Przeskocz do treści

Delta mi!

Indukcja matematyczna... w układach oporników

Witold Bednarek

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: czerwiec 2004
  • Publikacja elektroniczna: 22-05-2011
obrazek

Rys. 1 Ograniczamy się tylko do przypadku, gdy oporniki połączone są w sposób szeregowo-równoległy, tzn. nie ma żadnych gwiazdek, trójkątów itp.

Rys. 1 Ograniczamy się tylko do przypadku, gdy oporniki połączone są w sposób szeregowo-równoległy, tzn. nie ma żadnych gwiazdek, trójkątów itp.

obrazek

Rys. 2

Rys. 2

obrazek

Rys. 3

Rys. 3

obrazek

Rys. 4a – góra i Rys. 4b – dół.
math i math oznaczają opory zastępcze podukładów, a math i math oznaczają opory zastępcze podukładów, w których połączenia równoległe zastąpiono szeregowymi i odwrotnie.

Rys. 4a – góra i Rys. 4b – dół.
math i math oznaczają opory zastępcze podukładów, a math i math oznaczają opory zastępcze podukładów, w których połączenia równoległe zastąpiono szeregowymi i odwrotnie.

Rozważmy układ oporników o jednakowym oporze math połączonych – na przykład – tak, jak na rysunku 1. .

Zmieniamy wszystkie połączenia równoległe na szeregowe, a szeregowe – na równoległe (Rys. 2).

Jak łatwo obliczyć, opór zastępczy wyjściowego układu jest równy math a zmienionego math Zauważmy, że iloczyn współczynników bezwymiarowych jest równy 1, czyli jeden z nich jest odwrotnością drugiego. Nie jest to przypadek. Wykażemy, że jeśli mamy układ math oporników o jednakowym oporze math i jego opór zastępczy jest równy math to – po zamianie wszystkich połączeń szeregowych na równoległe i odwrotnie – opór zastępczy nowego układu oporników jest równy math

Zastosujemy zasadę indukcji matematycznej względem math Dla math twierdzenie jest trywialne. Dla math mamy dwie możliwości (Rys. 3).

Nasze twierdzenie jest wówczas prawdziwe, gdyż opór zastępczy połączenia szeregowego jest równy math równoległego zaś math

Niech math będzie ustaloną liczbą naturalną. Załóżmy, że twierdzenie jest prawdziwe dla wszystkich liczb naturalnych nie większych od math Wykażemy, że jest ono prawdziwe dla układu math oporników. W tym celu rozbijemy go na dwa podukłady. Połączenia „końcowe” tych podukładów można przedstawić tak, jak na rysunkach 4a i 4b .

Z założenia indukcyjnego otrzymujemy

display-math


Opór zastępczy układu w przypadku a) jest równy

display-math(1)

Obliczamy opór zastępczy math  po zmianie. Mamy

display-math

skąd

display-math(2)

Wobec tego, na podstawie równości (1)(2) mamy tezę indukcyjną.

Rozważania w przypadku b) są podobne.