SlideShare a Scribd company logo
1 of 9
Download to read offline
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-1
                                                               ั
                                                                                                            บทที่ 1 จํานวนเต็ม



                                                                                                                   บทที่ 1

                                                                                                            จํานวนเต็ม
1.1 สมบัติพนฐาน (Basic Properties)
           ื้

          กําหนดให้  แทนเซตของจํานวนเต็ม นันคือ
                                            ่                  = {..., −2, −1,0,1, 2,...}    และเขียนสัญลักษณ์แทนการ
ดําเนินการ (operation) การบวกของ a และ b (the sum of a and b ) ดวย
                                                                ้                  a+b     และการดําเนินการการคูณของ
a และ b   (the product of a and b ) ดวย
                                     ้        a ⋅b   (เพื่อความสะดวกในบางคร้ ังจะเขียนแทน            a ⋅b   ดวย
                                                                                                             ้    ab )
ในหัวขอน้ ีจะกล่าวถึงระบบจานวนเต็ม ซ่ึงประกอบดวยเซตของจานวนเต็มกบการดาเนินการ
      ้                   ํ                   ้        ํ        ั    ํ                                            คือ การบวก
และการคูณ และสมบติเบ้ืองตนของจานวนเต็ม มีดงน้ ี
                ั        ้    ํ           ั
    • สมบัตการปิ ด (Closure property) :
           ิ
          สําหรับการบวก : สาหรับทุก
                           ํ             a, b ∈     จะไดว่า
                                                         ้      a + b∈     และ
          สําหรับการคูณ : สาหรับทุก
                           ํ            a, b ∈      จะไดว่า
                                                         ้     a ⋅b∈

    • สมบัตการสลบที่ (Commutative property) :
           ิ    ั
          สําหรับการบวก : สาหรับทุก
                           ํ             a, b ∈     จะไดว่า
                                                         ้      a+b=b+a           และ
          สําหรับการคูณ : สาหรับทุก
                           ํ            a, b ∈      จะไดว่า
                                                         ้     a ⋅b = b⋅a

    • สมบัตการเปลียนหมู่ (Associative property) :
           ิ      ่
          สําหรับการบวก : สาหรับทุก
                           ํ             a , b, c ∈     จะไดว่า (a + b) + c =a + (b + c) และ
                                                             ้
          สําหรับการคูณ : สาหรับทุก
                           ํ            a , b, c ∈     จะไดว่า (a ⋅ b) ⋅ c =a ⋅ (b ⋅ c)
                                                            ้
    • สมบัตการแจกแจง (Distributive property) : สาหรับทุก
           ิ                                    ํ                        a , b, c ∈    จะไดว่า (a + b) ⋅ c = a ⋅ c + b ⋅ c
                                                                                            ้
          และ   a ⋅ (b + c) = a ⋅ b + a ⋅ c

    • สมบัตการมสมาชิกเอกลกษณ์ (Identity element) :
           ิ ี           ั
          สําหรับการบวก : มีจานวนเต็ม 0 สาหรับ ทุกๆ
                             ํ           ํ                          a∈    ที่ทาให้
                                                                               ํ        a+0=0+a =a           และเรี ยก 0 ว่า
          สมาชิกเอกลกษณ์ของการบวก
                    ั
          สําหรับการคูณ : มีจานวนเต็ม 1 สาหรับ ทุกๆ
                             ํ           ํ                      a∈    ที่ทาให้
                                                                           ํ      a ⋅1 = 1 ⋅ a = a   และเรี ยก 1 ว่า สมาชิก
          เอกลกษณ์ของการคูณ
              ั
    • สมบัตการมตวผกผนของการบวก (Additive inverse) : สาหรับทุก ๆ
           ิ ี ั    ั                                ํ                                  a∈    จะมีจานวนเต็ม
                                                                                                    ํ              x     ที่ทาให้
                                                                                                                             ํ
          a+ x=0= x+a           และเรี ยกจํานวนเต็ม      x   น้ ีว่า ตัวผกผันของการบวก (additive inverse) ของ             a   ซ่ึง
          เขียนแทนด้วย    −a   และ b − a หมายถึง b + (−a) ( b บวกดวยตวผกผนของ a )
                                                                  ้ ั    ั
          สมบัติของการลบที่นามาใช้มีดงนี้
                            ํ        ั
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-2
                                                              ั
                                                                                                              บทที่ 1 จํานวนเต็ม


                สมบัติการปิ ดสําหรับการลบ : สําหรับทุกๆ              a, b ∈      จะไดว่า
                                                                                       ้     a − b∈
                สมบัติการแจกแจง : สําหรับทุกๆ                      a , b, c ∈    จะไดว่า
                                                                                       ้       (a − b) ⋅ c = a ⋅ c − b ⋅ c และ

                   a ⋅ (b − c) = a ⋅ b − a ⋅ c
    • สมบัตการตดออก (Cancellation property) :
           ิ ั
          สําหรับการบวก : ถา a + b = a + c แลว b = c สําหรับทุกๆ
                           ้                 ้                                      a , b, c ∈ 
          สําหรับการคูณ : ถา
                           ้    a⋅c = b⋅c      และ c ≠ 0 แลว
                                                           ้        a=b    สําหรับทุกๆ       a , b, c ∈ 

    • สมบัตการคูณด้ วยจํานวนเดียวกัน : ถา
           ิ                            ้            a=b      แลว
                                                                ้   a⋅c = b⋅c       สําหรับทุกๆ     a , b, c ∈ 

ตวอย่าง 1.1
 ั                 จงใชสมบติที่กล่าวมาขางตนแสดงว่า 0 ⋅ a = เมื่อ
                       ้ ั             ้ ้                0                        a∈   และ 0 เป็ นสมาชิกเอกลักษณ์ของ
การบวก

การพิสูจน์         ให้ a เป็ นจํานวนเต็มใดๆ เนื่องจาก 0 เป็ นสมาชิกเอกลักษณ์ของการบวก ดังนั้น 0 + 0 =0

 เพราะฉะนั้น                       (0 + 0) ⋅ a = 0 ⋅ a

 โดย                  สมบัติการแจกแจง จะไดว่า 0 ⋅ a + 0 ⋅ a = 0 ⋅ a
                                          ้

 ดงน้ น
  ั ั                       ( 0 ⋅ a + 0 ⋅ a ) + (−0 ⋅ a) =   0 ⋅ a + (−0 ⋅ a )

 โดย                  สมบัติการเปลี่ยนหมู่ และตัวผกผันของการบวก จะได้ว่า 0 ⋅ a + [0 ⋅ a + (−0 ⋅ a)] =0

                   นันคือ
                     ่      0 ⋅ a + 0 = จึงไดว่า 0 ⋅ a =
                                       0     ้          0


