m m = n .

D o m e s m o m o d o , s e t i v e s s e m o s m < n e n < m , e n t ~ a o t e r a m o s n = m + p e

m = n + k , d o q u e r e s u l t a r i a n = n + k + p , l o g o n + 1 = n + k + p + 1 , e c o r t a n d o n

c o n c l u i r a m o s q u e 1 = k + p + 1 , u m a b s u r d o .

O t e o r e m a s e g u i n t e m o s t r a q u e n e n + 1 s ~ a o n u m e r o s c o n s e c u t i v o s .

T e o r e m a 2 : 7 . N ~a o e x i s t e m n u m e r o s n a t u r a i s e n t r e n e n + 1 .

D e m o n s t r a o : S e f o s s e p o s s v e l t e r n < p < n + 1 , t e r a m o s p = n + k e n + 1 = p + r ,

l o g o n + 1 = n + k + r . C o r t a n d o n , o b t e r a m o s 1 = k + r . P o r d e n i c ~a o , i s t o s i g n i c a r i a

k 1 .

A c o n e x ~ a o e n t r e a r e l a c ~a o d e o r d e m e a o p e r a c ~a o d e a d i c ~a o e d a d a p e l o s e g u i n t e

t e o r e m a :


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3 1

T e o r e m a 2 : 8 . M o n o t o n i c i d a d e d a A d i c ~a o ] S e m < n , e n t ~ a o m + p < n + p .

D e m o n s t r a o : U s a n d o a d e n i c ~a o d e


32/160

3 2

P o r t a n t o , X e o c o n j u n t o d o s n u m e r o s n a t u r a i s n t a i s q u e t o d o s o s e l e m e n t o s d e A s ~a o

m a i o r e s d o q u e n . C o m o e s t a m o s s u p o n d o q u e 1 =2 A , s a b e m o s q u e 1 2 X . P o r o u t r o

l a d o , c o m o A n ~a o e v a z i o , n e m t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s p e r t e n c e m a X , o u s e j a , t e m o s

X 6= IN I . P e l o a x i o m a D , v e m o s q u e o c o n j u n t o X n ~a o e i n d u t i v o , i s t o e , d e v e e x i s t i r a l g u m

n 2 X t a l q u e n + 1 =2 X . I s t o s i g n i c a q u e t o d o s o s e l e m e n t o s d e A s ~a o m a i o r e s d o q u e n

m a s n e m t o d o s s ~ a o m a i o r e s d o q u e n + 1 . C o m o n ~ a o h a n u m e r o s n a t u r a i s e n t r e n e n + 1 ,

c o n c l u m o s q u e n + 1 p e r t e n c e a A e e o m e n o r e l e m e n t o d e A .

O t e o r e m a a b a i x o c o n t e m u m a a p l i c a c ~a o d o p r i n c p i o d a b o a o r d e n a c ~a o .

T e o r e m a 2 : 1 0 . T o d a f u n c ~a o m o n o t o n a n ~ a o - c r e s c e n t e f : IN I ! IN I e c o n s t a n t e a p a r t i r d e

u m c e r t o p o n t o . ( I s t o e , e x i s t e n

0

2 IN I t a l q u e f ( n ) = f ( n

0

) , p a r a t o d o n n

0

. )

D e m o n s t r a o : S e j a f ( n

0

) o m e n o r e l e m e n t o d o c o n j u n t o X = f f ( 1 ) : : : f ( n ) : : : g . E n -

t ~a o n > n

0

) f ( n ) f ( n

0

) ( p o r q u e a f u n c ~a o f e m o n o t o n a n ~ a o - c r e s c e n t e ) o q u e a c a r r e t a

q u e f ( n ) = f ( n

0

) ( p o r q u e f ( n

0

) e o m e n o r e l e m e n t o d e X ) .

C o r o l a r i o . N ~a o e x i s t e m s e q u ^ e n c i a s d e c r e s c e n t e s n

1

> n

2

> : : : d e n u m e r o s n a t u r a i s .

C o m e f e i t o , d o c o n t r a r i o , p o n d o f ( k ) = n

k

, o b t e r a m o s u m a f u n c ~a o e s t r i t a m e n t e

d e c r e s c e n t e f : IN I ! IN I .

