Il principio di induzione

Il principio di induzione dice che:

sia A (n) un'affermazione dipendente da un numero naturale n. Supponiamo che:

1) A (0) sia vera;
2) se A (n - 1) è vera, allora anche A (n) lo è.

Allora A (n) è vera per ogni numero naturale n .

Non comprendo il meccanismo e la logica di questo asserto. Inoltre, se suppongo vera A (n - 1), che senso ha il principio, dato che devo dimostrare che A (n) è vera per ogni n naturale?

Giacomo Borzoni
5 dicembre 2003
Si immagini di dover far cadere tutti i pezzi di domino di una lista infinita disposta nel seguente modo:

Bisognerebbe buttarli giù uno per uno. Ma se i domino sono disposti nel seguente modo, distanti tra loro meno della loro altezza, se un pezzo cade verso destra fa cadere verso destra quello adiacente. Se cade il primo, fa cadere il secondo, che fa cadere il terzo, e tutti cadono.

Così succede con l'induzione. Se si deve dimostrare che una proprietà A (n) vale per tutti i numeri naturali, si cerca di dimostrare che la proprietà è — come si suol dire — induttiva, o invariante, cioè si trasporta da un numero qualunque al successivo.

Questo è il senso della dimostrazione del cosiddetto passo induttivo

A(n) → A(n + 1).

Se poi si sa che A vale per un numero, per esempio A (0), allora si può concludere, dalla base e dalla dimostrazione del passo induttivo, che A(n) vale per tutti i numeri naturali.

Nel caso dei numeri naturali la proprietà essere pari non è induttiva, altrimenti si dimostrerebbe che tutti i numeri sono pari. La proprietà che:

0 + 1 +2 + ... + n = n(n + 1) /2

è induttiva, e vale per tutti i numeri naturali.

Nel secondo esempio dei domino, la proprietà cadere verso destra è induttiva, per il motivo che la distanza è minore dell'altezza; nel primo esempio non lo è. La base non si riferisce necessariamente solo a 0. Se a cadere verso destra non è il primo domino, ma il sesto a cadere saranno tutti i domino dal sesto in poi.

Se non si butta giù nessun domino naturalmente tutti rimangono in piedi, anche se la proprietà di cadere verso destra è induttiva. Dimostrare A (n) per ogni n (per induzione) significa dunque dimostrare due (altre) cose, A (0) e A (n) → A (n + 1); chi si prende carico di assicurarci che allora vale A (n) per ogni n , è la struttura dei numeri naturali N , in cui ogni numero si ottiene dal primo iterando un numero finito di volte l'operazione successore. Per altre strutture, per esempio per i razionali, non è disponibile questa tecnica dimostrativa.

Dal punto di vista logico è da tener presente quanto segue. L'obiettivo finale è quello di dimostrare che A vale per tutti gli n. Invece il passo induttivo non si riferisce a tutti gli n ma a uno, ancorché non precisato, generico, qualunque: per esso non si dimostra A (n), ma che se valesse A (n) allora varrebbe anche A(n + 1).

Si possono dare esempi in cui il passo induttivo si dimostra, ma la proprietà non vale per nessun n, perché non si ha anche una base di partenza. Si consideri per esempio la congettura (falsa) che:

2 + 4 + ... +2n = n(n + 1) + 5

Se si indica tale formula con A (n) si può dimostrare facilmente che A (n) → A (n + 1), ma A (n) è falsa per ogni n.

Gabriele Lolli Dipartimento di Matematica, Università di Torino
Mauro Capocci

Mauro Capocci

Nato nel 1974 si è laureato in Filosofia della Scienza all'Università di Roma La Sapienza nel 1998, e ha conseguto il dottorato di ricerca in Storia della Scienza all'Università di Firenze nel 2003. Attualmente fa ricerca sulla storia e la filosofia delle scienze della vita alla Sezione e al Museo di Storia della Medicina dell'Università di Roma La Sapienza. È redattore di diverse opere dell'Istituto dell'Enciclopedia Italiana Treccani, e collabora con diverse riviste di divulgazione scientifica ("Galileo", "Sapere", "Le Scienze") e con il gruppo Laser (Laboratorio Autonomo di Scienza Epistemologia e Ricerca), collettivo composto da ricercatori scientifici migrati nei cinque continenti, nato all’inizio degli anni Novanta dalle lotte studentesche dell’Università La Sapienza di Roma.


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