Comprobar que siete más cinco da un número par es una cuenta. Demostrar que la suma de cualesquiera dos impares es par requiere explicar por qué siempre se pueden formar parejas. Partiremos de esas representaciones concretas para aprender tres rutas de prueba y saber qué autoriza cada paso.
Si necesitas repasar:
1. Antes de demostrar, distinguimos dominio, datos y objetivo
En si n es múltiplo de cuatro, entonces n es par, el dominio son los enteros, el dato es que n=4k para algún k entero y el objetivo es escribir n=2r con r entero. El parámetro k puede variar: no estamos eligiendo un único múltiplo favorable.
Las definiciones convierten las palabras en herramientas. Par significa 2k; impar, 2k+1, con k entero.
La frase n=2k sin exigir k entero no caracterizaría paridad: cualquier real n se puede escribir como 2(n/2).
Traducir una afirmación completa
Descompón: el cuadrado de cualquier múltiplo de cinco es múltiplo de veinticinco.
Dominio y dato
n∈ℤ y n=5k con k∈ℤ.Objetivo
Encontrar r∈ℤ tal que n²=25r.Ruta visible
Al cuadrar 5k aparece 25k²; el candidato a r es k².
Dato: 5k; objetivo: 25 por un entero.
Dar solo el ejemplo n=10 no cubre todos los múltiplos de cinco.
Por qué hay dos parámetros
a y b son impares arbitrarios. ¿Podemos escribir ambos como 2k+1 con el mismo k?
Dos elecciones
a=2r+1 y b=2s+1, con r,s enteros independientes.Mismo parámetro
Usar el mismo k impondría a=b sin que se haya dado.
Caso permitido
a=3 y b=7 requieren r=1 y s=3.
Se usan dos parámetros, que pueden coincidir o no.
Una demostración no puede añadir una igualdad que la hipótesis no exige.
2. La prueba directa avanza desde la definición hasta la propiedad pedida
Una sustitución usa el dato, un desarrollo usa una identidad y el último paso vuelve a la definición del objetivo. No basta terminar en una igualdad verdadera: debe expresar exactamente la propiedad solicitada.
En divisibilidad y paridad, suele faltar justificar que el factor restante sea entero. Si obtenemos 3r con r racional, aún no hemos probado múltiplo entero de tres. El dominio de cada variable sostiene la conclusión.
Dos impares multiplicados
Prueba que el producto de dos enteros impares es impar.
Definiciones
a=2r+1, b=2s+1 con r,s∈ℤ.Desarrollar
ab=4rs+2r+2s+1=2(2rs+r+s)+1.Volver a impar
2rs+r+s es entero; el producto tiene forma 2k+1.
El producto es impar para cualquier pareja de impares.
El argumento incluye impares negativos y no exige que a y b sean iguales.
Cerrar una cadena de divisibilidad
Si a divide b y b divide c, prueba que a divide c.
Escribir lo dado
b=ar y c=bs con r,s enteros.Sustituir
c=(ar)s=a(rs).Concluir
rs es entero; c es a multiplicado por un entero.
La divisibilidad es transitiva.
No hemos dividido por a ni por b, así que el argumento no introduce un divisor posiblemente nulo.
3. La contraposición invierte el orden y niega las dos partes
P⇒Q y ¬Q⇒¬P excluyen la misma situación: P verdadera con Q falsa. Por eso son equivalentes en la lógica clásica de esta página. La ruta contrapuesta resulta útil cuando negar el objetivo da una forma que sabemos calcular.
Escribimos primero la frase completa. Si n es entero, no ser par equivale a ser impar: la división por dos tiene resto cero o uno. Fuera de los enteros, no podemos usar automáticamente esa alternativa de paridad.
Una contraposición con desigualdades
Para x real, prueba que x²<9 implica x<3.
Identificar
P es x²<9; Q es x<3.Contraponer
Si x≥3, entonces x²≥9.Probar esa ruta
x≥3>0 permite elevar la desigualdad al cuadrado sin invertirla; llegamos a ¬P.
La implicación original queda probada.
El original es más débil que |x|<3; no hemos probado aquí una equivalencia con x<3.
Negar la conclusión de divisibilidad
Prueba: si 6 no divide n, entonces 3 no divide n o 2 no divide n, para n entero.
Contraposición
Si tres y dos dividen n, entonces seis divide n.
