1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

Samankaltaiset tiedostot
Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

(a) Kyllä. Jokainen lähtöjoukon alkio kuvautuu täsmälleen yhteen maalijoukon alkioon.

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

= 3 = 1. Induktioaskel. Induktio-oletus: Tehtävän summakaava pätee jollakin luonnollisella luvulla n 1. Induktioväite: n+1

Induktiota käyttäen voidaan todistaa luonnollisia lukuja koskevia väitteitä, jotka ovat muotoa. väite P(n) on totta kaikille n = 0,1,2,...

4 Matemaattinen induktio

HY / Avoin yliopisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 2015 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotuksia

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

(2n 1) = n 2

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 1 / vko 8

Tenttiin valmentavia harjoituksia

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

Johdatus yliopistomatematiikkaan. JYM, Syksy /197

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Matematiikan tukikurssi

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 2

Johdatus yliopistomatematiikkaan. JYM, Syksy2015 1/195

b) Määritä myös seuraavat joukot ja anna kussakin tapauksessa lyhyt sanallinen perustelu.

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotukset

Ratkaisu: a) Kahden joukon yhdisteseen poimitaan kaikki alkiot jotka ovat jommassakummassa joukossa (eikä mitään muuta).

Approbatur 3, demo 1, ratkaisut A sanoo: Vähintään yksi meistä on retku. Tehtävänä on päätellä, mitä tyyppiä A ja B ovat.

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

2.1. Tehtävänä on osoittaa induktiolla, että kaikille n N pätee n = 1 n(n + 1). (1)

a k+1 = 2a k + 1 = 2(2 k 1) + 1 = 2 k+1 1. xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx

Ratkaisu: Käytetään induktiota propositiolauseen A rakenteen suhteen. Alkuaskel. A = p i jollain i N. Koska v(p i ) = 1 kaikilla i N, saadaan

Kaikki kurssin laskuharjoitukset pidetään Exactumin salissa C123. Malliratkaisut tulevat nettiin kurssisivulle.

Ensimmäinen induktioperiaate

Ensimmäinen induktioperiaate

Johdatus matemaattiseen päättelyyn (5 op)

Jokaisen parittoman kokonaisluvun toinen potenssi on pariton.

Vieruskaverisi on tämän päivän luennolla työtoverisi. Jos sinulla ei ole vieruskaveria, siirry jonkun viereen. Esittäytykää toisillenne.

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

Induktio, jonot ja summat

Perustehtävät. Kompleksitehtävät, 10/9/2005, sivu 1 / 10. Tehtävä 1. Sievennä 1.

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

Matematiikan tukikurssi

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotukset

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

Johdatus matematiikkaan

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

Derivaatat lasketaan komponenteittain, esimerkiksi E 1 E 2

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Matematiikan tukikurssi

Sarja. Lukujonosta (a k ) k N voi muodostaa sen osasummien jonon (s n ): s 1 = a 1, s 2 = a 1 + a 2, s 3 = a 1 + a 2 + a 3,...,

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

Yhtäpitävyys. Aikaisemmin osoitettiin, että n on parillinen (oletus) n 2 on parillinen (väite).

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Tehtävä 1. Päättele resoluutiolla seuraavista klausuulijoukoista. a. 1 {p 3 } oletus. 4 {p 1, p 2, p 3 } oletus. 5 { p 1 } (1, 2) 7 (4, 6)

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 11 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

4 LUKUJONOT JA SUMMAT

Johdatus matematiikkaan

-Matematiikka on aksiomaattinen järjestelmä. -uusi tieto voidaan perustella edellisten tietojen avulla, tätä kutsutaan todistamiseksi

Tämän luvun tarkoituksena on antaa perustaidot kompleksiluvuilla laskemiseen sekä niiden geometriseen tulkintaan. { (a, b) a, b œ R }

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

Olkoon seuraavaksi G 2 sellainen tasan n solmua sisältävä suunnattu verkko,

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

Matemaattisen analyysin tukikurssi

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Todistamisessa on tärkeää erottaa tapaukset, kun sääntö pätee joillakin tai kun sääntö pätee kaikilla. Esim. On olemassa reaaliluku x, jolle x = 5.

