מתמטריק – אלדד

📋 סיכום ונוסחאותאינדוקציה מתמטית – סכומים, מכפלות, התחלקות וסדרות

5 יחידות · שאלון 571 · כל הנוסחאות של הקורס במקום אחד · אפשר להדפיס לפני מבחן

1. הוכחה באינדוקציה – ארבעת השלבים

הרעיון: כמו שורה של אבני דומינו. אם האבן הראשונה נופלת, וכל אבן שנופלת מפילה את האבן שאחריה – כל האבנים נופלות.

📐 אינדוקציה מתמטית
1. בסיס: בודקים שהטענה נכונה בעבור n = 1
2. הנחה: מניחים שהטענה נכונה בעבור n = k, כאשר k טבעי כלשהו
3. צעד: מוכיחים בעזרת ההנחה שהיא נכונה בעבור n = k + 1
4. מסקנה: לפי עקרון האינדוקציה הטענה נכונה לכל n טבעי
n = 1n = kn = k + 1…
האבן הראשונה = הבסיס (סגול); כל אבן מפילה את הבאה = הצעד (כחול)
🔹 בבגרות כותבים את כל ארבעת השלבים. בלי בסיס או בלי צעד – זו לא הוכחה.
🔹 בבסיס בודקים כל אגף בנפרד ומראים ששני האגפים שווים.

2. הוכחת נוסחת סכום

  1. מה צריך להוכיח: כותבים את הטענה בעבור n = k + 1 – גם את האיבר האחרון וגם את אגף ימין.
  2. האיבר האחרון: מציבים k + 1 במקום n באיבר הכללי. למשל (2n − 1) ← 2(k + 1) − 1 = 2k + 1
  3. מציבים את ההנחה במקום הסכום עד האיבר ה־k.
  4. מוציאים גורם משותף (או מכנה משותף) ומגיעים לאגף ימין.
📐 הצעד בנוסחת סכום
Sk+1 = Sk + ak+1 (הסכום עד k ועוד האיבר האחרון)
דוגמה מהקורס: 1 + 2 + … + n = n(n + 1)2
צעד: 1 + 2 + … + k + (k + 1)
= k(k + 1)2 + (k + 1) ← הנחת האינדוקציה
= (k + 1)(k2 + 1) ← גורם משותף (k + 1)
= (k + 1)(k + 2)2 ✓ זה אגף ימין בעבור n = k + 1
סכום של שברים: מצמצמים למכנה משותף, ואז מפרקים את המונה. למשל:
kk + 1 + 1(k + 1)(k + 2)
= k(k + 2) + 1(k + 1)(k + 2)
= (k + 1)2(k + 1)(k + 2)
= k + 1k + 2
🔹 לא פותחים את כל הסוגריים בהתחלה – קודם מחפשים גורם משותף שמופיע גם באגף ימין.
🔹 בסוף בודקים שקיבלנו בדיוק את אגף ימין שכתבנו ב"מה צריך להוכיח".

3. הוכחת נוסחה למכפלה

כמו בסכום, רק שהאיבר האחרון כופל ולא מתווסף:

📐 הצעד בנוסחת מכפלה
Pk+1 = Pk · ak+1 (המכפלה עד k כפול הגורם האחרון)
חזקות: 21 · 22 · … · 2n = 2n(n + 1)2
צעד: 2k(k + 1)2 · 2k + 1 = 2k(k + 1)2 + (k + 1)
k(k + 1)2 + (k + 1) = (k + 1)(k + 2)2 ✓
שברים: (1 − 12) · (1 − 13) · … · (1 − 1n + 1) = 1n + 1
צעד: 1k + 1 · (1 − 1k + 2)
= 1k + 1 · k + 1k + 2 = 1k + 2 ✓
📐 חוקי חזקות
am · an = am + n
ak + 1 = a · ak

4. התחלקות

📐 מתחלק ללא שארית
הביטוי מתחלק ב־d אם אפשר לכתוב אותו כ־d · m (m שלם)
  1. בסיס: מציבים n = 1 ומראים שהתוצאה היא כפולה של d.
  2. הנחה: הביטוי בעבור k שווה d · m.
  3. צעד: מסדרים את הביטוי בעבור k + 1 כך שיופיע בו הביטוי מההנחה, מציבים, ומוציאים d כגורם משותף.
  4. מסבירים שמה שנשאר בסוגריים שלם.
ביטוי עם חזקה של n: n2 + n מתחלק ב־2. הנחה: k2 + k = 2m
(k + 1)2 + (k + 1) = k2 + 2k + 1 + k + 1
= (k2 + k) + 2k + 2
= 2m + 2(k + 1) = 2(m + k + 1) ✓
ביטוי עם n במעריך: 7n − 1 מתחלק ב־6. מההנחה: 7k = 6m + 1
7k + 1 − 1 = 7 · 7k − 1
= 7(6m + 1) − 1 = 42m + 6
= 6(7m + 1) ✓
🔹 בביטוי עם an: מבודדים מההנחה את ak ומציבים.
🔹 עוזר לזכור: מכפלה של שני מספרים עוקבים זוגית – k(k + 1) = 2t, t שלם.