                                                     แบบฝึ กหัด 1.1

    1. จงแสดงว่า (−1) ⋅ a = a สําหรับทุกๆ a ∈ 
                           −
    2. จงแสดงว่า −(−a) =a สําหรับทุกๆ a ∈ 
    3. จงแสดงว่า (−a) ⋅ b =(a ⋅ b) =⋅ (−b) สําหรับทุกๆ a, b ∈ 
                           −        a
    4. จงแสดงว่า (−a) ⋅ (−b) =         a ⋅b   สําหรับทุกๆ a, b ∈ 
    5. จงแสดงว่า ถา a ⋅ b = แลว a = 0 หรือ b = 0 สําหรับทุกๆ
                  ้        0 ้                                                     a, b ∈ 

    ต่อไปกําหนด ให้   +     แทนเซตของจํานวนเต็มบวก นันคือ
                                                      ่                   + = {1, 2,3,...}        ซ่ึงเป็นเซตยอยของเซตของ
                                                                                                               ่
จํานวนเต็ม

บทนิยาม 1.2        สาหรับทุก ๆ
                    ํ               a, b ∈    จะกล่าวว่า     a<b      อ่านว่า a น้อยกว่า b (หรื อ b > a อ่านว่า b
มากกว่า a ) ก็ต่อเมื่อ b − a ∈  + (หรื อ b + (−a) ∈  + ) นันคือ b − a > 0 (หรื อ b + (−a) > 0 )
                                                             ่
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-3
                                                              ั
                                                                                                        บทที่ 1 จํานวนเต็ม


หมายเหตุ จากบทนิยาม               1.2 จะไดว่า
                                          ้      a ∈ +    ก็ต่อเมื่อ   a>0

สมบติเบ้องตนของจานวนเต็มบวก มีดงน้ ี
   ั ื ้        ํ              ั

    • สมบัตการปิ ดของจํานวนเต็มบวก (Closure for the positive integers) :
           ิ
         สําหรับการบวก : สาหรับทุก
                          ํ               a, b ∈  +   จะไดว่า
                                                           ้     a + b ∈ +   และ
         สําหรับการคูณ : สาหรับทุก
                          ํ              a, b ∈  +    จะไดว่า
                                                           ้     a ⋅ b ∈ +

    • กฎไตรวภาค (Trichotomy law) : สาหรับทุก
            ิ                       ํ                       a∈     แลว ขอใดขอหน่ึงต่อไปน้ ี เป็นจริง
                                                                      ้ ้ ้
      (1)      a>0
      (2)      a=0
      (3)      a<0
ทฤษฎบท 1.3
    ี             ให้   a , b, c ∈    จะไดว่า
                                           ้
         (1) ถา
              ้   a<b     แลว
                            ้   a+c<b+c
         (2) ถา
              ้   a<b     และ c > 0 แลว
                                      ้      a⋅c < b⋅c
         (3) ถา
              ้   a<b     และ c < 0 แลว
                                      ้      a⋅c > b⋅c
         (4) ถา
              ้   a<b     และ b < c แลว
                                      ้      a<c

การพิสูจน์        (1) สมมติให้            a<b    จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า b − a > 0
                                                                    ้
 เนื่องจาก                                b − a = (b + c) − (a + c)      ดงน้ น (b + c) − (a + c) > 0
                                                                          ั ั
                              นันคือ
                                ่      a+c<b+c
                  (2)         สมมติให้    a<b    และ c > 0 จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า b − a > 0
                                                                              ้
                              ดงน้ น (b − a) ⋅ c > 0
                               ั ั
                              โดยสมบัติการแจกแจงจะไดว่า (b − a) ⋅ c = b ⋅ c − a ⋅ c
                                                    ้
                              เพราะฉะนั้น b ⋅ c − a ⋅ c > 0
                              นันคือ
                                ่      a⋅c < b⋅c
                  (3)         สมมติให้    a<b    และ c < 0 ดงน้ น
                                                            ั ั          −c > 0
                              และจากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า b − a > 0 ดงน้ น (b − a) ⋅ (−c) > 0
                                                    ้              ั ั
                              โดยสมบัติการแจกแจงจะไดว่า
                                                    ้
                                (b − a ) ⋅ (−c) =b ⋅ (−c) − a ⋅ (−c) =−b ⋅ c + a ⋅ c =a ⋅ c − b ⋅ c
 เพราะฉะนั้น                                 a⋅c −b⋅c > 0

                              นันคือ
                                ่      a⋅c > b⋅c
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-4
                                                                ั
                                                                                                              บทที่ 1 จํานวนเต็ม


                     (4)          สมมติให้     a<b    และ      b<c     จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า
                                                                                          ้        b−a>0      และ     c−b > 0
                                  แต่    c − a = (c − b) + (b − a )      โดยสมบัติปิดภายใต้การบวก จะได้ว่า
                                  (c − b) + (b − a ) > 0       เพราะฉะนั้น c − a > 0 นนคือ
                                                                                      ั่           a<c
                                                         แบบฝึ กหัด 1.2

สําหรับทุกๆ    a , b, c , d ∈    จงแสดงว่า

    1. ถา a < b และ c < d แลว a + c < b + d
        ้                   ้
    2. ถา 0 < a < b และ 0 < c < d แลว ac < bd
        ้                           ้
    3. ถา a + c < b + c แลว a < b
        ้                 ้
    4. ถา ac < bc และ c > 0 แลว a < b
        ้                     ้