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuhahmotelmia viikko 1. ( ) Jeremias Berg

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Matematiikan tukikurssi

Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 1/137

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 3, MALLIRATKAISUT

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Valitsemalla sopivat alkiot joudutaan tämän määritelmän kanssa vaikeuksiin, jotka voidaan välttää rakentamalla joukko oppi aksiomaattisesti.

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

Johdatus matematiikkaan

Johdatus diskreettiin matematiikkaan (syksy 2009) Harjoitus 3, ratkaisuja Janne Korhonen

1 Aritmeettiset ja geometriset jonot

(iv) Ratkaisu 1. Sovelletaan Eukleideen algoritmia osoittajaan ja nimittäjään. (i) 7 = , 7 6 = = =

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) OT

Tehtävä 1. Oletetaan että uv on neliö ja (u, v) = 1. Osoita, että kumpikin luvuista u ja v on. p 2j i. p j i

Insinöörimatematiikka A

HY / Avoin yliopisto Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II, kesä 2015 Harjoitus 1 Ratkaisut palautettava viimeistään maanantaina klo

Matematiikan peruskurssi 2

Matemaattisen analyysin tukikurssi. 1. Kurssikerta ( )

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

isomeerejä yhteensä yhdeksän kappaletta.

Joukot. Georg Cantor ( )

TOD.NÄK JA TILASTOT, MAA10 Kombinaatio, k-kombinaatio

Vastaoletuksen muodostaminen

811120P Diskreetit rakenteet

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

z 1+i (a) f (z) = 3z 4 5z 3 + 2z (b) f (z) = z 4z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

Transkriptio:

HY / Avoin yliopisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 2015 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan muun muassa kahden joukon osoittamista samaksi sekä joukon osoittamista toisen joukon osajoukoksi. Luentojen kalvoista 42 46 ja 51 voi olla apua. 1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B. Todistetaan joukot samoiksi näyttämällä ne toistensa osajoukoiksi. (a) Oletetaan, että x (A B). Nyt x X ja x A B. Koska x / A B, ei voi päteä yhtäaikaa x A ja x B. Toisin sanottuna täytyy olla x / A tai x / B. Koska kuitenkin x X, tästä seuraa, että x A tai x B eli x A B. Siis (A B) A B. (b) Oletetaan, että x A B. Nyt x A tai x B. Tarkastellaan nämä kaksi tapausta erikseen: Oletetaan, että x A. Tällöin x X ja x A. Koska x A, niin x A B. Koska kuitenkin x X, tästä seuraa, että x (A B). Oletetaan, että x B. Päätellään täysin samoin kuin ensimmäisessä tapauksessa. Nyt x X ja x B. Koska x B, niin x A B. Koska kuitenkin x X, niin tästä seuraa, että x (A B). Molemmissa tapauksissa päädyttiin siihen, että x (A B). Siis A B (A B). Sisältyminen pätee molempiin suuntiin, joten (A B) = A B, mikä piti todistaa. 2. Oletetaan, että A ja B ovat joukkoja. Osoita, että jos A B = A, niin A B. Oletetaan, että A B = A ja x A. Oletuksen nojalla x A B eli erityisesti x B. Koska x oli mielivaltainen, on oltava A B. Tehtäväsarja II Seuraavissa tehtävissä tarkastellaan karteesista tuloa. 3. Määritä karteesinen tulo A B, jos (a) A = {1, 2, 3} ja B = {1, 3, 5} (b) A = {8, 3, 6} ja B = {π, e} (c) A = {9, 1, 8, 7} ja B = (d) A = Q ja B = N Karteesisen tulon määritelmän mukaan A B = { (a, b) a A ja b B }, joten (a) A B = {(1, 1), (1, 3), (1, 5), (2, 1), (2, 3), (2, 5), (3, 1), (3, 3), (3, 5)} (b) A B = {(8, π), (8, e), ( 3, π), ( 3, e), (6, π), (6, e)}.