5. אינדוקציה על המספרים הזוגיים

📐 אינדוקציה על המספרים הזוגיים
1. בסיס: בדיקה בעבור n = 2
2. הנחה: נכון בעבור n = k, כאשר k זוגי
3. צעד: נוכיח בעבור n = k + 2
4. מסקנה: נכון לכל n זוגי
🔹 המספר הזוגי הבא אחרי k הוא k + 2, ולכן גם האיבר האחרון הוא האיבר של k + 2.
🔹 בסכום כמו 22 + 42 + … + n2 האיבר הבא הוא (k + 2)2.

6. סדרות: כלל נסיגה ונוסחה לפי מקום

נתון כלל נסיגה, וצריך להוכיח נוסחה ל־an לפי המקום n:

  1. בסיס: a1 הנתון שווה לנוסחה בעבור n = 1.
  2. הנחה: ak = הנוסחה בעבור k.
  3. צעד: כותבים ak+1 לפי כלל הנסיגה, מציבים את ההנחה, ומגיעים לנוסחה בעבור k + 1.
דוגמה מהקורס: a1 = 3, an+1 = an + 4. להוכיח: an = 4n − 1
בסיס: 4 · 1 − 1 = 3 ✓
ak+1 = ak + 4 = (4k − 1) + 4
= 4k + 3 = 4(k + 1) − 1 ✓
הנדסית: a1 = 2, an+1 = 3an. להוכיח: an = 2 · 3n − 1
ak+1 = 3 · 2 · 3k − 1
= 2 · 3k ✓
🔹 שתי הצגות של אותה סדרה (an = bn): מחשבים את ak+1 מהנוסחה ואת bk+1 מכלל הנסיגה עם ההנחה, ומראים ששניהם יוצאים אותו ביטוי.

7. שוויון עם פרמטר

  1. נתון שהשוויון מתקיים בעבור n מסוים (למשל n = 2): כותבים את אגף שמאל עם כל האיברים עד n זה, ומחשבים.
  2. מציבים את אותו n באגף ימין, משווים ופותרים את הפרמטר.
  3. מציבים את הפרמטר שמצאנו, ומוכיחים באינדוקציה בארבעת השלבים.
🔹 בעבור n = 2 יש באגף שמאל שני איברים: מציבים n = 1 ו־n = 2 באיבר הכללי.
🔹 אחרי שהוכחנו נוסחה – אפשר להשתמש בה לחישוב סכום: מציבים את ה־n של האיבר האחרון, ואם הסכום לא מתחיל מהאיבר הראשון – מחסירים את האיברים החסרים.

8. הוכחה תקינה או שגויה

צעד בלי בסיסהצעד לבדו אינו הוכחה. אם הבסיס לא מתקיים – הטענה לא הוכחה (ואולי אינה נכונה)
בדיקת כמה מקריםדוגמאות, גם הרבה, אינן הוכחה. צריך בסיס וצעד
דוגמה נגדיתמקרה אחד שבו הטענה לא מתקיימת מספיק כדי להראות שהיא לא נכונה
הצעד נכון לכל פרמטראת הפרמטר קובעים מהבסיס: מציבים n = 1 ופותרים

9. כלים אלגבריים שחוזרים בצעד

📐 הוצאת גורם משותף
ab + ac = a(b + c)
📐 נוסחאות הכפל המקוצר
(a + b)2 = a2 + 2ab + b2
a2 − b2 = (a − b)(a + b)
📐 חוקי חזקות
am · an = am + n
2 · 2k = 2k + 1
📐 סכום סדרה הנדסית
Sn = a1(qn − 1)q − 1 (q ≠ 1)
🔹 "הוכיחו באינדוקציה או בכל דרך אחרת" – מותר גם דרך אחרת, למשל נוסחת סכום של סדרה הנדסית.

✔️ מה שואלים בבגרות 571 (שאלה 1)

נוסחת סכוםהוכחה בארבעת השלבים; לפעמים קודם מוצאים פרמטר מ־n נתון
סכום על הזוגייםבסיס n = 2, צעד n = k + 2
מכפלההצעד: כופלים בגורם האחרון
התחלקותכותבים d · m ומוציאים d כגורם משותף
חישוב בעזרת הנוסחהמציבים בנוסחה שהוכחנו (ומחסירים איברים חסרים)
איזו טענה נכונהבודקים את הבסיס ואת הצעד, ומוכיחים את הנכונה
מתמטריק · eldadh.co.il
ערוץ היוטיוב🔔 הרשמה לערוץ
האתר שומר שבת ואינו פעיל בשבת ובחגים
מתמטריק-בגרות במתמטיקה אנו משתמשים בעוגיות כדי להבטיח את תפקוד האתר ולשפר את חוויית המשתמש. אפשר לבחור אילו סוגי עוגיות להפעיל.
בחירת עוגיות