สมบัตการจัดอันดับดี (The Well – Ordering Property)
     ิ
            ทุกๆ เซตยอยของเซตของจานวนเต็มบวกที่ไม่ใช่เซตว่างจะมีสมาชิกค่านอยสุด
                     ่           ํ                                        ้
ตวอย่าง 1.4
 ั                   เซต   E = {0, 2, 4,6,...}      เป็นเซตยอยของเซตของจานวนเต็มบวกที่มี 0 เป็ นสมาชิกค่าน้อยสุ ด
                                                            ่           ํ
ตวอย่าง 1.5
 ั                   จงแสดงว่าเซตของจานวนเต็มบวกจะมี 1 เป็ นจํานวนเต็มบวกที่มีค่าน้อยสุ ด
                                     ํ
การพิสูจน์ พิสูจน์โดยข้อขัดแย้ง ให้ =T                   {a | a ∈  + ,0 < a < 1}    และให้ T ≠ ∅
 โดยสมบติการจดอนดบดี จะไดว่า
       ั     ั ั ั       ้                                      T   มีสมาชิกค่าน้อยสุ ด สมมติ ชื่อว่า b
 ดงน้ น
  ั ั                         0 < b <1
 เพราะฉะนั้น                            0 ⋅ b < b ⋅ b < 1⋅ b   นนคือ
                                                                ั่     0 < b2 < b   แต่ b < 1 จึงไดว่า 0 < b 2 < 1
                                                                                                   ้
 นนคือ
  ั่                          b2 ∈ T      และ b 2 < b จึงเกิดข้อขัดแย้งกับการที่ b เป็ นสมาชิกค่าน้อยสุ ด
 ดังนั้นการสมมติว่า                           T ≠∅     จึงเป็นไปไม่ได้
 สรุปไดว่า
       ้                           1 จึงเป็ นจํานวนเต็มบวกที่มีค่าน้อยสุ ด
หมายเหตุ             เนื่องจาก    +    มีสมบติการจดอนดบดี ดงน้ นจะเรียก
                                             ั     ั ั ั ั ั                        +   ว่าเซตอันดับดี (well – ordered set)
บทนิยาม 1.6          จํานวนเต็มค่ามากสุ ด (the greatest integer) ของจํานวนจริ ง x เขียนแทนด้วย [ x] คือ จานวน
                                                                                                         ํ
เต็มที่มีค่ามากที่สุดแต่นอยกว่าหรื อเท่ากับ x นันคือ [ x] ≤ x < [ x] + 1
                         ้                      ่
                      3       3
ตวอย่าง 1.7
 ั                     2  =  − 2  =2,[π ] = −2] =2
                            1,         −       3,[   −                    และ [0] = 0
                              
ข้อสังเกต            1. ถา x เป็ นจํานวนเต็ม แล้ว [ x] = x
                         ้
                     2. ถา x ไม่เป็ นจํานวนเต็มแล้วค่าของ [ x] คือ จานวนเต็มตวแรกที่อยทางซ้ ายของ
                         ้                                          ํ        ั        ู่                          x

หมายเหตุ จะเรียก              ฟังก์ชันจํานวนเต็มค่ามากสุ ด (the greatest integer function) ว่า ฟังก์ชันพืน (the floor
                                                                                                         ้
function) ซึ่งเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ [ x] (หรื อบางครั้งแทนด้วยสัญลักษณ์                    x )
                                                                                           
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-5
                                                                 ั
                                                                                                        บทที่ 1 จํานวนเต็ม


บทนิยาม 1.8           ฟังก์ชันเพดาน (the ceiling function) ของจํานวนจริ ง            x   เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์    x
                                                                                                                      คือ
จํานวนเต็มที่มีค่าน้อยที่สุดแต่มากกว่าหรื อเท่ากับ   x
                      3        3
ตวอย่าง 1.9
 ั                     2  =  − 2  =1, π  =  −2  =2
                             2,        −   4,   −                      และ   0  = 0
                                                                                  
                               
ข้อสังเกต             1. ถา x เป็ นจํานวนเต็ม แล้ว
                          ้                           x = x
                                                      
                      2. ถา x ไม่เป็ นจํานวนเต็มแล้วค่าของ
                          ้                                     x
                                                                    คือจํานวนเต็มตัวแรกที่อยูทางขวาของ
                                                                                              ่             x


                                                     แบบฝึ กหัด 1.3
       1. จงพิจารณาว่าเซตของจํานวนเต็ม  มีสมบติการจดอนดบดีหรือไม่ เพราะเหตุใด
                                              ั     ั ั ั
       2. กําหนดให้ k เป็ นจํานวนจริ งใดๆ จงแสดงว่า [ x + k ] = [ x ] + k สําหรับทุกๆ จํานวนจริ ง          x

       3. สําหรับทุกๆ จํานวนจริ ง x จงแสดงว่า [ x ] +  x + 1  =x ]
                                                              [2
                                                                     2


บทนิยาม 1.10          จํานวนจริ ง x จะเรี ยกว่า จํานวนตรรกยะ (rational number) ก็ต่อเมื่อ จะมีจานวนเต็ม
                                                                                               ํ                  a   และ
                                    a
b   โดยที่    b≠0   ที่ทาให้
                        ํ      x=       และเรี ยกจํานวนที่ไม่เป็ นจํานวนตรรกยะว่า           จํานวนอตรรกยะ (irrational
                                    b
number)
ตวอย่าง 1.11
 ั                    π, 2     และ e เป็นจานวนอตรรกยะ
                                          ํ

1.2 หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์ (Principle of Mathematical Induction)

ในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงวิธีการพิสูจน์ขอความที่เกี่ยวข้องกับจํานวนเต็มบวกที่เรี ยกว่า
                                    ้                                                                 หลักการอุปนัยเชิง
คณตศาสตร์ (principle of mathematical induction)
  ิ

       • หลกการอุปนัยเชิงคณตศาสตร์
           ั               ิ

ให้             P (n) เป็ นประโยคเปิ ดที่มี n   เป็ นตัวแปรซึ่งแทนจํานวนนับใด ๆ

ถา 1.
 ้                 ขั้นฐาน ⇒    P (1) เป็นจริง และ

      2.           ขั้นอุปนัย ⇒ ∀k[ P(k ) → P(k + 1)] เป็ นจริ ง เมื่อ k เป็ นจํานวนนับใด ๆ

             แลวจะสรุปไดว่า ∀n, P(n) เป็นจริง
               ้        ้

             หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์แบบนี้บางครั้งเรี ยกว่า อุปนัยอย่างอ่อน (weak induction)
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-6
                                                                 ั
                                                                                                                         บทที่ 1 จํานวนเต็ม


ตวอย่าง 1.12
 ั                      จงพิสูจน์ว่าสาหรับจานวนนบ n ใดๆ 1 + 2 + ... + n =(n + 1)
                                     ํ     ํ    ั                        n
                                                                                                  2


การพิสูจน์ ให้             P ( n)    แทนขอความ 1 + 2 + ... + n =(n + 1) เมื่อ n เป็ นจํานวนนับใดๆ
                                         ้                      n
                                                                                  2

                                         1(1 + 1)
           ข้ันฐาน                  1=              จึงไดว่า
                                                         ้     P (1)   เป็นจริง
                                            2

           ขั้นอุปนัย               สมมติว่า   P (k ) เป็ นจริ ง เมื่อ k   เป็ นจํานวนนับใดๆ

                                                              k (k + 1)
                          นนคือ
                           ั่                1 + 2 + ... + k =
                                                                  2

                                                                             k (k + 1)          (k + 1)[(k + 1) + 1]
                          ดงน้ น
                           ั ั               1 + 2 + ... + k + (k=
                                                                 + 1)                  + (k=
                                                                                           + 1)
                                                                                 2                       2

