Beispiel für Beweis durch Ringschluss

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Ich bräuchte ein schönes Beispiel für einen Beweis durch Ringschluss, in dem nur einfache Grundlagenmathematik (insbesondere keine Mengen!) benutzt werden. Der Beweis sollte von einem Erstsemester-Studenten ohne großartige Mathematik-Vorkenntnisse verstanden werden können, darf allerdings auch nicht zu trivial sein.
Hätte da evtl. jemand ne Idee für einen schönen Beweis?
 
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"Ohne mengen" kannst du quasi kein mathematisches objekt definieren. Wie willst du etwas beweisen ohne definition?

Insbesondere wirst du die einfachsten beispiele gerade in der (naiven) mengenlehre finden. Nicht umsonst fängt jede erstsemester-vorlesung in mathematik mit diesem thema an.
(Mit "einfach" meine ich nicht intellektuell anspruchsvoll, sondern mit möglichst wenigen voraussetzungen auskommend.)
 
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Aye, das ist genau mein Problem. Aber leider kann ich an der Reihenfolge nix ändern - erst kommen die Beweise durch Ringschluss, dann die Einführung von Mengen.

Aber ich könnte ja problemlos mit reellen und natürlichen Zahlen arbeiten, ohne groß darauf rumzureiten, dass das Elemente aus |N oder |R sind.
Da muss sich doch irgendwas schönes einfaches finden lassen!?

Bin bei sowas nur immer so unkreativ... :(
 
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Wähle dir eine aussage, die deinen kriterien genügt. Dann finde mindestens zwei äquivalente aussagen.
Die äquivalenz sollte sich immer durch ringschluss zeigen lassen.

Beispiel: Sei a eine reelle zahlenfolge. Dann sind äquivalent:
a) a ist konvergent,
b) a ist eine cauchy-folge,
c) a ist nach oben beschränkt und monoton wachsend,
d) a ist nach unten beschränkt und monoton fallend.

Das sollte sich mit schulwissen lösen lassen, ist aber ein vorgriff auf den stoff der analysis 1 und didaktisch eventuell nicht gewünscht.
Geeigneter wären wohl elementare aussagen der zahlentheorie. Oder man konstruiert sich ein paar aussagen, die rein logisch sind und ganz ohne mathematik auskommen. Da fällt mir ad hoc leider auch kein beispiel ein.
 
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Aye, danke, aber das ist leider auch schon zu weit vorgegriffen. Cauchy-Folgen und Konvergenz kann ich leider zu dem Zeitpunkt auch noch nicht als bekannt voraussetzen.

Geeigneter wären wohl elementare aussagen der zahlentheorie. Oder man konstruiert sich ein paar aussagen, die rein logisch sind und ganz ohne mathematik auskommen. Da fällt mir ad hoc leider auch kein beispiel ein.

Genau so etwas suche ich! (wobei es auch nicht zu weit in die Logik abdriften darf, denn die kommt auch erst später)
Aber ich habe tatsächlich genau das gleiche Problem - mir fallen tausend Beispiele mit weiterführender Mathematik ein, aber nicht ein wirklich einfaches Beispiel... :(
 
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Wie wärs denn mit was geometrischem: Gegeben ist ein Dreieck mit den Seiten a,b,c
mit den Winkeln alpha, beta, gamma. (Üblicherweise so, dass a und alpha sich gegenüber liegen, genauso wie b und beta, c und gamma.)
Dann sind äquivalent:
i) a^2 + b^2 = c^2
ii) gamma beträgt 90 grad
iii) Der Flächeninhalt beträgt 1/2 ab
 
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Wähle dir eine aussage, die deinen kriterien genügt. Dann finde mindestens zwei äquivalente aussagen.
Die äquivalenz sollte sich immer durch ringschluss zeigen lassen.

Beispiel: Sei a eine reelle zahlenfolge. Dann sind äquivalent:
a) a ist konvergent,
b) a ist eine cauchy-folge,
c) a ist nach oben beschränkt und monoton wachsend,
d) a ist nach unten beschränkt und monoton fallend.

