高考数学文科(高考真题+模拟新题)分类汇编：M单元 推理与证明

数 学
M 单元 推理与证明
M1 合情推理与演绎推理
16．，[2014·福建卷] 已知集合{a ，b ，c }＝{0，1，2}，且下列三个关系：①a ≠2；②b ＝2；③c ≠0有且只有一个正确，则100a ＋10b ＋c 等于________．
16．201 [解析] (i)若①正确，则②③不正确，由③不正确得c ＝0，由①正确得a ＝1，所以b ＝2，与②不正确矛盾，故①不正确．
(ii)若②正确，则①③不正确，由①不正确得a ＝2，与②正确矛盾，故②不正确． (iii)若③正确，则①②不正确，由①不正确得a ＝2，由②不正确及③正确得b ＝0，c ＝1，故③正确．
则100a ＋10b ＋c ＝100×2＋10×0＋1＝201.
14．[2014·全国新课标卷Ⅰ] 甲、乙、丙三位同学被问到是否去过A ，B ，C 三个城市时，甲说：我去过的城市比乙多，但没去过B 城市．乙说：我没去过C 城市．丙说：我们三人去过同一城市．
由此可判断乙去过的城市为________．
14．A [解析] 由甲没去过B 城市，乙没去过C 城市，而三人去过同一城市，可知三人去过城市A ，又由甲最多去过两个城市，且去过的城市比乙多，故乙只去过A 城市．
14．[2014·陕西卷] 已知f (x )＝x 1＋x
，x ≥0，若f 1(x )＝f (x )，f n ＋1(x )＝f (f n (x ))，n ∈N ＋，则f 2014(x )的表达式为________．
14.x 1＋2014x [解析] 由题意，得f 1(x )＝f (x )＝x 1＋x
， f 2(x )＝x
1＋x 1＋x 1＋x
＝x 1＋2x ，f 3(x )＝x 1＋3x ，…， 由此归纳推理可得f 2014(x )＝x 1＋2014x
.
M2 直接证明与间接证明
21．、[2014·湖南卷] 已知函数f (x )＝x cos x －sin x ＋1(x ＞0)．
(1)求f (x )的单调区间；
(2)记x i 为f (x )的从小到大的第i (i ∈N *)个零点，证明：对一切n ∈N *，有1x 21＋1x 22＋…＋1x 2n
＜23
. 21．解： (1)f ′(x )＝cos x －x sin x －cos x ＝－x sin x .
令f ′(x )＝0，得x ＝k π(k ∈N *)．
当x ∈(2k π，(2k ＋1)π)(k ∈N )时，sin x >0，此时f ′(x )<0;
当x ∈((2k ＋1)π，(2k ＋2)π)(k ∈N )时，sin x <0，此时f ′(x )>0.
故f (x )的单调递减区间为(2k π，(2k ＋1)π)(k ∈N )，单调递增区间为((2k ＋1)π，(2k ＋2)π)(k ∈N )．
(2)由(1)知，f (x )在区间(0，π)上单调递减．又f ⎝⎛⎫π2＝0，故x 1＝π2.
当n ∈N *时，因为
f (n π)f []（n ＋1）π＝[(－1)n n π＋1][(－1)n ＋1(n ＋1)π＋1]＜0，
且函数f (x )的图像是连续不断的，所以f (x )在区间(n π，(n ＋1)π)内至少存在一个零点．又f (x )在区间(n π，(n ＋1)π)上是单调的，故
n π＜x n ＋1＜(n ＋1)π.
因此，当n ＝1时，1x 21＝4π2＜23
； 当n ＝2时，1x 21＋1x 22＜1π2(4＋1)＜23
； 当n ≥3时，
1x 21＋1x 22＋…＋1x 2n <1π2⎣⎡⎦
⎤4＋1＋122＋…＋1（n －1）2 ＜1π2⎣⎡⎦⎤5＋11×2＋…＋1（n －2）（n －1）＜1π2
⎣⎡⎦
⎤5＋⎝⎛⎭⎫1－12＋⎝⎛⎭⎫12－13＋…＋⎝⎛⎭⎫1n －2－1n －1 ＝1π2⎝
⎛⎭⎫6－1n －1＜6π2＜23. 综上所述，对一切n ∈N *，1x 21＋1x 22＋…＋1x 2n ＜23
.