Usar paridad
n=3k.Como n es par, k no puede ser impar: tres por impar sería impar.
Completar
k=2r; por tanto n=6r con r entero.
La contraposición prueba la afirmación.
Negar una disyunción exige negar ambas partes: no es suficiente suponer solo divisibilidad por tres.
4. Recíproca e inversa son otras afirmaciones
La inversa lógica es ¬P⇒¬Q; equivale a la recíproca, no en general al original. Mantener los nombres P y Q ayuda, pero comprobamos también el significado completo y el dominio.
Un contraejemplo a una implicación debe tener hipótesis verdadera y conclusión falsa. Elegir una entrada cuya hipótesis ya es falsa no la refuta. Esa comprobación explica por qué ciertas aparentes excepciones no sirven.
| Nombre | Forma |
|---|---|
| Original | P⇒Q |
| Contraposición | ¬Q⇒¬P |
| Recíproca | Q⇒P |
| Inversa lógica | ¬P⇒¬Q |
Una recíproca que falla
En ℤ, el original dice: múltiplo de cuatro ⇒ par. Estudia su recíproca.
Original
n=4k=2(2k), así que es verdadero.Recíproca
Par ⇒ múltiplo de cuatro.Contraejemplo
Seis es par, pero no es múltiplo de cuatro.
La recíproca es falsa aunque el original sea verdadero.
Tres no habría servido para refutar la recíproca porque no cumple su hipótesis de ser par.
Relacionar las cuatro frases
Para P: x>2 y Q: x²>4, con x real, decide la inversa y la contraposición.
Inversa
x≤2⇒x²≤4; falla con x=−3.Contraposición
x²≤4⇒x≤2; es verdadera.Original
x>2⇒x²>4 también es verdadera: ambas rutas equivalentes excluyen la misma situación.
Inversa falsa; contraposición verdadera.
En x=−3, la hipótesis de la inversa sí es verdadera y su conclusión es falsa.
5. Por contradicción, suponemos la negación y nombramos el conflicto
Para probar Q, suponemos provisionalmente ¬Q y deducimos algo imposible con los datos válidos. Para probar P⇒Q de este modo, mantenemos P y ¬Q hasta llegar al conflicto. Al cerrar, se rechaza el supuesto provisional, no una hipótesis auténtica del problema.
La contradicción debe estar identificada: un entero a la vez par e impar, una desigualdad y su negación o un divisor común que contradice irreducibilidad. Escribir absurdo sin decir qué afirmaciones chocan oculta el punto esencial.
No hay un mayor entero
Prueba por contradicción que no existe el mayor entero.
Supuesto negado
Supón que M∈ℤ es mayor o igual que todos los enteros.
Construcción
M+1 también es entero y M+1>M.Conflicto
Por ser M el mayor, debería M+1≤M.Eso contradice M+1>M.
No existe mayor entero.
La misma construcción no refuta que un conjunto finito de enteros tenga máximo: M+1 podría quedar fuera de ese conjunto.
Irracionalidad de la raíz de dos
Prueba que no hay racional x con x²=2.
Supuesto y reducción
x=a/b, con a,b enteros, b≠0 y fracción irreducible.Entonces a²=2b².Paridad
Un cuadrado par obliga a base par: si la base fuera 2k+1, su cuadrado sería 2(2k²+2k)+1.
Así a=2r.Conflicto
4r²=2b² da b²=2r²; también b es par. a y b tienen divisor común dos, contra irreducibilidad.
No existe ese racional.
La irreducibilidad es legítima porque todo racional puede representarse en forma reducida; sin declararla no habría contradicción por compartir un factor.
6. Elegimos la ruta por lo que permiten calcular sus supuestos
La contraposición puede probarse directamente: partimos de ¬Q y llegamos a ¬P sin ningún supuesto adicional. En una contradicción de P⇒Q partimos de P y ¬Q y buscamos una incompatibilidad. Ambas rutas son válidas, pero conviene anunciar cuál estamos usando.
No hay obligación de forzar un método difícil. Si la definición del dato produce de inmediato el objetivo, la prueba directa suele ser suficiente. Si negar la conclusión da un objeto algebraico sencillo, puede convenir la contraposición. Para negar una existencia, la contradicción permite empezar con un supuesto testigo.
La misma implicación por dos rutas
En ℝ, prueba x>0⇒x+1>1.