                                    ดงน้ น
                                     ั ั     P (k + 1)   เป็นจริง

                          โดยหลักอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์ เราสรุ ปได้ว่า สําหรับจํานวนนับ                                           n     ใดๆ
                 n(n + 1)
1 + 2 + ... + n =                                                                                                                   
                    2

           นอกจากนี้ ยังสามารถใช้หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์น้ ีไปพิสูจน์ขอความซึ่งอยูในรู ป
                                                                          ้           ่                                   ∀n, P (n)     เมื่อ
n   เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่มากกว่าหรื อเท่ากับ j โดยที่ j เป็ นจํานวนนับที่มากกว่าหนึ่งได้อีกด้วย สําหรับกรณีน้ ี มี
หลักเกณฑ์ดงนี้
          ั

ให้            P (n) เป็ นประโยคเปิ ดที่มี n        เป็นตวแปรซ่ึงแทนจานวนนบใด ๆ ที่
                                                         ั           ํ    ั                           n≥ j   เมื่อ   j   เป็ นจํานวนนับที่
มากกว่าหนึ่ง

ถา 1.
 ้               ขั้นฐาน ⇒          P ( j ) เป็นจริง และ

      2.         ขั้นอุปนัย ⇒ ∀k[ P(k ) → P(k + 1)] เป็ นจริ ง เมื่อ k เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่                         k≥ j

แลวจะสรุปไดว่า
  ้        ้                   ∀n, P (n)       เป็นจริง เมื่อ n เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่            n≥ j

หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์แบบนี้บางครั้งเรี ยกว่า                         อุปนัยอย่างเข้ ม (strong induction)

ตวอย่าง 1.13
 ั                      จงพิสูจน์ว่า 1 + 2n < 3n สาหรับจานวนนบ n ใดๆ ที่
                                                  ํ     ํ    ั                              n≥2

การพิสูจน์ ให้             P ( n)    แทนขอความ 1 + 2n < 3n สาหรับจานวนนบ n ใดๆ ที่
                                         ้                  ํ     ํ    ั                                 n≥2

           ขั้นฐาน                  1 + 2(2) = 5 < 9 = 32       จึงไดว่า
                                                                     ้     P (2)      เป็นจริง
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-7
                                                              ั
                                                                                                             บทที่ 1 จํานวนเต็ม


         ขั้นอุปนัย สมมติว่า               P(k )     เป็นจริง เมื่อ   k   เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่   k≥2

                                นันคือ 1 + 2k < 3k
                                  ่

                                ดงน้ น
                                 ั ั       3(1 + 2k ) < 3 ⋅ 3k


                                            3 + 6k < 3k +1

                                           3 + 2k < 3k +1

                                           1 + (2 + 2k ) < 3k +1

                                           1 + 2(1 + k ) < 3k +1

                       ดงน้ น
                        ั ั              P (k + 1)    เป็นจริง

                       โดยหลกอุปนยเชิงคณิตศาสตร์ สรุปได้
                            ั    ั                                               1 + 2n < 3n      สาหรับจานวนนบ
                                                                                                   ํ     ํ    ั        n   ใดๆ ที่
n≥2                                                                                                                        

                                                         แบบฝึ กหัด 1.4

    1. จงแสดงว่าถา
                 ้       A   เป็ นเซตที่มีสมาชิก n จํานวน แล้วจํานวนเซตย่อยของ               A    จะเท่ากบ 2n สําหรับทุกๆ
                                                                                                         ั
         n ∈ +
    2. กําหนดให้ x เป็ นจํานวนจริ ง โดยที่           x > −1      และ   x≠0     จงแสดงว่าสําหรับทุกๆ     n ∈ +   ที่   n≥2    จะ
         ไดว่า (1 + x)n > 1 + nx
           ้
    3. กําหนดความสัมพันธ์ an
                       =                  6an −1 − 9an − 2   โดยที่ a0 = 1 และ a1 = 6 จงแสดงว่า an =          3n + n ⋅ 3n
         สําหรับทุกๆ n ∈  +


1.3 สั มประสิ ทธิ์ทวินาม (Binomial Coefficients)
         ผลบวกของพจน์ 2 พจน์ เรี ยกว่า นิพจน์ ทวินาม (binomial expression) ในที่น้ ีจะนิยาม สัมประสิทธิ์ทวิ
นาม (binomial coefficients) ที่เกิดจากการกระจายกําลังของนิพจน์ทวินาม ดังนี้
                                                                                      n
บทนิยาม 1.14      ให้   n, r ∈  + ∪ {0}      และ     r≤n     สัมประสิทธ์ ิทวินาม         จะนิยาม ดงน้ ี
                                                                                                     ั
                                                                                      r
                                                       n        n!
                                                        =
                                                        r  r !(n − r )!
                   n
และถา
    ้   r>n    แลว 
                 ้   =0
                   r
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-8
                                                                     ั
                                                                                                                บทที่ 1 จํานวนเต็ม


ทฤษฎบท 1.15
    ี                     ให้      n, r ∈  + ∪ {0}      และ   r≤n   จะไดว่า
                                                                         ้
                    n n
             (1)    = = 1
                         
                    0 n
                    n  n 
             (2)     =      
                    r  n − r
                                          n       n!     n!     n        n!      n!
การพิสูจน์                (1)              =          = = 1 และ  
                                                                  =             = = 1
                                           0  0!(n − 0)! n!      n  n !(n − n)! n !0!
                                    n        n!                n!              n 
                          (2)      = =
                                                                  =                  
                                     r  r !(n − r )! (n − (n − r ))!(n − r )!  n − r 
ทฤษฎบท 1.16
    ี                     เอกลกษณ์ของปาสกาล (Pascal’s Identity)
                              ั
                                                           n   n   n + 1
             ให้   n, r ∈  +       และ   r≤n        แลว 
                                                       ้      +      =   
                                                           r   r − 1  r 
                             n  n            n!                n!
การพิสูจน์                    +        =
                                                       +
                              r   r − 1 r !(n − r )! (r − 1)!(n − (r − 1))!
                                              n !(n − (r − 1))        n !r
                   =                                           +
                                              r !(n − (r − 1))! r !(n − ( r − 1))!
                                                  n !(n + 1)         (n + 1)!      n + 1
                                          =                    =                 =      
                                              r !(n − (r − 1))! r !(n − (r − 1))!  r 
หมายเหตุ จากทฤษฎีบท                               1.16 สามารถที่จะนํามาสร้างรู ปสามเหลี่ยมปาสกาล (Pascal’s triangle) ซ่ึงไดชื่อ
                                                                                                                           ้
มาจากเบลส์ ปาสกาล (Blaise Pascal) นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ตัวอย่างของรู ปสามเหลี่ยมปาสกาล ใน 9 แถวแรก
เป็นดงน้ ี
     ั