(c) A B = { (a, b) a A ja b } =. (d) A B = { (x, n) x Q ja n N }. Tehtävissä 4 ja 5 tarkastellaan joukkoja A = { (x, y) R 2 1 x 3 ja y 0 }, B = { (x, y) R 2 x 2 } ja C = { (x, y) R 2 y 1 }. 4. Piirrä kolme koordinaatistoa ja niihin joukot A, B ja C. A B C 5. Piirrä kolme koordinaatistoa ja niihin joukot B C, A C ja C (A B). B C A \ C C \ (A B) 6. Oletetaan, että A, B, C ja D ovat joukkoja. Osoita, että (A B) (C D) = (A C) (B D). Todistus. (a) Oletetaan, että x (A B) (C D). Tällöin x = (a, c) joillakin a A B ja c C D. Tästä seuraa, että a A ja a B sekä c C ja c D. Koska a A ja c C, niin x = (a, c) A C. Toisaalta, koska a B ja c D, niin x = (a, c) B D. Siten x (A C) (B D). (b) Oletetaan, että y (A C) (B D). Tällöin y A C ja y B D. Koska y A C, niin y = (a, c), missä a A ja c C. Lisäksi y B D, joten y = (b, d), missä b B ja d D. Erityisesti (a, c) = (b, d), joten a = b ja c = d. Tästä seuraa, että a A B ja c C D, joten y = (a, b) (A B) (C D).

Tehtäväsarja III Seuraavissa tehtävissä tarkastellaan mm. potenssijoukkoa. 7. Määritä seuraavat potenssijoukot: (i) P({1, 2, 3}) (ii) P( ) (iii) P({1, {1}, }) (a) P({1, 2, 3}) = {, {1}, {2}, {3}, {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}, {1, 2, 3} }. (b) P( ) = { }. (c) P({1, {1}, }) = {, {1}, {{1}}, { }, {1, {1}}, {1, }, {{1}, }, {1, {1}, } }. 8. Olkoon A = {1, 2}, B = {1, 2, 3} ja C = {(1, 2), (2, 2), (2, 3)}. Määritä: (i) (A B) \ C (ii) P((A B) \ C) (i) (A B) \ C = { (1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 2), (2, 3) } \ { (1, 2), (2, 2), (2, 3) } = { (1, 1), (1, 3), (2, 1) } (ii) P((A B) \ C) = P({(1, 1), (1, 3), (2, 1)}) = {, {(1, 1)}, {(1, 3)}, {(2, 1)}, {(1, 1), (1, 3)}, {(1, 1), (2, 1)}, {(1, 3), (2, 1)}, {(1, 1), (1, 3), (2, 1)}} Tehtäväsarja IV Seuraavassa tehtävässä harjoitellaan P jos ja vain jos Q -muotoisen lauseen todistamista. 9. Oletetaan, että A ja B ovat joukkoja. Osoita, että A B = B jos ja vain jos A B = A. (a) Oletetaan, että A B = B. Joka tapauksessa A B A, joten riittää osoittaa, että A A B. Jos x A, niin x A B eli oletuksen nojalla x B. Näin ollen x A ja x B eli x A B. Siis A A B, mikä piti todistaa. (b) Oletetaan, että A B = A. Joka tapauksessa B A B, joten riittää näyttää, että A B B. Jos x A B, on x A tai x B. Jos x A, niin oletuksen mukaan x A B eli erityisesti x B. Kummassakin tapauksessa siis x B, joten A B B, mikä piti todistaa. 10. Oletetaan, että A ja B ovat joukkoja. Osoita, että A B jos ja vain jos A \ B =. (a) Oletetaan, että A B. Jos x A \ B, niin x A ja x / B, mikä on oletuksen vuoksi mahdotonta. Siis A \ B =. (b) Oletetaan, että A \ B = ja x A. Jos x / B, niin x A \ B, mikä on oletuksen nojalla mahdotonta. Siis x B, eli A B.