Directa
Sumar uno a x>0 da x+1>1.Contrapuesta
Si x+1≤1, restar uno da x≤0.Por contradicción
Suponer x>0 y x+1≤1 da x>0 y x≤0 a la vez.
Las tres rutas llegan al mismo resultado.
Aquí la directa tiene un solo enlace; un método válido no tiene por qué ser el más largo.
Elegir un supuesto útil para no existencia
¿Cómo probar que no hay entero n con 2n=1?
Supón un testigo
Sea n entero con 2n=1.Usar el dominio
2n es par; uno es impar.
Conflicto
Ningún entero es a la vez par e impar, así que tal testigo no existe.
La contradicción descarta toda existencia.
Despejar n=1/2 también sirve directamente: no pertenece a ℤ. El dominio es decisivo en ambas rutas.
7. Si y solo si contiene dos direcciones
Una dirección puede ser directa y la otra contrapuesta. Escribimos qué estamos suponiendo en cada mitad y no reutilizamos como probado lo que todavía queremos demostrar.
Una cadena con ⇔ exige que cada transformación sea reversible en el dominio. Elevar al cuadrado puede perder el signo; multiplicar por una expresión que pueda ser cero puede añadir soluciones. Si usamos solo ⇒, comprobamos los candidatos en el enunciado inicial.
Una equivalencia de paridad
Prueba que, para n entero, n es impar si y solo si n² es impar.
Primera dirección
n=2k+1 da n²=2(2k²+2k)+1: impar.Segunda por contraposición
Si n no es impar, es par: n=2k y n²=2(2k²), que no es impar.Unir
Quedan probadas ambas implicaciones.
n impar ⇔ n² impar, en ℤ.
La segunda mitad no se sustituye por repetir la primera con las mismas hipótesis.
Un cuadrado no conserva todos los signos
Resuelve x=−2 y compara con lo que pasa al elevar al cuadrado.
Implicación válida
x=−2⇒x²=4.Ecuación transformada
x²=4 tiene candidatos x=−2 y x=2.Volver al original
Dos no cumple x=−2, así que no es solución original.
Elevar al cuadrado dio una implicación, no equivalencia.
El chequeo en el enunciado inicial elimina el candidato añadido.
8. Un ejemplo prueba existencia; un contraejemplo refuta un universal
Para existe x con una propiedad, un testigo válido basta. Para todo x la cumple, hace falta un argumento general o revisar todos si el dominio es finito y completamente enumerado. Un millón de casos favorables no cubre por sí solo un dominio infinito.
Al refutar si P entonces Q, comprobamos las dos condiciones: el caso cumple P y falla Q. Si olvidamos la primera, quizá solo estemos mostrando algo que el enunciado nunca prometía. Al probar una existencia, comprobamos también que el testigo pertenece al dominio.
Testigo de una existencia
Demuestra que existe un entero n con n²>20 y n<0.
Elegir
n=−5.Comprobar todo
Es entero, es negativo y n²=25>20.Alcance
Basta este testigo; no se requiere demostrarlo para todos los enteros.
La existencia es verdadera.
Cinco cumpliría el cuadrado, pero no la condición negativa del enunciado.
Buscar un contraejemplo que entre en la hipótesis
Refuta: si n es entero impar, n²<10.
No sirve
n=4 no es impar y no entra en la hipótesis.Sí sirve
n=5 es entero impar.Conclusión falsa
5²=25 no es menor que diez.
n=5 refuta el universal.
n=1 es favorable, pero no neutraliza el contraejemplo cinco.
9. Cada operación necesita sus condiciones y la conclusión no puede ser un dato
Podemos trabajar hacia atrás en un borrador para descubrir qué bastaría demostrar. La prueba terminada debe partir de los datos o mantener equivalencias justificadas. Usar como premisa la conclusión o una formulación equivalente no aporta una demostración.
Dividir requiere divisor no nulo; al dividir una desigualdad debemos conocer el signo. En los reales, ab=0 obliga a algún factor cero. En otro sistema, como las clases módulo cuatro, [2][2]=[0] muestra que esa propiedad no es automática.
La falsa prueba de que uno es dos
Se toma a=b=1, se llega a (a−b)(a+b)=b(a−b) y se cancela a−b. ¿Dónde falla?
Antes de cancelar
Con a=b, ambos lados son cero: la igualdad es válida.