                                                                     1
                                                          1          2          1
                                                     1          3          3         1
                                              1           4          6          4          1
                                     1               5         10         10         5          1
                                1             6          15          20        15          6        1
                         1           7              21         35         35         21         7       1
                   1            8         28             56          70        56         28        8       1


สัมประสิ ทธิ์ทวินามเกิดจากการกระจายนิพจน์ทวินามยกกําลัง
ทฤษฎบท 1.17
    ี                     ทฤษฎบททวนาม (The Binomial Theorem)
                              ี   ิ
             ให้ x และ         y    เป็ นตัวแปร และ n เป็ นจํานวนเต็มบวก แล้ว
                                   n       n            n                      n  n −1  n  n
                       ( x + y ) n   x n +   x n −1 y +   x n − 2 y 2 + ... + 
                             =                                                              xy +   y
                                   0       1             2                     n − 1      n
เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-9
                                                             ั
                                                                                                   บทที่ 1 จํานวนเต็ม


                            n n
หรือ                      ∑ i
              ( x + y ) n =  x n −i y i
                          i =0  

การพิสูจน์ เป็ นแบบฝึ กหัด (แนะนา
                                ํ          : ใชการอุปนยเชิงคณิตศาสตร์)
                                               ้      ั
ข้อสังเกต ทฤษฎีบททวินาม จะแสดงให้เห็นว่าสัมประสิ ทธิ์ของการกระจาย             ( x + y)n   จะเป็ นจํานวนทั้งหลายใน
แถวที่ (n + 1) ของรู ปสามเหลี่ยมปาสกาล เมื่อ   n = 0,1, 2,...
                                                                   n n
                                                                       
บทแทรก 1.18       ให้ n เป็ นจํานวนเต็มที่ไม่เป็ นลบ แล้ว   2n = ∑  
                                                                 i =0  i 

การพิสูจน์ เป็ นแบบฝึ กหัด (แนะนา
                                ํ          : ใชทฤษฎีบท 1.17)
                                               ้

                                                แบบฝึ กหัด 1.5

    1. จงพิสูจน์ทฤษฎีบท 1.17 และบทแทรก 1.18

More Related Content

Featured

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by HubspotMarius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTExpeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsPixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 

Featured (20)

