请求验证用最小反例法证明斐波那契数奇偶性命题的正确性
这是《Book of Proof》第197页的一道练习题。我在第二步尝试用最小反例法来证明,但这是我第一次用这个方法证明命题,不确定我的证明是否正确。
首先我要证明的命题是:若$3\mid n$,则第$n$个斐波那契数$F_n$是偶数。
我的证明步骤如下:
先验证几个基础情况:
- $3\mid 3$,对应的$F_3=2$,是偶数;
- $3\mid 6$,对应的$F_6=8$,是偶数;
- $3\mid 9$,对应的$F_9=34$,是偶数
尝试用最小反例法继续证明:
我假设对于某个正整数$k\in\mathbb{N}$,当$n=3k$时,$F_{3k}=2a$($a$是整数,也就是偶数)……(这里我的思路还没写完,想请教这样的开头是否正确,以及后续该怎么完善?)
验证与完善建议
你的思路方向完全正确,最小反例法的核心就是先假设存在最小的反例,再通过推导得出矛盾,从而证明命题成立。我们可以把这个证明补全得更严谨:
假设存在最小的正整数$k$,使得$F_{3k}$是奇数(也就是命题不成立的最小$n=3k$)。那么对于所有小于$k$的正整数$m$,当$n=3m$时,$F_{3m}$都是偶数(因为$k$是最小反例,比它小的情况都满足命题)。
接下来利用斐波那契数列的递推公式$F_n=F_{n-1}+F_{n-2}$,把$F_{3k}$展开:
$F_{3k}=F_{3k-1}+F_{3k-2}$
进一步把下标拆成$3(k-1)+2$和$3(k-1)+1$,再用递推公式展开$F_{3(k-1)+2}$:
$F_{3(k-1)+2}=F_{3(k-1)+1}+F_{3(k-1)}$
代入回$F_{3k}$的表达式:
$F_{3k}=(F_{3(k-1)+1}+F_{3(k-1)})+F_{3(k-1)+1}=2F_{3(k-1)+1}+F_{3(k-1)}$
现在看这个式子:$2F_{3(k-1)+1}$是2乘以整数,显然是偶数;而根据最小反例的假设,$F_{3(k-1)}$是偶数(因为$k-1<k$,属于已经满足命题的情况)。偶数加偶数结果还是偶数,这就和我们假设的$F_{3k}$是奇数矛盾了。
这说明我们最初“存在最小反例”的假设是错误的,因此不存在这样的反例,命题对所有满足$3\mid n$的正整数$n$都成立。
总的来说,你的开头是正确的,只要按照这个逻辑补全推导过程,整个证明就是严谨有效的啦!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Gwen

