Indukcja matematyczna... w układach oporników
Rozważmy układ oporników o jednakowym oporze 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 a zmienionego Zauważmy, że iloczyn współczynników bezwymiarowych jest równy 1, czyli jeden z nich jest odwrotnością drugiego. Nie jest to przypadek. Wykażemy, że jeśli mamy układ oporników o jednakowym oporze i jego opór zastępczy jest równy to – po zamianie wszystkich połączeń szeregowych na równoległe i odwrotnie – opór zastępczy nowego układu oporników jest równy
Zastosujemy zasadę indukcji matematycznej względem Dla twierdzenie jest trywialne. Dla mamy dwie możliwości (Rys. 3).
Nasze twierdzenie jest wówczas prawdziwe, gdyż opór zastępczy połączenia szeregowego jest równy równoległego zaś
Niech będzie ustaloną liczbą naturalną. Załóżmy, że twierdzenie jest prawdziwe dla wszystkich liczb naturalnych nie większych od Wykażemy, że jest ono prawdziwe dla układu 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
Opór zastępczy układu w przypadku a) jest równy
(1) |
Obliczamy opór zastępczy po zmianie. Mamy
skąd
(2) |
Wobec tego, na podstawie równości (1) i (2) mamy tezę indukcyjną.
Rozważania w przypadku b) są podobne.