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 

12 1-2012

  • 1. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-1 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม บทที่ 1 จํานวนเต็ม 1.1 สมบัติพนฐาน (Basic Properties) ื้ กําหนดให้  แทนเซตของจํานวนเต็ม นันคือ ่ = {..., −2, −1,0,1, 2,...} และเขียนสัญลักษณ์แทนการ ดําเนินการ (operation) การบวกของ a และ b (the sum of a and b ) ดวย ้ a+b และการดําเนินการการคูณของ a และ b (the product of a and b ) ดวย ้ a ⋅b (เพื่อความสะดวกในบางคร้ ังจะเขียนแทน a ⋅b ดวย ้ ab ) ในหัวขอน้ ีจะกล่าวถึงระบบจานวนเต็ม ซ่ึงประกอบดวยเซตของจานวนเต็มกบการดาเนินการ ้ ํ ้ ํ ั ํ คือ การบวก และการคูณ และสมบติเบ้ืองตนของจานวนเต็ม มีดงน้ ี ั ้ ํ ั • สมบัตการปิ ด (Closure property) : ิ สําหรับการบวก : สาหรับทุก ํ a, b ∈  จะไดว่า ้ a + b∈ และ สําหรับการคูณ : สาหรับทุก ํ a, b ∈  จะไดว่า ้ a ⋅b∈ • สมบัตการสลบที่ (Commutative property) : ิ ั สําหรับการบวก : สาหรับทุก ํ a, b ∈  จะไดว่า ้ a+b=b+a และ สําหรับการคูณ : สาหรับทุก ํ a, b ∈  จะไดว่า ้ a ⋅b = b⋅a • สมบัตการเปลียนหมู่ (Associative property) : ิ ่ สําหรับการบวก : สาหรับทุก ํ a , b, c ∈  จะไดว่า (a + b) + c =a + (b + c) และ ้ สําหรับการคูณ : สาหรับทุก ํ a , b, c ∈  จะไดว่า (a ⋅ b) ⋅ c =a ⋅ (b ⋅ c) ้ • สมบัตการแจกแจง (Distributive property) : สาหรับทุก ิ ํ a , b, c ∈  จะไดว่า (a + b) ⋅ c = a ⋅ c + b ⋅ c ้ และ a ⋅ (b + c) = a ⋅ b + a ⋅ c • สมบัตการมสมาชิกเอกลกษณ์ (Identity element) : ิ ี ั สําหรับการบวก : มีจานวนเต็ม 0 สาหรับ ทุกๆ ํ ํ a∈ ที่ทาให้ ํ a+0=0+a =a และเรี ยก 0 ว่า สมาชิกเอกลกษณ์ของการบวก ั สําหรับการคูณ : มีจานวนเต็ม 1 สาหรับ ทุกๆ ํ ํ a∈ ที่ทาให้ ํ a ⋅1 = 1 ⋅ a = a และเรี ยก 1 ว่า สมาชิก เอกลกษณ์ของการคูณ ั • สมบัตการมตวผกผนของการบวก (Additive inverse) : สาหรับทุก ๆ ิ ี ั ั ํ a∈ จะมีจานวนเต็ม ํ x ที่ทาให้ ํ a+ x=0= x+a และเรี ยกจํานวนเต็ม x น้ ีว่า ตัวผกผันของการบวก (additive inverse) ของ a ซ่ึง เขียนแทนด้วย −a และ b − a หมายถึง b + (−a) ( b บวกดวยตวผกผนของ a ) ้ ั ั สมบัติของการลบที่นามาใช้มีดงนี้ ํ ั
  • 2. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-2 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม  สมบัติการปิ ดสําหรับการลบ : สําหรับทุกๆ a, b ∈  จะไดว่า ้ a − b∈  สมบัติการแจกแจง : สําหรับทุกๆ a , b, c ∈  จะไดว่า ้ (a − b) ⋅ c = a ⋅ c − b ⋅ c และ a ⋅ (b − c) = a ⋅ b − a ⋅ c • สมบัตการตดออก (Cancellation property) : ิ ั สําหรับการบวก : ถา a + b = a + c แลว b = c สําหรับทุกๆ ้ ้ a , b, c ∈  สําหรับการคูณ : ถา ้ a⋅c = b⋅c และ c ≠ 0 แลว ้ a=b สําหรับทุกๆ a , b, c ∈  • สมบัตการคูณด้ วยจํานวนเดียวกัน : ถา ิ ้ a=b แลว ้ a⋅c = b⋅c สําหรับทุกๆ a , b, c ∈  ตวอย่าง 1.1 ั จงใชสมบติที่กล่าวมาขางตนแสดงว่า 0 ⋅ a = เมื่อ ้ ั ้ ้ 0 a∈ และ 0 เป็ นสมาชิกเอกลักษณ์ของ การบวก การพิสูจน์ ให้ a เป็ นจํานวนเต็มใดๆ เนื่องจาก 0 เป็ นสมาชิกเอกลักษณ์ของการบวก ดังนั้น 0 + 0 =0 เพราะฉะนั้น (0 + 0) ⋅ a = 0 ⋅ a โดย สมบัติการแจกแจง จะไดว่า 0 ⋅ a + 0 ⋅ a = 0 ⋅ a ้ ดงน้ น ั ั ( 0 ⋅ a + 0 ⋅ a ) + (−0 ⋅ a) = 0 ⋅ a + (−0 ⋅ a ) โดย สมบัติการเปลี่ยนหมู่ และตัวผกผันของการบวก จะได้ว่า 0 ⋅ a + [0 ⋅ a + (−0 ⋅ a)] =0 นันคือ ่ 0 ⋅ a + 0 = จึงไดว่า 0 ⋅ a = 0 ้ 0 แบบฝึ กหัด 1.1 1. จงแสดงว่า (−1) ⋅ a = a สําหรับทุกๆ a ∈  − 2. จงแสดงว่า −(−a) =a สําหรับทุกๆ a ∈  3. จงแสดงว่า (−a) ⋅ b =(a ⋅ b) =⋅ (−b) สําหรับทุกๆ a, b ∈  − a 4. จงแสดงว่า (−a) ⋅ (−b) = a ⋅b สําหรับทุกๆ a, b ∈  5. จงแสดงว่า ถา a ⋅ b = แลว a = 0 หรือ b = 0 สําหรับทุกๆ ้ 0 ้ a, b ∈  ต่อไปกําหนด ให้ + แทนเซตของจํานวนเต็มบวก นันคือ ่  + = {1, 2,3,...} ซ่ึงเป็นเซตยอยของเซตของ ่ จํานวนเต็ม บทนิยาม 1.2 สาหรับทุก ๆ ํ a, b ∈  จะกล่าวว่า a<b อ่านว่า a น้อยกว่า b (หรื อ b > a อ่านว่า b มากกว่า a ) ก็ต่อเมื่อ b − a ∈  + (หรื อ b + (−a) ∈  + ) นันคือ b − a > 0 (หรื อ b + (−a) > 0 ) ่
  • 3. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-3 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม หมายเหตุ จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า ้ a ∈ + ก็ต่อเมื่อ a>0 สมบติเบ้องตนของจานวนเต็มบวก มีดงน้ ี ั ื ้ ํ ั • สมบัตการปิ ดของจํานวนเต็มบวก (Closure for the positive integers) : ิ สําหรับการบวก : สาหรับทุก ํ a, b ∈  + จะไดว่า ้ a + b ∈ + และ สําหรับการคูณ : สาหรับทุก ํ a, b ∈  + จะไดว่า ้ a ⋅ b ∈ + • กฎไตรวภาค (Trichotomy law) : สาหรับทุก ิ ํ a∈ แลว ขอใดขอหน่ึงต่อไปน้ ี เป็นจริง ้ ้ ้ (1) a>0 (2) a=0 (3) a<0 ทฤษฎบท 1.3 ี ให้ a , b, c ∈  จะไดว่า ้ (1) ถา ้ a<b แลว ้ a+c<b+c (2) ถา ้ a<b และ c > 0 แลว ้ a⋅c < b⋅c (3) ถา ้ a<b และ c < 0 แลว ้ a⋅c > b⋅c (4) ถา ้ a<b และ b < c แลว ้ a<c การพิสูจน์ (1) สมมติให้ a<b จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า b − a > 0 ้ เนื่องจาก b − a = (b + c) − (a + c) ดงน้ น (b + c) − (a + c) > 0 ั ั นันคือ ่ a+c<b+c (2) สมมติให้ a<b และ c > 0 จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า b − a > 0 ้ ดงน้ น (b − a) ⋅ c > 0 ั ั โดยสมบัติการแจกแจงจะไดว่า (b − a) ⋅ c = b ⋅ c − a ⋅ c ้ เพราะฉะนั้น b ⋅ c − a ⋅ c > 0 นันคือ ่ a⋅c < b⋅c (3) สมมติให้ a<b และ c < 0 ดงน้ น ั ั −c > 0 และจากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า b − a > 0 ดงน้ น (b − a) ⋅ (−c) > 0 ้ ั ั โดยสมบัติการแจกแจงจะไดว่า ้ (b − a ) ⋅ (−c) =b ⋅ (−c) − a ⋅ (−c) =−b ⋅ c + a ⋅ c =a ⋅ c − b ⋅ c เพราะฉะนั้น a⋅c −b⋅c > 0 นันคือ ่ a⋅c > b⋅c