Das sollte sich mit schulwissen lösen lassen, ist aber ein vorgriff auf den stoff der analysis 1 und didaktisch eventuell nicht gewünscht.
Geeigneter wären wohl elementare aussagen der zahlentheorie. Oder man konstruiert sich ein paar aussagen, die rein logisch sind und ganz ohne mathematik auskommen. Da fällt mir ad hoc leider auch kein beispiel ein.

Also jetzt muss ich doch nochmal... Ich weiß nicht genau, wie dein Post hier gemeint ist, aber dass deine a) bis d) nicht äquivalent sind, ist dir klar oder?
 
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Wie wärs denn mit was geometrischem: Gegeben ist ein Dreieck mit den Seiten a,b,c
mit den Winkeln alpha, beta, gamma. (Üblicherweise so, dass a und alpha sich gegenüber liegen, genauso wie b und beta, c und gamma.)
Dann sind äquivalent:
i) a^2 + b^2 = c^2
ii) gamma beträgt 90 grad
iii) Der Flächeninhalt beträgt 1/2 ab

Danke, das ist eine gute Idee!
Ich muss mal schauen, wie einfach man die Implikationen zeigen kann, ohne zu weit vom Thema und zu sehr in die Geometrie abzuschweifen, aber das klingt erstmal schonmal sehr vielversprechend. Thx!
 
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Also jetzt muss ich doch nochmal... Ich weiß nicht genau, wie dein Post hier gemeint ist, aber dass deine a) bis d) nicht äquivalent sind, ist dir klar oder?
Da sollte ganz unten eigentlich "c) in jeder umgebung liegen fast alle folgenglieder" stehen. Hab da irgendwie gefailt, nachdem ich mir erst konvergenzkriterien aufgeschrieben und dann zusammengepastet hab. :8[:
 
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Da sollte ganz unten eigentlich "c) in jeder umgebung liegen fast alle folgenglieder" stehen. Hab da irgendwie gefailt, nachdem ich mir erst konvergenzkriterien aufgeschrieben und dann zusammengepastet hab. :8[:

Das ergibt schon mehr Sinn :)
Aber d) muss auch noch ersetzt werden, denn nicht jede konvergente Folge ist monoton fallend.


Danke, das ist eine gute Idee!
Ich muss mal schauen, wie einfach man die Implikationen zeigen kann, ohne zu weit vom Thema und zu sehr in die Geometrie abzuschweifen, aber das klingt erstmal schonmal sehr vielversprechend. Thx!

So ganz einfach ist es leider nicht. Von a) nach c) oder umgekehrt ist vermutlich schwierig, ohne den Umweg über b) zu gehen (und den will man ja nicht gehen, sonst ist es ja kein Ringschluss).

Vermutlich am einfachsten ist iii) => ii) => i) => iii)
Davon ist nur die letzte Implikation schwierig.

Ok, ich hab auch die:
i) => iii) geht so:
Der Flächeninhalt ist 1/2 a * h, wobei h die Höhe zur Grundseite a ist. Zu zeigen ist h = b.
Je nach Dreieck muss man jetzt die Grundseite a etwas verlängern (nach rechts oder links) oder auch nicht, damit h auf die verlängerte Grundseite fußt.
Das Stück x sei das Stück vom Eckpunkt zwischen a und b (= Punkt C) und dem Schnittpunkt zwischen dem verlängerten a und h (Punkt D). Wenn C links von D liegt (OBdA sei a die untere Seite), dann zähle ich x positiv, sonst negativ. (Wenn man a nach links verlängern muss, dann ist x länger als a, aber negativ. Muss man a nach rechts verlängern, so ist x positiv. Muss man a nicht verlängern, so ist x negativ oder 0).
In allen Fällen gilt nach Pythagoras:
x^2 + h^2 = b^2 und
c^2 = (a+x)^2 + h^2, wobei man in der zweiten Gleichung wirklich aufpassen muss, dass x das richtige Vorzeichen hat.
Außerdem gilt x^2 + h^2 + a^2 = a^2 + b^2 =c^2 nach Voraussetzung.
Also (a+x)^2 +h^2 = x^2 + h^2 + a^2.
Es folgt (a+x)^2 = x^2 + a^2, woraus wiederum x = 0 folgt und damit b = h, also F = 1/2 a * b.
 
