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Aufgabe: vollständige Induktion mit Summe und Binomialkoeffizienten

Zeigen Sie für alle \( n \in \mathbb{N} \), dass \( \sum \limits_{j=0}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right)=0 \).

Problem/Ansatz:

Problem: Induktionsanfang

Ich habe mit n=1 angefangen, also

1j=0 =(-1)0*(1 über 0) = 1*1=1 ≠0

Warum geht das nicht?


2.Frage: Wie würde ich jetzt weiterzählen. Bleibt das j immer j=0 und nur das n läuft weiter?

Selbstkorrektur zu 1.:

Ich habe die Summen falsch ausgewertet und es falsch eingesetzt.

\( \sum \limits_{j=0}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{c}n \\ j\end{array}\right)=0 \)

n=1

(-1)0(1 über 0)+(-1)1(1 über 1) =0


jetzt sollte es passen

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Beachte die Schreibweise von Binomialkoeffizient. Du hattest in der Überschrift ein n zu viel.

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2.Frage: Wie würde ich jetzt weiterzählen. Bleibt das j immer j=0 und nur das n läuft weiter?

Du nimmst an, dass die Formel für ein n gilt und leitest daraus die

Gültigkeit für n+1 her: Sei n∈ℕ mit

\( \sum \limits_{j=0}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right)=0 \).

==>   \( \sum \limits_{j=0}^{n+1}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n+1 \\ j\end{array}\right) \)

ersten und letzten Summanden extra schreiben

\(= 1+  \sum \limits_{j=1}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n+1 \\ j\end{array}\right) +(-1)^{n+1} \)

Jetzt die Formel für Binomialkoeffizienten nutzen

\(= 1+  \sum \limits_{j=1}^{n}(-1)^{j}( \left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right) +\left(\begin{array}{l}n \\ j-1\end{array}\right)  ) +(-1)^{n+1} \)

2 Summen draus machen

\(= 1+  \sum \limits_{j=1}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right)  +  \sum \limits_{j=1}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n \\ j-1\end{array}\right)  +(-1)^{n+1} \)

Jetzt die erste 1 mit in die erste Summe packen und in der 2. den Index verschieben gibt

\(=   \sum \limits_{j=0}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right)  +  \sum \limits_{j=0}^{n-1}(-1)^{j+1}\left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right)  +(-1)^{n+1} \)

Die erste Summe entspricht der Induktionsannahme ist also 0

und bei der 2. den letzten Summanden reinpacken gibt

\(= 0 +  \sum \limits_{j=0}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{l}n \\ j\end{array}\right) \)

Jetzt ist die letzte Summe auch wie der Induktionsanfang, also auch 0.   q.e.d.

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Selbstkorrektur:

Ich habe die Summen falsch ausgewertet und es falsch eingesetzt.

\( \sum \limits_{j=0}^{n}(-1)^{j}\left(\begin{array}{c}n \\ j\end{array}\right)=0 \)

n=1

(-1)0(1 über 0)+(-1)1(1 über 1) =0


jetzt sollte es passen

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Muss es Induktion sein? Kennt ihr den
binomischen Satz?

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