Tehtäväsarja V Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan epäsuoraa päättelyä. Luentokalvoista 75 80 voi olla apua. 11. Osoita epäsuoraa päättelyä käyttäen, että jos A B ja A C, niin B C. Oletetaan, että A B ja A C. Tällöin on olemassa jokin x A, jolle x / C. Oletuksen mukaan kuitenkin x B. Jos olisi B C, pätisi nyt x C, mikä on ristiriita. Siis B C. 12. Osoita, että jos C ja A C B, niin C A \ B. Käytä epäsuoraa päättelyä. Oletetaan, että C ja A C B. Koska c, voidaan valita jokin c C. Jos olisi C A \ B, pätisi c A \ B, eli c A ja c / B. Nyt olisi voimassa c A C eli oletuksen nojalla c B, mikä on ristiriita. Siis C A \ B. Tehtäväsarja VI Seuraavissa tehtävissä tutustutaan kuvauksen käsitteeseen. 13. Olkoon A = {1, 2, 3}, B = {4}, C = {1} ja D = {2, 3, 4}. (a) Määritellään f : C D asettamalla 1 2, 1 3 ja 1 4. Onko f kuvaus? (b) Määritellään g : A D asettamalla 1 3, 2 1 ja 3 4. Onko g kuvaus? (c) Määritellään h: A B asettamalla 1 4, 2 4 ja 3 4. Onko h kuvaus? (a) Sääntö f ei ole kuvaus, sillä alkioon 1 C liitetään kolme eri alkiota joukosta D. (b) Sääntö g ei ole kuvaus, sillä alkioon 2 A liitetään alkio 1, joka ei kuulu joukkoon D. (c) Sääntö h on kuvaus, sillä se liittää jokaiseen joukon A alkioon täsmälleen yhden joukon B alkion. 14. Havainnollista tehtävän 13 sääntöjä f, g ja h (a) samanlaisilla kaavakuvilla kuin tehtävässä 15. (b) koordinaatistossa. (a) Säännöt kaavakuvien avulla esitettynä:

(b) Säännöt f, g ja h koordinaatistossa: 15. Ovatko alla kuvatut säännöt f ja g kuvauksia A B? Entä onko h kuvaus C B? A B A B C B n p q s f u v n p q s g u v k l m h u v Sääntö f ei ole kuvaus A B, sillä alkioon s A ei liitetä yhtään joukon B alkiota. Sääntö g on kuvaus A B, sillä jokaiseen joukon A alkioon liitetään yksikäsitteinen joukon B alkio. Sääntö h ei ole kuvaus C D, sillä alkioon k C liitetään kaksi eri joukon B alkiota. Kompleksiluvut 16. (a) Tarkastellaan alla näkyvää päättelyä. Onko se oikein? Mitä sen perusteella voidaan sanoa yhtälön 3x 1 = 2x ratkaisuista? 3x 1 = 2x (3x 1) 2 = (2x) 2 9x 2 6x 1 = 4x 2 5x 2 6x 1 = 0 x = 1 tai x = 1 5.

(b) Tarkastellaan alla näkyvää päättelyä. Onko se oikein? Mitä sen perusteella voidaan sanoa yhtälön 3x 1 = 2x ratkaisuista? x = 1 tai x = 1 5 5x2 6x 1 = 0 9x 2 6x 1 = 4x 2 (3x 1) 2 = (2x) 2 3x 1 = 2x. (a) Päättely on pätevä. Sen perusteella yhtälön ratkaisut jos olemassa ovat joukossa { 1, 1/5}. (b) Päättely on virheellinen: viimeinen implikaatio ei pidä paikkaansa. Päättelyn perusteella ei voi sanoa mitään yhtälön ratkaisuista. 17. Ratkaise edellisessä tehtävässä tarkasteltu yhtälö 3x1 = 2x reaalilukujen joukossa. Kuinka monta ratkaisua sillä on? Ensimmäisen päättelyn nojalla ainoat mahdolliset ratkaisut ovat 1 ja 1/5. Kummatkin luvut ovat negatiivisia, joten ne eivät voi toteuttaa yhtälöä. Siis yhtälöllä ei ole ratkaisua. 18. Ratkaise kompleksilukujen joukossa yhtälö (a) (2 i)z = (1 i) iz (b) (2 3i)z 1 i = z. (a) Edetään tuttuun tyyliin: (2 i)z = (1 i) iz 2(1 i)z = 1 i z = 1 i 2(1 i) Kun lavennetaan termillä 1 i, saadaan z = 2i 2 2 = i 2 (b) Yhtälö (2 3i)z 1 i = z voidaan kirjoittaa muotoon (1 3i)z 1 i = 0. Tästä voidaan ratkaista z: z = 1 i 1 3i = (1 i)(1 3i) 1 9 = 4 2i 10 = 2 5 1 5 i 19. (a) Ratkaise kompleksinen yhtälö z z 2 = Re z 3Im z 2i. (b) Oletetaan, että z, C ja 0. Osoita luentojen lauseiden 7 ja 8 avulla, että z = z

