数学的帰納法の使い方|倍数の証明、一般項の予想、場合の数まで
に から順に入れると と並び、どれも で割り切れます。ただし、いくつ調べても確認であって証明にはならない。
から へ進んでも性質が保たれる、と示すのが数学的帰納法の役目です。使い道は和の公式にかぎらず、倍数、漸化式で定まる数列、数え上げにも広がる。
型 1:倍数であることの証明
がいつでも の倍数になることを示します。
のとき で、 は の倍数。
で が の倍数だと仮定し、 を計算する。
仮定した がそのまま第 1 項に現れました。第 2 項の は連続する 2 整数の積なので偶数で、 をかけると の倍数になる。

の倍数どうしの和なので、 でも成り立ちます。仮定したかたまりと、それ以外に分ける。倍数の証明はこの一手で片づくことがほとんどです。
例:6 の n 乗引く 1
が の倍数であることを確かめます。
のとき 。
で が の倍数と仮定する。 を作り出すために、 をかけたぶんを定数で調整する。
第 1 項は仮定から の倍数、第 2 項は そのもの。 を の前に出し、余った定数を切り離す変形は、指数の入った倍数の問題でくり返し使えます。
型 2:一般項を予想して確かめる
漸化式で定まる数列は、いくつか計算して一般項を予想し、その予想を帰納法で確かめる、という順でも解けます。
いくつか計算してみる
一般項を予想する
帰納法で予想が正しいと確かめる
予想までは実験でよく、最後の一段が帰納法の仕事です。
例:予想を確かめる
、 の一般項を求める。
順に計算すると 、、、、。
ずつ引くと で のべき乗になるため、 と予想します。
のとき で、 と一致。
で を仮定し、漸化式に入れる。
これは を入れた形。予想が正しいと確かめられました。
例:分数の形を確かめる
、 について、 を証明します。
のとき で一致。
を仮定して計算する。
分数のまま通分して進める。 をかけてから を足すので、分子に の計算が現れる。
型 3:数え上げ
個数を数える問題にも帰納法が使える。要素が 個ある集合の部分集合が 個であることを示します。
のとき、部分集合は空集合とその集合自身の 個。 で一致します。
で 個だと仮定し、要素を 1 つ増やす。新しい要素を含まない部分集合が 個、含む部分集合も 個。

新しい要素を入れるか入れないかで 2 通りに分かれ、個数がちょうど倍になります。この分かれ方が帰納の段階そのもの。
2 つ前まで使うとき
直前の 1 つだけでは足りない場面もあります。、 で定まる数列について、 を示す場合です。
を評価するのに と の両方を使うため、仮定を 2 つ置きます。出発点も と の 2 つ。
2 つ前までさかのぼる数列では、出発点も 2 つ用意する。1 つで済ませると のところで連鎖が切れる。
が の倍数であることを帰納法で示すとき、 をどう変形しますか。
例:連続する 3 整数の積
が の倍数であることを示す。
のとき 。
を仮定し、共通部分の でくくる。
第 1 項は仮定から の倍数。第 2 項の は連続する 2 整数の積で偶数だから、 をかけて の倍数になります。
なので、型 1 の最初の例と中身は同じもの。並べ方を変えると別の問題に見えます。
| 倍数の証明 | 仮定したかたまりと、それ以外に分ける |
| 漸化式で定まる数列 | いくつか計算して予想を立て、あとから確かめる |
| 数え上げ | 1 個増やしたときの場合分けを見る |
で定まる数列の性質を帰納法で示すとき、出発点はいくつ確かめますか。
- 1 つ
- 2 つ
- 3 つ
- 確かめなくてよい
次の項を求めるのに 2 つ前までさかのぼるため、 と の両方を示します。1 つだけでは連鎖の最初がつながりません。
が 1 増えたときに何が保たれるか。倍数なら分けかた、数列なら漸化式、数え上げなら場合分けが、そのまま帰納の段階になります。














7(7k−1)=7⋅7k−7 なので、6 を足すと 7k+1−1 に戻ります。第 1 項が仮定から 6 の倍数、第 2 項が 6 そのものです。