M3 数学归纳法
23．、[2014·江苏卷] 已知函数f 0(x )＝sin x x
(x >0)，设f n (x )为f n －1(x )的导数，n ∈N *. (1)求2f 1⎝⎛⎭⎫π2＋π2f 2⎝⎛⎭
⎫π2的值； (2)证明：对任意的n ∈N *，等式⎪
⎪⎪⎪nf n －1⎝⎛⎭⎫π4＋π4f n ⎝⎛⎭⎫π4＝22都成立． 23．解： (1)由已知，得f 1(x )＝f ′0(x )＝⎝⎛⎭⎫sin x x ′＝cos x x －sin x x
2， 于是f 2(x )＝f 1′(x )＝⎝⎛⎭⎫cos x x ′－⎝⎛⎭
⎫sin x x 2′＝ －sin x x －2cos x x 2＋2sin x x
3， 所以f 1⎝⎛⎭⎫π2＝－4π2，f 2⎝⎛⎫π2＝－2π＋16π
3. 故2f 1⎝⎛⎭⎫π2＋π2f 2⎝⎛⎭⎫π2＝－1. (2)证明：由已知得，xf 0(x )＝sin x ，等式两边分别对x 求导，得f 0(x )＋xf 0′(x )＝cos x ，
即f 0(x )＋xf 1(x )＝cos x ＝sin ⎝⎛⎭
⎫x ＋π2. 类似可得
2f 1(x )＋xf 2(x )＝－sin x ＝sin(x ＋π)，
3f 2(x )＋xf 3(x )＝－cos x ＝sin ⎝
⎛⎭⎫x ＋3π2， 4f 3(x )＋xf 4(x )＝sin x ＝sin(x ＋2π)．
下面用数学归纳法证明等式nf n －1(x )＋xf n (x )＝sin ⎝
⎛⎭⎫x ＋n π2对所有的n ∈N *都成立． (i)当n ＝1时，由上可知等式成立．
(ii)假设当n ＝k 时等式成立，即kf k －1(x )＋xf k (x )＝sin ⎝
⎛⎭⎫x ＋k π2. 因为[kf k －1(x )＋xf k (x )]′＝kf k －1′(x )＋f k (x )＋xf k ′(x )＝(k ＋1)f k (x )＋xf k ＋1(x )，
⎣⎡⎦⎤sin ⎝⎛⎭⎫x ＋k π2′＝cos ⎝⎛⎭⎫x ＋k π2·⎝⎛⎭⎫x ＋k π2′＝sin ⎣⎡⎦
⎤x ＋（k ＋1）π2， 所以(k ＋1)f k (x )＋xf k ＋1(x )＝sin ⎣⎡⎦⎤x ＋（k ＋1）π2，
因此当n ＝k ＋1时，等式也成立．
综合(i)(ii)可知，等式nf n －1(x )＋xf n (x )＝sin ⎝
⎛⎭⎫x ＋n π2对所有的n ∈N *都成立． 令x ＝π4，可得nf n －1⎝⎛⎭⎫π4＋π4f n ⎝⎛⎭⎫π4＝sin ⎝⎛⎭⎫π4
＋n π2(n ∈N *)， 所以⎪⎪⎪⎪nf n －1⎝⎛⎭⎫π4＋π4f n ⎝⎛⎭⎫π4＝ (n ∈N *)．
M4 单元综合
5．[2014·湖南长郡中学月考] 记S k ＝1k ＋2k ＋3k ＋…＋n k ，当k ＝1，2，3，…时，观察
下列等式：S 1＝12n 2＋12n ，S 2＝13n 3＋12n 2＋16n ，S 3＝14n 4＋12n 3＋14n 2，S 4＝15n 5＋12n 4＋13n 3－130
n ，S 5＝16n 6＋12n 5＋512
n 4＋An 2，…由此可以推测A ＝____________． 5．－112 [解析] 根据所给等式可知，各等式右边的各项系数之和为1，所以16＋12＋512
＋A ＝1，解得A ＝－112
.
6．[2014·日照一中月考] 二维空间中圆的一维测度(周长)l ＝2πr ，二维测度(面积)S ＝π
r 2，观察发现S ′＝l ；三维空间中球的二维测度(表面积)S ＝4πr 2，三维测度(体积)V ＝43
πr 3，观察发现V ′＝S .已知四维空间中“超球”的三维测度V ＝8πr 3，猜想其四维测度W ＝________.
6．2πr 4 [解析] 因为W ′＝8πr 3，所以W ＝2πr 4.
7．[2014·甘肃天水一中期末] 观察下列等式：
(1＋1)＝2×1；
(2＋1)(2＋2)＝22×1×3；
(3＋1)(3＋2)(3＋3)＝23×1×3×5.
照此规律，第n 个等式为________________________________________________________________________．
7．(n ＋1)(n ＋2)(n ＋3)…(n ＋n )＝2n ×1×3×5×…×(2n －1)
[解析] 观察等式规律可知第n 个等式为(n ＋1)(n ＋2)(n ＋3)…(n ＋n )＝2n ×1×3×5×…×(2n －1)．
8．[2014·南昌调研] 已知整数对的序列为(1，1)，(1，2)，(2，1)，(1，3)，(2，2)，(3，
1)，(1，4)，(2，3)，(3，2)，(4，1)，(1，5)，(2，4)，…，则第57个数对是________．
8．(2，10) [解析] 由题意，发现所给序数列有如下规律：
(1，1)的和为2，共1个；
(1，2)，(2，1)的和为3，共2个；
(1，3)，(2，2)，(3，1)的和为4，共3个；
(1，4)，(2，3)，(3，2)，(4，1)的和为5，共4个；
(1，5)，(2，4)，(3，3)，(4，2)，(5，1)的和为6，共5个．
由此可知，当数对中两个数字之和为n 时，有n －1个数对．易知第57个数对中两数之和为12，且是两数之和为12的数对中的第2个数对，故为(2，10)．
9．[2014·福州模拟] 已知点A (x 1，ax 1)，B (x 2，ax 2)是函数y ＝a x (a >1)的图像上任意不同的两点，依据图像可知，线段AB 总是位于A ，B 两点之间函数图像的上方，因此有结论ax 1＋ax 22>a x 1＋x 22
成立．运用类比的思想方法可知，若点A (x 1，sin x 1)，B (x 2，sin x 2)是函数y ＝sin x (x ∈(0，π))的图像上任意不同的两点，则类似地有________________成立．
9.sin x 1＋sin x 22<sin x 1＋x 22
[解析] 依据函数y ＝sin x (x ∈(0，π))的图像可知，线段AB 总是位于A ，B 两点之间函数图像的下方，所以有sin x 1＋sin x 22<sin x 1＋x 22
.。