(a) Olkoon z = a bi, missä a, b R. Nyt z = a 2 b 2 ja yhtälö saa muodon a bi a 2 b 2 = a 3b 2i Tästä saadaan a 2 b 2 = 3b b = 2 (b) eli a = ± 2 ja b = 2. z z = 1 = z 1 = z 1 = z 20. Oletetaan, että z C. Osoita induktiolla, että z n = z n kaikilla luonnollisilla luvuilla n 1. Vihje: lause 7. Jos n = 1, väite saa muodon z = z, joka epäilemättä pätee. Oletetaan sitten, että väite on tosi arvolla n = k. Nyt z k1 zk = z = z k z = z k z = z k1 eli väite seuraa arvolle n = k 1. Induktioperiaatteen nojalla väite pätee kaikilla n N. 21. Olkoon z = 2 5i ja = 3 4i. Laske seuraavien kompleksilukujen itseisarvo hyödyntäen lauseita 7 ja 8 sekä edellisiä tehtäviä: (i) z (ii) z (iii) z 10 (iv) 2z 10 4 Huomataan, että z = 29 ja = 5. (a) z = 5 29 (b) z/ = 29/5 (c) z 10 = 29 10 = 29 5 (d) 2z 10 / 4 = 2 29 5 /5 4 Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 22. Onko lukujono geometrinen, jos se alkaa seuraavasti: (a) 1/3, 2/5, 3/7, 4/9,... (b) 4, 8/3, 16/9, 32/27,... Myönteisessä tapauksessa laske jonon kahdenkymmenen ensimmäisen jäsenen summa. (a) Merkitään jonon jäseniä lyhyesti a 0, a 1, a 2,... Lasketaan perättäisten jäsenten suhteet: a 1 = 2 a 0 5 : 1 3 = 6 5 ja a 2 = 3 a 1 7 : 2 5 = 15 14 Koska perättäisten lukujen suhde ei ole vakio, niin kyseinen jono ei ole geometrinen.

(b) Merkitään jonon jäseniä lyhyesti a 0, a 1, a 2,... Lasketaan perättäisten jäsenten suhteet: a 1 = 8 a 0 3 : 4 = 2 3 a 2 = 16 a 1 9 : 8 3 = 2 3 a 3 = 32 a 2 27 : 16 9 = 2 3 Koska perättäisten jäsenten suhde on vakio, niin kyseinen jono on geometrinen ja sen suhdeluku on q = 2/3. Kahdenkymmenen ensimmäisen jäsenen summa saadaan seuraavan tehtävän kaavaa hyödyntäen: 20 1 k=0 4 ( 2 3 )k = 4 1 (2/3)20 1 2/3 12. 23. Oletetaan, että a, q R ja q 1. Oletetaan, että n N {0}. Osoita induktiolla, että geometrisen sarjan n:s osasumma eli n ensimmäisen termin summa on n 1 k=0 aq k = a 1 qn 1 q. Alkuaskel: Yhtälö pätee, kun n = 1, sillä yhtälön vasemmalle puolelle saadaan ja oikealle puolelle 1 1 i=0 aq i = aq 0 = a a 1 q1 1 q = a. Induktioaskel: Tehdään induktio-oletus eli oletetaan, että k N ja k 1 i=0 aq i = a 1 qk 1 q. Näytetään sitten, että tällöin väite pätee myös luvulla k 1 eli k i=0 aq i = a 1 qk1 1 q. Lähdetään liikkeelle halutun yhtälön vasemmasta puolesta. k k 1 aq i = aq i aq k (IO) = a 1 ( ) qk 1 q k i=0 i=0 1 q aqk = a 1 q qk ( ) 1 q k = a 1 q qk (1 q) = a 1 qk q k q k1 1 q 1 q = a 1 qk1 1 q. Saatiin halutun yhtälön oikea puoli. Kohdassa (IO) käytettiin induktio-oletusta. Johtopäätös: Alku- ja induktioaskeleesta seuraa induktioperiaatteen nojalla, että yhtälö pätee kaikille n N \ {0}.

