Skript ist für den Vorbereitungskurs

28 Vorkurs MathematikBeweis: Wählen wir hier x = 6, so ist x gerade. Also gibt es ein x in {1,3,6,7}, dasgerade ist.• Behauptung: Für n ∈ N ist n 2 − n + 41 im Allgemeinen keine Primzahl.Erklärung: Beginnt man hier, sich Beispiele zu überlegen, besteht die Gefahr zu glauben,dass der Term bei Einsetzen von natürlichen Zahlen nur Primzahlen liefert. Dieskommt davon, dass für 1 ≤ n ≤ 40 tatsächlich nur Primzahlen herauskommen.Beweis: Wählen wir n = 41, so ergibt sich die Zahl n 2 − n + 41 = 41 2 − 41 + 41 = 41 2 ,welche offensichtlich keine Primzahl ist, da sie Quadratzahl ist.5.5.2 Verneinung von QuantorenWollen wir zeigen, dass eine Eigenschaft nicht für alle x ∈ M gilt, so ist ein x ∈ M ausreichend,das diese Eigenschaft nicht mehr erfüllt. Damit gilt:¬(∀x ∈ M : A(x)) ist logisch äquivalent zu ∃x ∈ M : ¬A(x)Ebenso muss eine Eigenschaft für alle Elemente nicht erfüllt sein, damit wir sagen können,dass kein Element existiert, das diese Eigenschaft besitzt. Damit gilt:¬(∃x ∈ M : A(x)) ist logisch äquivalent zu ∀x ∈ M : ¬A(x)Beispiel: Betrachten wir die oben gemachte Aussage ∀x ∈ R \ {0} : ∃y ∈ R : xy = 1 diesmalfür Z, also ∀x ∈ Z \ {0} : ∃y ∈ Z : xy = 1, so gilt diese nicht mehr:¬(∀x ∈ Z \ {0} : ∃y ∈ Z : xy = 1) ⇐⇒ ∃x ∈ Z \ {0} : ¬(∃y ∈ Z : xy = 1)⇐⇒ ∃x ∈ Z \ {0} : ∀y ∈ Z : ¬(xy = 1)⇐⇒ ∃x ∈ Z \ {0} : ∀y ∈ Z : xy ≠ 1Wählen wir zum Beispiel x = 2, so ist für alle ganzen Zahlen y schon xy ≠ 1, da x · 2 geradeund 1 ungerade ist.5.6 Zyklisches BeweisverfahrenWollen wir beweisen, dass mehrere Aussagen äquivalent sind, so können wir dies mithilfemehrerer Folgerungen zeigen. Angenommen wir wollen die Äquivalenz der Aussagen A,B,C,Dzeigen. Ohne den Zirkelschluss müssten wir zeigen:(A ⇐⇒ B) ∧ (A ⇐⇒ C) ∧ (A ⇐⇒ D) ∧ (B ⇐⇒ C) ∧ (B ⇐⇒ D) ∧ (C ⇐⇒ D)Wir müssen dabei daran denken, dass ⇐⇒ meist in zwei Richtungen gezeigt wird. Es sindhier also zwölf Richtungen zu zeigen.Mit den Zirkelschluss müssen wir nur noch folgende vier Aussagen zeigen:(A ⇒ B) ∧ (B ⇒ C) ∧ (C ⇒ D) ∧ (D ⇒ A)Dies reicht aus, da wir so implizit schon alle zwölf Richtungen gezeigt haben. Zum Beispielfolgt die Aussage C ⇒ B durch C ⇒ D ⇒ A ⇒ B.5.7 Indirekte BeweiseAllgemein sind wir daran interessiert, die Aussage A ⇒ B zu zeigen. Dabei spielt A die Rolle derVoraussetzung und B die daraus ableitbare Aussage. Manchmal können wir die Aussage A ⇒ Bnicht direkt zeigen oder der direkte Weg ist komplizierter als eine dazu logisch äquivalenteAussage zu zeigen. Dann können wir eine der folgenden Beweisverfahren verwenden: