Průvodce IB000/IB000ext Matematické základy informatiky

Lekce 4: Techniky matematických důkazů

OBSAH

Tato lekce pokračuje v základních formalismech matematických vět a důkazů a rozebírá jednotlivě obvyklé druhy či typy matematických důkazů. Rozbor je na přednášce i pak na cvičeních doprovázený mnoha vzorovými ukázkami důkazů a více příkladů je i v učebním textu. Čtěte a opakujte si tyto ukázky i po přednášce a cvičeních, s důrazem na vlastní pochopení podstaty věci a důležitosti jednotlivých kroků, neboť jen tak se dokážete dopracovat k rutinnímu zvládání alespoň těch jednoduchých důkazů (zvládnutí neznamená naučit se nazpaměť básničku!).

Významnou součástí lekce je zavedení matematické indukce (coby jednoho z typů důkazů, docela obvyklého v naší oblasti), které se budeme věnovat i v další lekci. Blíže viz slidy.

Samostatné procvičení učiva - odpovědníky

Pro látku matematických důkazů je obtížné připravovat jakékoliv smysluplné rutinní testy, natož automatizované testy. Proto si také znovu zopakujte základní příklady odpovědníku Lekce 3, kde jich bylo hodně, a také případně Lekce 2.
Zde přidáváme sadu pokročilých příkladů vztahujících se k látce důkazů, konkrétně příkladů, jejichž podstatou je otestovat schopnost samostatného matematického myšlení při hledání řešení (a k tomu schopnost důkazu správnosti nalezeného řešení pro jeho spolehlivé ověření).

Chyba: Odkazovaný objekt neexistuje nebo nemáte právo jej číst.
https://is.muni.cz/el/fi/podzim2024/IB000/um/cvicnv/Procviceni04B.qref

Opět upozorňujeme na nutnost dobrého pochopení významu implikace, neboli matematického tvrzení formulovaného stylem "jestliže platí předpoklad, pak platí závěr" (sekce 1.2). I přes všechno vysvětlování stále některým studentům marně vrtá hlavou, proč třeba následující tvrzení je matematicky pravdivé:  Je-li n přirozené a zároveň n<0, tak n=0.5. (No proč? Přece 0.5 není přirozené ani záporné...)

Druhá poznámka se týká uváděných příkladů, ve kterých je úkolem sečíst řadu čísel. V tomto odpovědníku se vyskytuje jen snadná aritmetická řada (tj. součet s prvními mocninami indexu), pro níž asi znáte návod "udělejte průměr prvního a posledního sčítance a vynásobte počtem členů". Vyzkoušejte si ale v odpovědníku i obecnější přístup odvození výsledku, ve kterém si obecné členy řady rozepíšete do elementárních sum mocnin indexu a za tyto elementární sumy dosadíte z dobře známých sumačních vzorců, obdobně jako v následující ukázce výpočtu

. Ony sumační vzorce najdete zčásti v učebním textu (i s odvozením) nebo na všelijakých web stránkách matematických pomůcek, jako třeba na odkazu dole. A poté, co v příkladech tohoto typu najdete odpověď, vždy si pro její ověření zvlášť spočítejte součty prvních pár členů a se vzorcem porovnejte pro kontrolu!

Na rozdíl od dřívějších odpovědníků již vidíte i některé velmi obtížné příklady (zde především ty s komplexními množinovými výrazy), které nemusí všichni studenti zvládat. K takovým příkladům se zájemci o vyšší známky mohou vracet opakovaně po načerpání dalších vědomostí (třeba na cvičeních), avšak ty těžké příklady určitě nebudou potřebné ke složení zkoušky v části pass/fail ani v jednom kódu předmětu.

Diskuse o látce

Opět následující starší diskusní vlákna (z dob před existencí prezenčních cvičení IB000), která by vám mohla doplňkově pomoci s pochopením výkladu.

Doplňkové a externí materiály

Jak to tak vypadá, docela mnoho studentů teď přichází na FI bez znalosti významu matematické značky "suma", která znamená součet členů podle řídícího parametru, například \sum_{i=1}^k i^2  (jinak\sum\limits_{i=1}^k i^2 ) je zkratkou pro zápis  (je to něco jako programovací smyčka s řídící proměnnou i a součtem mezivýsledků). Zkuste se dále podívat třeba sem:

Opět je přidána i starší sada papírových příkladů, jejichž vzorová řešení lze posléze najít ve výukových materiálech.

Chyba: Odkazovaný objekt neexistuje nebo nemáte právo jej číst.
https://is.muni.cz/el/fi/podzim2024/IB000/um/jine/zadani2005-1.pdf

Externí odkazy...