24. Oletetaan, että Annan kuukausipalkka on 3000 euroa vuonna 2015. Joka vuosi hän saa palkankorotuksen, jonka suuruus on 150 euroa sekä lisäksi 5 % edellisen vuoden kuukausipalkasta. (a) Olkoon p 0 = 3000 vuoden 2015 kuukausipalkka euroina. Muodosta rekursioyhtälö, joka kertoo, miten seuraavan vuoden kuukausipalkka p n1 riippuu edellisen vuoden kuukausipalkasta p n. (b) Muodosta luvusta n riippuva lauseke, jolla voi laskea Annan kuukausipalkan n vuoden kuluttua vuodesta 2015. Kirjoita lauseke ilman summamerkintää hyödyntäen edellisen tehtävän tulosta. (c) Mikä on Annan kuukausipalkka vuonna 2020? (a) Palkka kasvaa aina edellisestä vuodesta 1,05 kertaiseksi ja sen jälkeen siihen lisätään 150 euroa. Siis p n1 = 1, 05 p n 150. (b) Tutkitaan, miten palkka kehittyy ensimmäisinä vuosina. p 1 = 1,05p 0 150 p 2 = 1,05p 1 150 = 1,05(1,05p 0 150) 150 = 1,05 2 p 0 1,05 150 150 p 3 = 1,05p 2 150 = 1,05(1,05 2 p 0 1,05 150 150) 150 2 = 1,05 3 p 0 1,05 2 150 1,05 150 150 = 1,05 3 p 0 1,05 i 150 i=0 Huomataan, että palkka voidaan kirjoittaa ilman rekursiota: p n = 1,05 n p 0 n 1 i=0 1,05 i 150. Summamerkintä muodostaa geometrisen sarjan osasumman (eli geometrisen summan), jossa suhdelukuna on 1,05. Voidaan siis käyttää hyväksi geometristen sarjojen osasumman kaavaa. Lauseke voidaan kirjoittaa muotoon p n = 1,05 n p 0 150 1 1,05n 1 1,05 = 3000 1,05n 150 1 1,05n 1 1,05. (c) Vuonna 2020 kuukausipalkka on p 5 = 3000 1,05 5 150 1 1,055 1 1,05 4658 euroa. 25. Antilla on kukkakauppa jossa hän myy tulppaaneja. Joka aamu hän hakee tukusta 200 uutta tulppaania ja päivän aikana myynnin sekä kuihtumisen takia tulppaanien määrä pienenee 10% siitä, mitä se on aamulla ollut tukkureissun jälkeen. 1.1.2015 Antti laski tultuaan tukusta, että hänellä on 1000 tulppaania. Tarkastellaan lukujonoa (a n ), jossa a n ilmaisee tulppaanien lukumäärän tukkureissun jälkeen, missä n = 0 vastaa päivää 1.1.2015, n = 1 vastaa päivää 2.1.2015 jne.

