§数学归纳法 1.数学归纳法的概念及基本步骤 数学归纳法是用来证明某些与正整数n有关的数学命题的一种方法.它的基本步骤是: (1)验证:n=n0 时,命题成立; (2)在假设当n=k(k≥n0)时命题成立的前提下,推出当n=k+1时,命题成立. 根据(1)(2)可以断定命题对一切正整数n都成立. 2.归纳推理与数学归纳法的关系 数学上,在归纳出结论后,还需给出严格证明.在学习和使用数学归纳法时, 需要特别注意: (1)用数学归纳法证明的对象是与正整数n有关的命题; (2)在用数学归纳法证明中,两个基本步骤缺一不可. 1.用数学归纳法证明命题的第一步时,是验证使命题成立的最小正整数n,注意n不一定是1. 2.当证明从k到k+1时,所证明的式子不一定只增加一项;其次,在证明命题对n=k+1成立时,必须运用命题对n=k成立的归纳假设.步骤二中,在 由k到k+1的递推过程中,突出两个“凑”:一“凑”假设,二“凑”结论.关键是明确n=k+1时证明的目标,充分考虑由n=k到n=k+1时命题 形式之间的区别与联系,若实在凑不出结论,特别是不等式的证明,还可以应用比较法、分析法、综合法、放缩法等来证明当n=k+1时命题也成立,这也是证题的常用方法. 3.用数学归纳法证命题的两个步骤相辅相成,缺一不可.尽管部分与正整数 有关的命题用其他方法也可以解决,但题目若要求用数学归纳法证明,则必须 依题目的要求严格按照数学归纳法的步骤进行,否则不正确. 4.要注意“观察——归纳——猜想——证明”的思维模式,和由特殊到一般的数学思想的应用,加强合情推理与演绎推理相结合的数学应用能力.
5.数学归纳法与归纳推理不同.(1)归纳推理是根据一类事物中部分事物具有某种属性,推断该类事物中每一个都有这种属性.结果不一定正确,需要进行严格的证明.(2)数学归纳法是一种证明数学命题的方法,结果一定正确. 6.在学习和使用数学归纳法时,需要特别注意: (1)用数学归纳法证明的对象是与正整数n 有关的命题,要求这个命题对所有的正整数n 都成立; (2)在用数学归纳法证明中,两个基本步骤缺一不可. 数学归纳法是推理逻辑,它的第一步称为奠基步骤,是论证的基础保证,即通过验证落实传递的起点,这个基础必须真实可靠;它的第二步称为递推步骤,是命题具有后继传递的保证,即只要命题对某个正整数成立,就能保证该命题对后继正整数都成立,两步合在一起为完全归纳步骤,称为数学归纳法,这两步各司其职,缺一不可.特别指出的是,第二步不是判断命题的真伪,而是证明命题是否具有传递性.如果没有第一步,而仅有第二步成立,命题也可能是假命题. 证明:12+122+123+…+12 n -1+12n =1-1 2n (其中n ∈N +). [证明] (1)当n =1时,左边=12,右边=1-12=1 2,等式成立. (2)假设当n =k (k ≥1)时,等式成立,即 12+122+123+…+12k -1+12k =1-12k , 那么当n =k +1时, 左边=12+122+123+…+12k -1+12k +1 2k +1 =1-12k +12k +1=1-2-12k +1=1-1 2k +1=右边. 这就是说,当n =k +1时,等式也成立. 根据(1)和(2),可知等式对任何n ∈N +都成立. 用数学归纳法证明:1-12+13-14+…+12n -1- 1 2n
1.5 归纳法原理与反归纳法 数学归纳法是中学教学中经常使用的方法.中学教材中的数学归纳法是这样叙述的:如果一个命题与自然数有关,命题对n =1正确;若假设此命题对n -1正确,就能推出命题对n 也正确,则命题对所有自然数都正确.通俗的说法:命题对n =1正确,因而命题对n =2也正确,然后命题对n =3也正确,如此类推,命题对所有自然数都正确.对于中学生来说,这样形象地说明就足够了;但是毕竟自然数是无限的,因而上述描述是不够严格的,有了皮阿罗公理后,我们就能给出归纳法的严格证明. 定理1.19 如果某个命题T,它的叙述含有自然数,如果命题T对n =1是正确的,而且假定如果命题T对n 的正确性就能推出命题T对n +1也正确,则命题T对一切自然数都成立.(第一数学归纳法) 证明 设M是使所讨论的例题T正确的自然数集合,则 (1) M ∈1. 设M n ∈,则命题T对n 正确,这时命题对n n '=+1也正确,即 (2) M n ∈' 所以由归纳公理D,M含有所有自然数,即命题T对所有自然数都成立. 下面我们给出一个应用数学归纳法的命题. 例1 求证 6 ) 12)(1(212 2 2 ++= +++n n n n 证明 (1)当n =1时,有 16 ) 112()11(112 =+?++?= 所以n =1,公式正确. (2)假设当k =n 时,公式正确,即 6 ) 12)(1(212 2 2 ++= +++n n n n 那么当k =n +1时,有 =+++++=+++++2 2222222)1()21()1(21n n n n =++++2 ) 1(6 ) 12)(1(n n n n =++++6 ) 1(6)12)(1(2 n n n n =++++6 )] 1(6)12()[1(n n n n =+++6 ) 672)(1(2 n n n =+++6) 32)(2)(1(n n n =+++++6 ) 1)1(2)(1)1)((1(n n n 所以公式对n +1也正确.
用放缩法处理数列和不等问题(教师版) 一.先求和后放缩(主要是先裂项求和,再放缩处理) 例1.正数数列{}n a 的前n 项的和n S ,满足12+=n n a S ,试求: (1)数列{}n a 的通项公式; (2)设11+= n n n a a b ,数列{}n b 的前n 项的和为n B ,求证:2 1 专题十三 推理与证明 第三十九讲 数学归纳法 解答题 1.(2017浙江)已知数列{}n x 满足:11x =,11ln(1)n n n x x x ++=++()n ∈* N . 证明:当n ∈* N 时 (Ⅰ)10n n x x +<<; (Ⅱ)1 122 n n n n x x x x ++-≤ ; (Ⅲ)1211 22 n n n x --≤≤. 2.(2015湖北) 已知数列{}n a 的各项均为正数,1 (1)()n n n b n a n n +=+∈N ,e 为自然对数的 底数. (Ⅰ)求函数()1e x f x x =+-的单调区间,并比较1 (1)n n +与e 的大小; (Ⅱ)计算 11b a ,1212 b b a a ,123123 b b b a a a ,由此推测计算12 12n n b b b a a a 的公式,并给出证明; (Ⅲ)令112()n n n c a a a =,数列{}n a ,{}n c 的前n 项和分别记为n S ,n T , 证明:e n n T S <. 3.(2014江苏)已知函数0sin ()(0) x f x x x =>,设()n f x 为1()n f x -的导数,n *∈N . (Ⅰ)求()() 122222 f f πππ+的值; (2)证明:对任意的n *∈N ,等式()( ) 1444n n nf f -πππ+=成立. 4.(2014安徽)设实数0>c ,整数1>p ,*N n ∈. (Ⅰ)证明:当1->x 且0≠x 时,px x p +>+1)1(; (Ⅱ)数列{}n a 满足p c a 11>,p n n n a p c a p p a -++-= 111, 证明:p n n c a a 1 1>>+. 5.(2014 重庆)设1 11,(*)n a a b n N +==+∈ 放缩法在数列不等式中的应用 数列不等式是高考大纲在知识点交汇处命题精神的重要体现,在高考试题中占有重要地位,在近几年的高考试题中,多个省份都有所考查,甚至作为压轴题。而数列不等式的求解常常用到放缩法,笔者在教学过程中发现学生在用放缩法处理此类问题时,普遍感到困难,找不到解题思路。现就放缩法在数列不等式求解过程中常见的几种应用类型总结如下。 1. 直接放缩,消项求解 例1在数列{}{},n n a b 中,112,4a b ==,且1,,n n n a b a +成等差数列,11,,n n n b a b ++成等比数列. *N n ∈, (Ⅰ)求234,,a a a 及234,,b b b ,由此猜测{}{},n n a b 的通项公式,并证明你的结论; (Ⅱ)证明:1122111512 n n a b a b a b +++<+++L . 分析:(Ⅰ)数学归纳法。 (Ⅱ)本小题的分母可化为不相同的两因式的乘积,可将其放缩为等差型两项之积,通过裂项求和。 (Ⅰ)略解2(1)(1)n n a n n b n =+=+,. (Ⅱ)11115612 a b =<+.n ≥2时,由(Ⅰ)知(1)(21)2(1)n n a b n n n n +=++>+. 故112211111111622334(1)n n a b a b a b n n ??+++<++++ ?+++??+?? …… 111111116223341n n ??=+-+-++- ?+?? … 111111562216412n ??= +-<+= ?+??,综上,原不等式成立. 点评: 数列和式不等式中,若数列的通项为分式型,可考虑对其分母进行放缩,构造等差型因式之积。再用裂项的方法求解。 另外,熟悉一些常用的放缩方法, 如: ),,2,1(1 1121n k n k n n Λ=+≤+≤,n n n n n n n n n 111)1(11)1(11112--=-≤<+=+- 例2设数列{}n a 满足*,1,1311N c c ca a a n n ∈-+==+其中c 为实数 1、数学归纳法的理论基础 数学归纳法,人类天才的思维、巧妙的方法、精致的工具,解决无限的问题。它体现的是利用有限解决无限问题的思想,这一思想凝结了数学家们无限的想象力和创造力,这无疑形成了数学证明中一道绚丽多彩的风景线。