Zusammenfassung
Das Schubfachprinzip besagt in seiner einfachsten Form: ‘Verteilt man mehr als n Dinge auf n Schubfächer, so werden in einem Schubfach mindestens zwei Dinge liegen’. Diese scheinbare Trivialität ist erstaunlich mächtig, wenn man die Kontexte zu erkennen vermag, in denen sie anwendbar ist und dann weiß, wie und wonach man suchen soll. Das illustrieren wir anhand einiger Beispiele, ehe wir zu weiteren Varianten des Schubfachprinzips übergehen: Der allgemeinen Form (‘Verteilt man kn+1 Dinge auf n Schubfächer, so werden in einem Schubfach mindestens (k+1) Dinge liegen’), der unendlichen Form (‘Verteilt man unendlich viele Dinge auf endlich viele Schubfächer, so werden in einem Schubfach unendlich viele Dinge liegen’ sowie ‘Verteilt man überabzählbar viele Dinge auf abzählbar viele Schubfächer, so werden in einem Schubfach überabzählbar viele Dinge liegen’) und der allgemeinsten Form (‘In einer Menge reeller Zahlen befindet sich mindestens eine, die höchstens so groß ist wie der Mittelwert der Elemente und eine, die mindestens so groß ist.’), jeweils zusammen mit einigen einfachen Anwendungsbeispielen. Schließlich betrachten wir Beispiele für iterierte Schubfachschlüsse und zeigen, wie man sie durch das Königsche Lemma darstellen kann. Eine umfangreiche Sammlung an Übungsaufgaben gibt Gelegenheit, all diese Prinzipien einzuüben.
Notes
- 1.
Wir kommen auf diese wichtige Lösungsstrategie im Kap. 7 über Beobachtung und Mustererkennung zurück.
- 2.
Dieses Beispiel verdanke ich dem MathStackExchange-Benutzer „N.S.“, siehe http://math.stackexchange.com/questions/1007256/examples-where-it-is-easier-to-prove-more-than-less.
- 3.
Wie weit man so einen Versuch treiben sollte, ist eine Frage, die wir nicht beantworten können. Wenn es gute Regeln dafür gibt, sind sie uns nicht bekannt – wir können den/die LeserIn nur darauf verweisen, durch fortgesetzte Erfahrung mit solchen Situationen einen Instinkt dafür zu entwickeln.
- 4.
Vgl. auch L, Bsp. 2.4.3, wo die Behauptung \(F_{n+1}^{2}+F_{n}^{2}=F_{2n+1}\) für alle \(n\in\mathbb{N}\) als Beispiel für die Ermöglichung eines Induktionsbeweises durch Ergänzung der Behauptung angeführt ist. Wer mag, versuche sich daran!
- 5.
Beides zusammen lässt sich noch in die knappere Form \(F_{k-1}F_{k+1}=F_{k}^{2}+(-1)^{k+1}\) bringen.
- 6.
Hier gegeben durch \(F_{0}=1\), \(F_{1}=2\), \(F_{n+2}=F_{n}+F_{n+1}\).
- 7.
Für die Begriffe „Graph“, „Kreis“ etc. siehe das Kap. 9 über Graphentheorie.
- 8.
Wir nehmen an, dass alle Autos den gleichen Benzinverbrauch haben.
- 9.
Tipp 1: Suche eine geeignete Verstärkung.
- 10.
Tipp 2: Suche ein c > 0, für das sich \(\prod_{i=1}^{n}\frac{2i-1}{2i}\leq\frac{1}{\sqrt{3n+c}}\) induktiv zeigen lässt. Was ist das kleinste solche c?
Literatur
Aigner, M., Ziegler, G.: Das BUCH der Beweise. Springer, Berlin Heidelberg (2002)
Chakraborty, S.: Mathematical Induction. https://cseweb.ucsd.edu/classes/sp14/cse20-a/InductionNotes.pdf (2014). Zugegriffen: 04.04.2017
Engel, A.: Problem Solving Strategies. Springer, New York (1998)
Grinberg, N.: Lösungsstrategien. Mathematik für Nachdenker. Verlag Harri Deutsch Frankfurt (2011)
Larson, L.: Problem-Solving Through Problems. Springer, New York (1983)
Scheid, H., Frommer, A.: Zahlentheorie. Springer, Berlin Heidelberg (2006)
Zeitz, P.: The Art and Craft of Problem Solving. Wiley, New York (2006)
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Carl, M. (2017). Das Induktionsprinzip. In: Wie kommt man darauf?. Springer Spektrum, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-18250-2_4
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