O p r i n c p i o d a b o a o r d e n a c ~a o p o d e m u i t a s v e z e s s e r u s a d o e m d e m o n s t r a c ~o e s , s u b s t i -

t u i n d o o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o . V e j a m o s u m e x e m p l o d e s s e u s o .

D i s s e m o s a n t e r i o r m e n t e q u e u m s u b c o n j u n t o X IN I c h a m a - s e i n d u t i v o q u a n d o n 2

X ) n + 1 2 X , o u s e j a , q u a n d o X c o n t e m o s u c e s s o r d e c a d a u m d o s s e u s e l e m e n t o s . O

p r i n c p i o d a i n d u c ~a o a r m a q u e s e u m c o n j u n t o i n d u t i v o X c o n t e m o n u m e r o 1 e n t ~ a o X

c o n t e m t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s .

V a m o s u s a r o p r i n c p i o d a b o a o r d e n a c ~a o p a r a p r o v a r q u e s e u m c o n j u n t o i n d u t i v o X

c o n t e m o n u m e r o a , e n t ~ a o X c o n t e m t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s m a i o r e s d o q u e a .

A p r o v a d e s t a a r m a c ~a o s e f a z p o r a b s u r d o , c o m o o c o r r e e m g e r a l q u a n d o s e u s a

a b o a o r d e n a c ~a o . S u p o n h a m o s , e n t ~ a o , q u e e x i s t a m n u m e r o s n a t u r a i s m a i o r e s d o q u e a

n ~a o p e r t e n c e n t e s a o c o n j u n t o i n d u t i v o X . S e j a b o m e n o r d e s s e s n u m e r o s . C o m o b > a ,

p o d e m o s e s c r e v e r b = c + 1 , o n d e , p e l a d e n i c ~a o d e b , t e m - s e n e c e s s a r i a m e n t e c 2 X . M a s ,

c o m o X e i n d u t i v o , i s t o o b r i g a q u e b = c + 1 2 X , u m a c o n t r a d i c ~a o .


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3 3

A p r o p o s i c ~a o q u e a c a b a m o s d e d e m o n s t r a r p o d e s e r r e e n u n c i a d a d a s e g u i n t e f o r m a :

T e o r e m a 2 : 1 1 . P r i n c p i o d a i n d u c ~a o g e n e r a l i z a d o ] S e j a P u m a p r o p r i e d a d e r e f e r e n t e

a n u m e r o s n a t u r a i s , c u m p r i n d o a s s e g u i n t e s c o n d i c ~o e s :

( 1 ) O n u m e r o n a t u r a l a g o z a d a p r o p r i e d a d e P

( 2 ) S e u m n u m e r o n a t u r a l n g o z a d a p r o p r i e d a d e P e n t ~ a o s e u s u c e s s o r n + 1 t a m b e m g o z a

d e P .

E n t ~ a o t o d o s o s n u m e r o s n a t u r a i s m a i o r e s d o q u e o u i g u a i s a a g o z a m d a p r o p r i e d a d e

P .

O b s e r v a c ~a o : N o C a p t u l o 1 , e s t e t e o r e m a f o i c h a m a d o d e p r i n c p i o d a i n d u c ~a o .

E x e m p l o 2 : 5 : P a r a e x i b i r u m a s i t u a c ~a o s i m p l e s o n d e s e e m p r e g a o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o

g e n e r a l i z a d o , u s a r e m o s a m u l t i p l i c a c ~a o d e n u m e r o s n a t u r a i s , q u e s e r a d e n i d a n a s e c ~a o 9 .

T r a t a - s e d e p r o v a r q u e 2 n + 1


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3 4

D e m o n s t r a o : C o m e f e i t o , v a l e 5

2


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3 5

a a r m a c ~a o d e q u e 1 2 X . A s s i m , a o u t i l i z a r o s e g u n d o p r i n c p i o d a i n d u c ~a o , n ~ a o e p r e c i s o

e s t i p u l a r q u e X c o n t e m o n u m e r o 1 .

T o d a p r o p r i e d a d e P q u e s e r e r a a n u m e r o s n a t u r a i s d e n e u m s u b c o n j u n

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