它的巧妙让人回味无穷,这一思想的发现为后来数学的发展开辟了道路,如用有限维空间代替无限维空间(多项式逼近连续函数)用有限过程代替无限过程(积分和无穷级数用有限项和答题,导数用差分代替)。 1.1数学归纳法的发展历史 自古以来,人们就会想到问题的推广,由特殊到一般、由有限到无限,可人类对无限的把握不顺利。在对无穷思考的过程中,古希腊出现了许多悖论,如芝诺悖论,在数列中为了确保结论的正确,则必须考虑无限。还有生活中一些现象,如烽火的传递,鞭炮的燃放等,触动了人类的思想。 安提丰用圆周内接正多边形无穷地逼近圆的方法解决化圆为方;刘徽、祖冲之用圆内接正多边形去无穷地逼迫圆,无穷的问题层出不穷,后来古希腊欧几里得对命题“素数的个数是无穷的”的证明,通过了有限去实现无限,体现了数学归纳法递推思想。但要形成数学归纳法中明确的递推,清晰的步骤确是一件不容易的事,作为自觉运用进行数学证明却是近代的事。 伊本海塞姆(10世纪末)、凯拉吉(11世纪上叶)、伊本穆思依姆(12世纪末)、伊本班纳(13世纪末)等都使用了归纳推理,这表明数学归纳法使用较普遍,尤其是凯拉吉利用数学归纳法证明 22 333 (1)124n n n +++??????+= 这是数学家对数学归纳法的最早证明。 接着,法国数学家莱维.本.热尔松(13世纪末)用"逐步的无限递进",即归纳推理证明有关整数命题和排列组合命题。他比伊斯兰数学家更清楚地体现数学归纳法证明的基础,递进归纳两个步骤。 到16世纪中叶,意大利数学家毛罗利科对与全体和全体自然数有关的命题的证明作了深入的考察在1575年,毛罗利科证明了 21n n a a n ++= 其中1231,2k a k =+++??????=?????? 他利用了逐步推理铸就了“递归推理”的思路,成为了较早找到数学归纳中“递归推理”的数学家,为无限的把握提供了思维。 17世纪法国数学家帕斯卡为数学归纳法的发明作了巨大贡献,他首先明确而清晰地阐述数学归纳法的运用程序,并完整地使用数学归纳法,证明了他所发 课题:数学归纳法 【三维目标】: 一、知识与技能 1.了解数学归纳法的原理,能用数学归纳法证明一些简单的数学命题。 2.抽象思维和概括能力进一步得到提高. 二、过程与方法 通过数学归纳法的学习,体会用不完全归纳法发现规律,用数学归纳法证明是解决问题的一种重要途径,用数学归纳法进行证明时,“归纳奠基”与“归纳递推”两个步骤缺一不可,而关键的第二步,其本质是证明一个递推关系。 三、情感,态度与价值观 体会数学归纳法是用有限步骤解决无限问题的重要方法,提高归纳、猜想、证明能力。 【教学重点与难点】: 重点:是了解数学归纳法的原理及其应用。 难点:是对数学归纳法的原理的了解,关键是弄清数学归纳法的两个步骤及其作用。 【课时安排】:2课时 第一课时 【教学思路】: (一)、创设情景,揭示课题 问题1:P 71中的例1.在数列{a n }中,a 1=1,a n+1= n n a a +1(n ∈N+),先计算a 2,a 3,a 4的值,再推测通项an 的公式. 生:a 2=21,a 3=31,a 4=41.由此得到:a n =n 1(n ∈N +). 问题2:通过计算下面式子,你能猜出()()121531--++-+-n n 的结果吗?证明你的结论? ________97531________ 7531_______531_______ 31=-+-+-=+-+-=-+-=+- 生:上面四个式子的结果分别是:2,-3,4,-5,因此猜想: ()()()n n n n 1121531-=--++-+- (*) 怎样证明它呢? 问题3:我们先从多米诺骨牌游戏说起,这是一种码放骨牌的游戏,码放时保证任意相邻的两块骨牌,若前一块骨牌倒下,则一定导致后一块骨牌也倒下。只要推倒第一块骨牌,由于第一块骨牌倒下,就可导致第二块骨牌倒下;而第二块骨牌倒下,就可以导至第三块骨牌倒下……最后,不论有多少块,都能全部倒下。 (二)、研探新知 原理分析:问题3:可以看出,使所有骨牌都倒下的条件有两个: (1) 第一块骨牌倒下; (2) 任意相邻的两块骨牌,前一块倒下.一定导致后一块倒下。 可以看出,条件(2)事实上给出了一个递推关系:当第k 块倒下时,相邻的第k+1块也倒下。这样只要第1块骨牌倒下,其他所有的骨牌就能够相继倒下。事实上,无论有多少块骨牌,只要保证(1)高考真题突破:数学归纳法
第一轮复习 放缩法技巧全总结
浅谈数学归纳法在高考中的应用
高三数学课题:数学归纳法(公开课讲解)
用放缩法证明不等式的方法与技巧答案