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Danke erstmal für den ausführlichen Beweis. Habe mir jetzt auch mal die anderen Implikationen angeschaut. Ist eigentlich wirklich nicht sonderlich schwierig, allerdings doch ein bisschen zu umfangreich an dieser Stelle. Ich bräuchte etwas noch einfacheres, wo sich jede der Implikationen am besten in zwei oder max. drei kurzen, leicht verständlichen Sätzen zeigen lässt.
 
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Naja bis auf die eine Implikation sind doch alle superkurz.
ii) => i) ist Satz des Pythagoras
iii) => ii) geht so:
Der Flächeninhalt beträgt 1/2 a * h = 1/2 a* b * sin(gamma)
Andererseits aber auch 1/2 a*b, also muss sin(gamma) = 1 sein und das geht nur für gamma = 90°
Die Aufgabe hat man in maximal 10 Minuten besprochen.
Was einfacheres ist mir bislang nicht eingefallen.
 

mfb

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Website
diablo3.ingame.de
iii <-> i dürften sich auch durch die Flächenberechnung über den Umfang ineinander umwandeln lassen: A^2 = s(s-a)(s-b)(s-c) mit s=(a+b+c)/2
Wenn man A^2=1/4*a^2*b^2 einsetzt und rumrechnet, kommt vielleicht a^2+b^2=c^2 heraus.
 
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Das geht tatsächlich, habs gerade mal gemacht:
iii) => i) :

Also die Formel von Heron, die du zitiert hast, hab ich erstmal mit Wolfram Alpha ausmultipliziert ;) :
http://www.wolframalpha.com/input/?i=simplify+(a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c)
F^2 = s(s-a)(s-b)(s-b) = 1/16(-a^4 +2a²b² +2a²c² -b^4 + 2 b²c² -c^4)
Wir wollen zeigen, dass das gleich F^2 = 1/4 a² b² ist.
Also bilden wir die Differenz, die lautet
F^2 - 1/4 a²b²
= 1/16 (-a^4 -2a²b² +2a²c² -b^4 + 2 b²c² -c^4) (Vorzeichen im zweiten Term hat sich geändert)
Ein bisschen umformen:
F^2 -1/4 a²b² = 1/16(-(a²+b²)² + 2(a²+b²) c² -c^4) = 1/16(-((a²+b²)-c²)²),
was gleich 0 ist nach Voraussetzung. Daraus folgt die Behauptung.
Kleiner Wermutstropfen, ist, dass man mit Wolfram Alpha ausmultiplizieren muss oder sich nen Wolf(ram) (sorry, konnte nicht widerstehen) rechnet.

BTW die Rückrichtung geht quasi genauso, aber die brauchen wir ja nicht für den Ringschluss.
Ich find das echt schön und den coolen Satz von Heron kannte ich bislang noch nicht. Ich finde, alleine wegen des Satzes muss man die Aufgabe in der Form jetzt bringen :)
 
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Ich bräuchte ein schönes Beispiel für einen Beweis durch Ringschluss, in dem nur einfache Grundlagenmathematik (insbesondere keine Mengen!) benutzt werden. Der Beweis sollte von einem Erstsemester-Studenten ohne großartige Mathematik-Vorkenntnisse verstanden werden können, darf allerdings auch nicht zu trivial sein.
Hätte da evtl. jemand ne Idee für einen schönen Beweis?

Nur mal so in den Raum geworfen:

Unser Vorkurs, z.B., ist jetzt ganz gut ohne Beispiel und mit dem Hinweis "Ringschluss ist eh irrelevant" ausgekommen. Es reicht ja eigentlich, die Regeln logischen Schließen, Äquivalenz, etc. zu verstehen, dann versteht man auch den Ringschluss. Ich hatte jetzt schon viele Vorkenntnisse in Logik, aber soviel Absraktion kann man auch Anfängern zumuten, finde ich.

Kann natürlich sein, dass du das selbst nicht entscheidest, wirkt so. Aber sonst mal erwägen ob ein Beispiel wirklich notwendig ist.

Sonstigenfalls wurde auch gern mal mit Sachen gerechnet die halt eben noch nicht eingeführt worden sind. Hat mich allerdings schon etwas gestört und ist wahrscheinlich nicht die bessere Alternative.

Edit: Ups. Ist ja von Juni. Sorry für Necro.
 
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