Анализ доказательства непротиворечивости: рассмотрите предложенное доказательство того, что для любого натурального n выполняется n! > 2^n. Проверьте корректность индукционного шага и укажите, с какого n утверждение истинно
Проверка и вывод. Проверим малые nnn: 0!=1, 20=10!=1,\ 2^0=10!=1,20=1 (равно), 1!=1<2=211!=1<2=2^11!=1<2=21, 2!=2<4=222!=2<4=2^22!=2<4=22, 3!=6<8=233!=6<8=2^33!=6<8=23, 4!=24>16=244!=24>16=2^44!=24>16=24. Значит не для всех натуральных nnn верно n!>2nn!>2^nn!>2n; оно впервые истинно при n=4n=4n=4. Индукционный шаг (корректный при стартовой базе n=4n=4n=4). Пусть для некоторого n≥4n\ge4n≥4 выполнено n!>2n.
n!>2^n. n!>2n.
Тогда (n+1)!=(n+1)n!>(n+1)2n.
(n+1)!=(n+1)n!>(n+1)2^n. (n+1)!=(n+1)n!>(n+1)2n.
Поскольку при n≥4n\ge4n≥4 имеем n+1≥5>2n+1\ge5>2n+1≥5>2, то (n+1)2n>2⋅2n=2 n+1(n+1)2^n>2\cdot 2^n=2^{\,n+1}(n+1)2n>2⋅2n=2n+1. Следовательно (n+1)!>2 n+1.
(n+1)!>2^{\,n+1}. (n+1)!>2n+1.
Итак, при базовом случае 4! >244!\!>2^44!>24 и указанном индукционном шаге утверждение выполняется для всех n≥4n\ge4n≥4. Замечание: неверный (противоречивый) вариант доказательства пытается стартовать с n=1n=1n=1 — тогда база ложна, и индукция не даёт общего утверждения.
Проверим малые nnn:
0!=1, 20=10!=1,\ 2^0=10!=1, 20=1 (равно),
1!=1<2=211!=1<2=2^11!=1<2=21,
2!=2<4=222!=2<4=2^22!=2<4=22,
3!=6<8=233!=6<8=2^33!=6<8=23,
4!=24>16=244!=24>16=2^44!=24>16=24.
Значит не для всех натуральных nnn верно n!>2nn!>2^nn!>2n; оно впервые истинно при n=4n=4n=4.
Индукционный шаг (корректный при стартовой базе n=4n=4n=4). Пусть для некоторого n≥4n\ge4n≥4 выполнено
n!>2n. n!>2^n.
n!>2n. Тогда
(n+1)!=(n+1)n!>(n+1)2n. (n+1)!=(n+1)n!>(n+1)2^n.
(n+1)!=(n+1)n!>(n+1)2n. Поскольку при n≥4n\ge4n≥4 имеем n+1≥5>2n+1\ge5>2n+1≥5>2, то (n+1)2n>2⋅2n=2 n+1(n+1)2^n>2\cdot 2^n=2^{\,n+1}(n+1)2n>2⋅2n=2n+1. Следовательно
(n+1)!>2 n+1. (n+1)!>2^{\,n+1}.
(n+1)!>2n+1. Итак, при базовом случае 4! >244!\!>2^44!>24 и указанном индукционном шаге утверждение выполняется для всех n≥4n\ge4n≥4.
Замечание: неверный (противоречивый) вариант доказательства пытается стартовать с n=1n=1n=1 — тогда база ложна, и индукция не даёт общего утверждения.