(a) Muodosta rekursioyhtälö, joka kertoo, miten a n1 riippuu luvusta a n. Mikä on a 0? (b) Osoita induktiolla, että kaikilla n N \ {0} pätee missä b = 200 ja q = 0, 9. a n = a 0 q n n 1 bq j, (c) Montako tulppaania kaupassa oli tammikuun viimeisenä päivänä? (d) Jos tilanne jatkuu samanlaisena, kasvaako kukkien määrä Antin kaupassa rajattomasti, vai päädytäänkö lopulta tasapainotilaan, jossa tulppaanien määrä pysyy suurinpiirtein vakiona päivästä toiseen? Mikä tämä mahdollinen määrä on? (a) Ennen tukkuun menemistä tulppaaneita on 0, 9 a n ja tukun jälkeen tähän lisätään 200 tulppaania - siis tukun jälkeen määrä on a n1 = 0, 9a n 200. a 0 = 1000. (b) Alkuaskel: Osoitetaan, että väite pätee arvolla n = 1. Nyt rekursioyhtälön mukaan a 1 = 0, 9 a 0 200 = a 0 q 1 200. Siis alkuaskel pätee. Induktioaskel: Oletetaan, että väite pätee jollakin k N {0} (induktiooletus). Tällöin a k = a 0 q k k 1 bqj. Osoitetaan, että tällöin väite pätee myös luvulla k 1: a k1 = 0, 9a k 200 (IO) k 1 = 0, 9 (a 0 q k k 1 bq j )200 = 0, 9 a 0 q k 0, 9 bq j 200 = a 0 q k1 q k 1 bq j 200 = a 0 q k1 q (bq 0 bq 1... bq k 1 ) b = a 0 q k1 (bq 1 bq 2... bq k ) b = a 0 q k1 (bq 0 bq 1 bq 2... bq k ) k = a 0 q k1 bq j = a 0 q k1 (k1) 1 Johtopäätös: Alkuaskeleesta ja induktioaskeleesta seuraa I induktioperiaatteen nojalla, että a n = a 0 q n n 1 bq j kaikilla n N {0}. (c) Lasketaan b-kohdassa annetun kaavan avulla a 30. bq j 29 a 30 = 1000 0, 9 30 200 0, 9 j ( ) = 1000 0, 9 30 1 0, 929 200 1 0, 9 1910 ( ) Lause 11; tätä voidaan käyttää, sillä nyt q = 0, 9 1

(d) Tutkitaan siis tehtävän kohdan b kaavaa, kun n. Koska nyt q ] 1, 1[, niin voidaan käyttää geometrisen sarjan summakaavaa. Lisäksi tiedetään, että kun q = 0, 9 ja n, niin q n 0. Siis: a n = a 0 q n n 1 bq j 0 200 = 2000, kun n 1 0, 9 Siis tasapainotilassa tulppaanien lukumäärä on 2000. 26. (a) Selitä, mitä tarkoittaa merkintä ( ) 28 4 ja laske sen arvo laskimella tai tietokoneella (laskimessa tarvitset nappia ncr ja esimerkiksi Wolfram Alphalla voit laskea arvon syöttämällä ncr(28,4)). (b) Yhdessä lottorivissä on 7 eri numeroa väliltä 1 39. Kuinka monta eri lottoriviä on olemassa? (c) Kuinka monta lottoriviä on olemassa joka sisältää numeron 1? (d) Kuinka monta lottoriviä on olemassa joka sisältää numerot 1, 2, 3, 4 ja 5? (a) Binomikerroin ( ) n k (luetaan n yli k:n ) kertoo, kuinka monta k-alkioista osajoukkoa eli k-kombinaatioita voidaan muodostaa n alkioisesta joukosta. Laskemalla saadaan ( ) 28 4 = 20475. (b) ( ) 39 7 = 15380937 (c) ( ) 38 6 = 2760681 (d) ( ) 33 2 = 528 27. Tarkastellaan kahdeksan bitin jonoja kuten esimerkiksi 00101111. Kuinka monessa tällaisessa jonossa on (a) tasan kaksi ykköstä? (b) tasan kolme nollaa? (c) enintään kolme ykköstä? (d) vähintään neljä ykköstä? (a) ( ) 8 2 = 28 (b) ( ) 8 5 = 56 (c) 0) 1) 2) 3 (d) 4) 5) 6) 7) 8 ) = 93 ) = 163