  • 4. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-4 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม (4) สมมติให้ a<b และ b<c จากบทนิยาม 1.2 จะไดว่า ้ b−a>0 และ c−b > 0 แต่ c − a = (c − b) + (b − a ) โดยสมบัติปิดภายใต้การบวก จะได้ว่า (c − b) + (b − a ) > 0 เพราะฉะนั้น c − a > 0 นนคือ ั่ a<c แบบฝึ กหัด 1.2 สําหรับทุกๆ a , b, c , d ∈  จงแสดงว่า 1. ถา a < b และ c < d แลว a + c < b + d ้ ้ 2. ถา 0 < a < b และ 0 < c < d แลว ac < bd ้ ้ 3. ถา a + c < b + c แลว a < b ้ ้ 4. ถา ac < bc และ c > 0 แลว a < b ้ ้ สมบัตการจัดอันดับดี (The Well – Ordering Property) ิ ทุกๆ เซตยอยของเซตของจานวนเต็มบวกที่ไม่ใช่เซตว่างจะมีสมาชิกค่านอยสุด ่ ํ ้ ตวอย่าง 1.4 ั เซต E = {0, 2, 4,6,...} เป็นเซตยอยของเซตของจานวนเต็มบวกที่มี 0 เป็ นสมาชิกค่าน้อยสุ ด ่ ํ ตวอย่าง 1.5 ั จงแสดงว่าเซตของจานวนเต็มบวกจะมี 1 เป็ นจํานวนเต็มบวกที่มีค่าน้อยสุ ด ํ การพิสูจน์ พิสูจน์โดยข้อขัดแย้ง ให้ =T {a | a ∈  + ,0 < a < 1} และให้ T ≠ ∅ โดยสมบติการจดอนดบดี จะไดว่า ั ั ั ั ้ T มีสมาชิกค่าน้อยสุ ด สมมติ ชื่อว่า b ดงน้ น ั ั 0 < b <1 เพราะฉะนั้น 0 ⋅ b < b ⋅ b < 1⋅ b นนคือ ั่ 0 < b2 < b แต่ b < 1 จึงไดว่า 0 < b 2 < 1 ้ นนคือ ั่ b2 ∈ T และ b 2 < b จึงเกิดข้อขัดแย้งกับการที่ b เป็ นสมาชิกค่าน้อยสุ ด ดังนั้นการสมมติว่า T ≠∅ จึงเป็นไปไม่ได้ สรุปไดว่า ้ 1 จึงเป็ นจํานวนเต็มบวกที่มีค่าน้อยสุ ด หมายเหตุ เนื่องจาก + มีสมบติการจดอนดบดี ดงน้ นจะเรียก ั ั ั ั ั ั + ว่าเซตอันดับดี (well – ordered set) บทนิยาม 1.6 จํานวนเต็มค่ามากสุ ด (the greatest integer) ของจํานวนจริ ง x เขียนแทนด้วย [ x] คือ จานวน ํ เต็มที่มีค่ามากที่สุดแต่นอยกว่าหรื อเท่ากับ x นันคือ [ x] ≤ x < [ x] + 1 ้ ่ 3  3 ตวอย่าง 1.7 ั  2  =  − 2  =2,[π ] = −2] =2 1, − 3,[ − และ [0] = 0     ข้อสังเกต 1. ถา x เป็ นจํานวนเต็ม แล้ว [ x] = x ้ 2. ถา x ไม่เป็ นจํานวนเต็มแล้วค่าของ [ x] คือ จานวนเต็มตวแรกที่อยทางซ้ ายของ ้ ํ ั ู่ x หมายเหตุ จะเรียก ฟังก์ชันจํานวนเต็มค่ามากสุ ด (the greatest integer function) ว่า ฟังก์ชันพืน (the floor ้ function) ซึ่งเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ [ x] (หรื อบางครั้งแทนด้วยสัญลักษณ์  x )  
  • 5. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-5 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม บทนิยาม 1.8 ฟังก์ชันเพดาน (the ceiling function) ของจํานวนจริ ง x เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์  x   คือ จํานวนเต็มที่มีค่าน้อยที่สุดแต่มากกว่าหรื อเท่ากับ x 3  3 ตวอย่าง 1.9 ั  2  =  − 2  =1, π  =  −2  =2 2, −   4,   − และ 0  = 0       ข้อสังเกต 1. ถา x เป็ นจํานวนเต็ม แล้ว ้  x = x   2. ถา x ไม่เป็ นจํานวนเต็มแล้วค่าของ ้  x   คือจํานวนเต็มตัวแรกที่อยูทางขวาของ ่ x แบบฝึ กหัด 1.3 1. จงพิจารณาว่าเซตของจํานวนเต็ม  มีสมบติการจดอนดบดีหรือไม่ เพราะเหตุใด ั ั ั ั 2. กําหนดให้ k เป็ นจํานวนจริ งใดๆ จงแสดงว่า [ x + k ] = [ x ] + k สําหรับทุกๆ จํานวนจริ ง x 3. สําหรับทุกๆ จํานวนจริ ง x จงแสดงว่า [ x ] +  x + 1  =x ]   [2  2 บทนิยาม 1.10 จํานวนจริ ง x จะเรี ยกว่า จํานวนตรรกยะ (rational number) ก็ต่อเมื่อ จะมีจานวนเต็ม ํ a และ a b โดยที่ b≠0 ที่ทาให้ ํ x= และเรี ยกจํานวนที่ไม่เป็ นจํานวนตรรกยะว่า จํานวนอตรรกยะ (irrational b number) ตวอย่าง 1.11 ั π, 2 และ e เป็นจานวนอตรรกยะ ํ 1.2 หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์ (Principle of Mathematical Induction) ในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงวิธีการพิสูจน์ขอความที่เกี่ยวข้องกับจํานวนเต็มบวกที่เรี ยกว่า ้ หลักการอุปนัยเชิง คณตศาสตร์ (principle of mathematical induction) ิ • หลกการอุปนัยเชิงคณตศาสตร์ ั ิ ให้ P (n) เป็ นประโยคเปิ ดที่มี n เป็ นตัวแปรซึ่งแทนจํานวนนับใด ๆ ถา 1. ้ ขั้นฐาน ⇒ P (1) เป็นจริง และ 2. ขั้นอุปนัย ⇒ ∀k[ P(k ) → P(k + 1)] เป็ นจริ ง เมื่อ k เป็ นจํานวนนับใด ๆ แลวจะสรุปไดว่า ∀n, P(n) เป็นจริง ้ ้ หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์แบบนี้บางครั้งเรี ยกว่า อุปนัยอย่างอ่อน (weak induction)