Factor cancelado
a−b=0.Operación inválida
Cancelar equivale a dividir por cero.
No se puede deducir a+b=b.
La cancelación por un factor cero es el fallo.
Un paso prohibido no se arregla porque las igualdades anteriores fueran correctas.
Signo desconocido y desigualdad
De ax>a, ¿se deduce x>1 para cualquier a real?
Si a>0
Dividir por a conserva el signo: x>1.Si a<0
Se invierte: x<1.Contraejemplo al salto general
a=−2, x=0 cumple 0>−2, pero no 0>1.
Hace falta separar el signo de a; con a=0 la hipótesis es imposible.
La conclusión depende de una condición que no estaba declarada.
10. La última línea debe ser exactamente lo que se quería probar
Revisamos dominio, arbitrariedad, supuestos provisionales y propiedad de llegada. Una cuenta como n²=25r demuestra múltiplo de veinticinco solo si r es entero. Una contradicción debe explicar qué supuesto se elimina, y una contraposición debe volver a enlazar con la afirmación original.
También distinguimos error algebraico de enunciado falso. Si un contraejemplo cumple los datos y viola el objetivo, corresponde corregir el enunciado; no alargar un razonamiento para esconderlo. Una prueba clara permite localizar cada uso de una hipótesis.
Terminar una prueba de múltiplos
Si n es múltiplo de cinco, prueba que n² es múltiplo de veinticinco.
Dato
n=5k, k entero.Cuenta
n²=25k².Cierre necesario
k²∈ℤ; así n² es veinticinco por un entero.
Objetivo probado en el dominio entero.
Si solo dijéramos que existe r real con n²=25r, no habríamos demostrado divisibilidad entera.
Detectar una hipótesis que falta
Alguien afirma: para todo real x, √(x²)=x. ¿Qué hacemos?
Probar un caso crítico
x=−3 da √9=3, no −3.Corregir
En ℝ, √(x²)=|x|.Condición suficiente
La expresión sí vale x cuando x≥0.
El enunciado original es falso; necesita valor absoluto o restricción.
Ningún método de demostración puede validar un universal que ya tiene un contraejemplo.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Un argumento directo
Prueba que la suma de dos enteros impares es par.
Objetos arbitrarios
Sean a y b dos enteros impares cualesquiera, distintos o iguales.
Traducir
a=2r+1 y b=2s+1 para r,s enteros; cada número tiene su propio parámetro.
Sumar
a+b=(2r+1)+(2s+1)=2r+2s+2.Agrupar parejas
2r+2s+2=2(r+s+1).Los dos unos forman una pareja adicional.
Dominio del factor
r+s+1 es entero porque los enteros se conservan al sumar.
Conclusión
La suma es dos por un entero; es par. La elección arbitraria cubre todas las parejas dadas.
La suma es par.
La representación también incluye impares negativos. Por ejemplo −3=2(−2)+1, de modo que el argumento no necesita positividad.
EJEMPLO RESUELTO 2
Contraposición útil
Prueba que si n² es par, entonces n es par.
Leer la ruta
n es entero. Probaremos la contraposición: si n no es par, n² no es par.
Usar la alternativa entera
No ser par equivale a ser impar, así que n=2k+1 para k entero.
Cuadrar con término cruzado
n²=(2k+1)²=4k²+4k+1.Reescribir
n²=2(2k²+2k)+1.Interpretar
2k²+2k es entero; esa forma demuestra que n² es impar.
Volver al original
Hemos probado ¬Q⇒¬P para todos los enteros. Por equivalencia lógica, n² par implica n par.
La implicación original queda demostrada.
La división euclídea garantiza que todo entero es par o impar y no ambos. Esa alternativa permite reemplazar las negaciones por la paridad contraria.
Los símbolos que hemos usado
- P⇒Q
- Implicación con hipótesis P y conclusión Q.
- ¬P
- Negación de la proposición P.
- Contraposición
- Implicación equivalente ¬Q⇒¬P.
- Recíproca
- Implicación Q⇒P, que en general es distinta de la original.
- n=2k, n=2k+1
- Definiciones de entero par e impar, respectivamente, con k entero.
- a∣b
- a divide b: b=ak para algún entero k.
- Contradicción
- Deducción de dos afirmaciones incompatibles a partir de los supuestos de una prueba.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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