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Démonstration - Théorème de récurrence

Le raisonnement inductif est un classique des mathématiques. Cet article présente une démonstration du théorème de récurrence par l'absurde.

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Définition

Soit A(n)A(n) une assertion définie pour tout n∈Nn\in\mathbb N, et soit n0∈Nn_0\in\mathbb N fixé.

  • A(n0)A(n_0) est vraie ;
  • pour tout n≥n0n\geq n_0, si A(n)A(n) est vraie, alors A(n+1)A(n+1) est vraie.

Alors A(n)A(n) est vraie pour tout n≥n0n\geq n_0.

Démonstration

Une version détaillée est également disponible ici : Théorème de récurrence faible.

Posons N0={n∈N∣n≥n0}\mathbb N_0=\{n\in\mathbb N\mid n\geq n_0\} et

P={n∈N0∣A(n) est vraie}.P=\{n\in\mathbb N_0\mid A(n)\text{ est vraie}\}.

Montrons par l’absurde que P=N0P=\mathbb N_0. Supposons que son complémentaire N0∖P\mathbb N_0\setminus P ne soit pas vide. Comme toute partie non vide de N\mathbb N possède un plus petit élément, notons pp son minimum.

L’initialisation donne n0∈Pn_0\in P, donc p≥n0+1p\geq n_0+1 et p−1∈N0p-1\in\mathbb N_0. Par minimalité de pp, on a p−1∈Pp-1\in P, donc A(p−1)A(p-1) est vraie.

L’hypothèse d’induction implique alors que A(p)A(p) est vraie, donc p∈Pp\in P. Cela contredit p∈N0∖Pp\in\mathbb N_0\setminus P.

Le complémentaire est donc vide : P=N0P=\mathbb N_0. Ainsi, A(n)A(n) est vraie pour tout n≥n0n\geq n_0.