  • 6. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-6 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม ตวอย่าง 1.12 ั จงพิสูจน์ว่าสาหรับจานวนนบ n ใดๆ 1 + 2 + ... + n =(n + 1) ํ ํ ั n 2 การพิสูจน์ ให้ P ( n) แทนขอความ 1 + 2 + ... + n =(n + 1) เมื่อ n เป็ นจํานวนนับใดๆ ้ n 2 1(1 + 1) ข้ันฐาน 1= จึงไดว่า ้ P (1) เป็นจริง 2 ขั้นอุปนัย สมมติว่า P (k ) เป็ นจริ ง เมื่อ k เป็ นจํานวนนับใดๆ k (k + 1) นนคือ ั่ 1 + 2 + ... + k = 2 k (k + 1) (k + 1)[(k + 1) + 1] ดงน้ น ั ั 1 + 2 + ... + k + (k= + 1) + (k= + 1) 2 2 ดงน้ น ั ั P (k + 1) เป็นจริง โดยหลักอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์ เราสรุ ปได้ว่า สําหรับจํานวนนับ n ใดๆ n(n + 1) 1 + 2 + ... + n =  2 นอกจากนี้ ยังสามารถใช้หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์น้ ีไปพิสูจน์ขอความซึ่งอยูในรู ป ้ ่ ∀n, P (n) เมื่อ n เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่มากกว่าหรื อเท่ากับ j โดยที่ j เป็ นจํานวนนับที่มากกว่าหนึ่งได้อีกด้วย สําหรับกรณีน้ ี มี หลักเกณฑ์ดงนี้ ั ให้ P (n) เป็ นประโยคเปิ ดที่มี n เป็นตวแปรซ่ึงแทนจานวนนบใด ๆ ที่ ั ํ ั n≥ j เมื่อ j เป็ นจํานวนนับที่ มากกว่าหนึ่ง ถา 1. ้ ขั้นฐาน ⇒ P ( j ) เป็นจริง และ 2. ขั้นอุปนัย ⇒ ∀k[ P(k ) → P(k + 1)] เป็ นจริ ง เมื่อ k เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่ k≥ j แลวจะสรุปไดว่า ้ ้ ∀n, P (n) เป็นจริง เมื่อ n เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่ n≥ j หลักการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์แบบนี้บางครั้งเรี ยกว่า อุปนัยอย่างเข้ ม (strong induction) ตวอย่าง 1.13 ั จงพิสูจน์ว่า 1 + 2n < 3n สาหรับจานวนนบ n ใดๆ ที่ ํ ํ ั n≥2 การพิสูจน์ ให้ P ( n) แทนขอความ 1 + 2n < 3n สาหรับจานวนนบ n ใดๆ ที่ ้ ํ ํ ั n≥2 ขั้นฐาน 1 + 2(2) = 5 < 9 = 32 จึงไดว่า ้ P (2) เป็นจริง
  • 7. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-7 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม ขั้นอุปนัย สมมติว่า P(k ) เป็นจริง เมื่อ k เป็ นจํานวนนับใดๆ ที่ k≥2 นันคือ 1 + 2k < 3k ่ ดงน้ น ั ั 3(1 + 2k ) < 3 ⋅ 3k 3 + 6k < 3k +1 3 + 2k < 3k +1 1 + (2 + 2k ) < 3k +1 1 + 2(1 + k ) < 3k +1 ดงน้ น ั ั P (k + 1) เป็นจริง โดยหลกอุปนยเชิงคณิตศาสตร์ สรุปได้ ั ั 1 + 2n < 3n สาหรับจานวนนบ ํ ํ ั n ใดๆ ที่ n≥2  แบบฝึ กหัด 1.4 1. จงแสดงว่าถา ้ A เป็ นเซตที่มีสมาชิก n จํานวน แล้วจํานวนเซตย่อยของ A จะเท่ากบ 2n สําหรับทุกๆ ั n ∈ + 2. กําหนดให้ x เป็ นจํานวนจริ ง โดยที่ x > −1 และ x≠0 จงแสดงว่าสําหรับทุกๆ n ∈ + ที่ n≥2 จะ ไดว่า (1 + x)n > 1 + nx ้ 3. กําหนดความสัมพันธ์ an = 6an −1 − 9an − 2 โดยที่ a0 = 1 และ a1 = 6 จงแสดงว่า an = 3n + n ⋅ 3n สําหรับทุกๆ n ∈  + 1.3 สั มประสิ ทธิ์ทวินาม (Binomial Coefficients) ผลบวกของพจน์ 2 พจน์ เรี ยกว่า นิพจน์ ทวินาม (binomial expression) ในที่น้ ีจะนิยาม สัมประสิทธิ์ทวิ นาม (binomial coefficients) ที่เกิดจากการกระจายกําลังของนิพจน์ทวินาม ดังนี้ n บทนิยาม 1.14 ให้ n, r ∈  + ∪ {0} และ r≤n สัมประสิทธ์ ิทวินาม   จะนิยาม ดงน้ ี ั r n n!  =  r  r !(n − r )! n และถา ้ r>n แลว  ้ =0 r
  • 8. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-8 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม ทฤษฎบท 1.15 ี ให้ n, r ∈  + ∪ {0} และ r≤n จะไดว่า ้ n n (1) = = 1   0 n n  n  (2)  =  r  n − r n n! n! n n! n! การพิสูจน์ (1)  =  = = 1 และ   = = = 1  0  0!(n − 0)! n!  n  n !(n − n)! n !0! n n! n!  n  (2) = =   =    r  r !(n − r )! (n − (n − r ))!(n − r )!  n − r  ทฤษฎบท 1.16 ี เอกลกษณ์ของปาสกาล (Pascal’s Identity) ั  n   n   n + 1 ให้ n, r ∈  + และ r≤n แลว  ้ + =   r   r − 1  r  n  n  n! n! การพิสูจน์  + =  +  r   r − 1 r !(n − r )! (r − 1)!(n − (r − 1))! n !(n − (r − 1)) n !r = + r !(n − (r − 1))! r !(n − ( r − 1))! n !(n + 1) (n + 1)!  n + 1 = = =  r !(n − (r − 1))! r !(n − (r − 1))!  r  หมายเหตุ จากทฤษฎีบท 1.16 สามารถที่จะนํามาสร้างรู ปสามเหลี่ยมปาสกาล (Pascal’s triangle) ซ่ึงไดชื่อ ้ มาจากเบลส์ ปาสกาล (Blaise Pascal) นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ตัวอย่างของรู ปสามเหลี่ยมปาสกาล ใน 9 แถวแรก เป็นดงน้ ี ั 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 สัมประสิ ทธิ์ทวินามเกิดจากการกระจายนิพจน์ทวินามยกกําลัง ทฤษฎบท 1.17 ี ทฤษฎบททวนาม (The Binomial Theorem) ี ิ ให้ x และ y เป็ นตัวแปร และ n เป็ นจํานวนเต็มบวก แล้ว n n n  n  n −1  n  n ( x + y ) n   x n +   x n −1 y +   x n − 2 y 2 + ... +  =  xy +   y 0 1  2  n − 1 n
  • 9. เอกสารประกอบการสอน วิชา ค.337 ทฤษฎีจํานวน ฉบบแก้ไข 2/54 โดย อาจารย์ ดร. จริ นทร์ ทิพย์ เฮงคราวิทย์ 1-9 ั บทที่ 1 จํานวนเต็ม n n หรือ ∑ i ( x + y ) n =  x n −i y i i =0   การพิสูจน์ เป็ นแบบฝึ กหัด (แนะนา ํ : ใชการอุปนยเชิงคณิตศาสตร์) ้ ั ข้อสังเกต ทฤษฎีบททวินาม จะแสดงให้เห็นว่าสัมประสิ ทธิ์ของการกระจาย ( x + y)n จะเป็ นจํานวนทั้งหลายใน แถวที่ (n + 1) ของรู ปสามเหลี่ยมปาสกาล เมื่อ n = 0,1, 2,... n n   บทแทรก 1.18 ให้ n เป็ นจํานวนเต็มที่ไม่เป็ นลบ แล้ว 2n = ∑   i =0  i  การพิสูจน์ เป็ นแบบฝึ กหัด (แนะนา ํ : ใชทฤษฎีบท 1.17) ้ แบบฝึ กหัด 1.5 1. จงพิสูจน์ทฤษฎีบท 1.17 และบทแทรก 1.18