数学归纳法
数学归纳法
考察后得出结论
神腰牌般的野影状的缕缕闪光体中,突然同时喷出七簇奇妙无比的青兰花色精灵,这些奇妙无比的青兰花色精灵被光一晃,立刻化作浓重的飘带,不一会儿这些飘带就一望 无际着跳向罕见异绳的上空,很快在四金砂地之上变成了闪烁怪异、质感华丽的凸凹飘动的摇钱树……这时女总裁腾霓玛娅婆婆发出最后的的狂吼,然后使出了独门绝技
=
1 2
k(k+1)+(k+1)
=
1 2
(k+1)[(k+1)+1]
右边=
1 2
(k+1)[(k+1)+1]
即n=k+1时成立。
由(1) (2)可知等式对任何n∈ N*都成立
2、 1+2+22+…+2n-1= 2n - 1
证明:(1)当n=1时,左边=1,右边=21 – 1=1 等式成立。
(2)假设当n=k成立,即 1+2+22+…+2k-1= 2k-1
三、数学归纳法
怎样由归纳法得到的某些与正整数有关的 数学命题的真假呢?
1 23
请思考:
k k+1
n-1 n
满足什么样的条件才能使骨牌全部倒下?
先证明当n取第一个值n0(例如n0=1)时命题 成立,然后假设当n=k(k∈N*,k≥n0)时命题成 立,证明当n=k+1时命题也成立,那么就证明
这个命题成立。 这种证明方法叫数学归纳法。
(3)书写格式(两个步骤一个结论)。
练习:用数学归纳法证明:
1、1+2+3+…+n=
1 2
n(n+1)
证明:(1)当n=1时,左边=1,右边=
数学归纳法
1、2、3;1、2、3;1、2、3;1、…(mod4 )即
猜想: (k≥0),下面证明之
证明当k=0时,由分析可知结论成立
假设对于k结论成立,即
从而可知
那么对于k+1时, ,
即对于k+1时结论成立
所以由数学归纳法知, , 模4不同余于0,所以 ,
数学归纳法
一、数学归纳法
最小数原理:已知 ,则 , ,使得 。
证明若 是有限集,且 ,那么 中元素可以按小到大的顺序排列,取 为其中最小的那个元素,则 , ,使得 。
若 为无限集,且 ,那么 是可列的,因而 中元素可以按小到大的顺序列出,取 为其中最小的那个元素,则 , ,使得 。
综上所述,若 ,则 , ,使得 。
因为 ,j=1,2,…,k,所以
又因为 ,故 。
解得 或 (舍去).
所以n=k+1时命题也成立.
从而, ,命题成立。
例5将质数由小到大编上序号: , , ,…求证:第 个质数 。
证当 时, ,命题成立。
假设 时命题成立,即 ,
将上面这 个不等式相乘,得
所以
因为 , ,…, 都不能整除 ,所以 的质因数 不可能是 , ,…, ,只能大于或等于 ,于是有
由 的假设可知, ,P(n)成立。
再由定理条件 ,命题P(n)成立,能推出 时,命题P(n)成立知,
,命题P(n)成立。
这与B中定有最小正整数 , ,使得 不成立矛盾。
故原假设不成立。即定理结论成立。
特别的:
(1)第一数学归纳法
取 ,当n=1(即 )时,P(1)成立,假如n=k(即 )时,P(k)成立,能推出n=k+1( )时,P(k+1)成立;则对 ,命题P(n)成立。
数学中的数学归纳法
数学中的数学归纳法数学归纳法是数学中一种常用的证明方法,它通过已知某个命题成立和成立条件,则可以推导出该命题对所有符合条件的情况都成立。
数学归纳法在数学领域中发挥着重要的作用,本文将介绍数学归纳法的基本原理和应用。
一、数学归纳法的基本原理数学归纳法的基本原理可以归纳为三个步骤:基础步骤、归纳步骤和归纳假设。
1. 基础步骤:首先要证明当n取某个特定值时,命题成立。
这是数学归纳法的起点,称为基础步骤。
通常情况下,我们会取n=1或n=0作为基础步骤。
2. 归纳步骤:接下来,假设当n=k时,命题成立,即我们假设命题对于某个值k成立。
然后,使用这个假设来证明当n=k+1时,命题也成立。
这一步骤称为归纳步骤。
3. 归纳假设:在归纳步骤中,我们假设命题对于n=k成立,这被称为归纳假设。
通过归纳假设,我们可以推导出命题对于n=k+1的情况也成立。
归纳法的基本原理就是通过基础步骤、归纳步骤和归纳假设,逐步推导出命题的成立。
二、数学归纳法的应用数学归纳法不仅仅是一种证明方法,它也被广泛应用于其他数学问题的解决中。
以下是数学归纳法的一些典型应用。
1. 证明整数性质:数学归纳法常被用来证明某个整数性质对于所有正整数成立。
例如,我们可以利用数学归纳法证明所有正整数的和公式:1 + 2 + 3 + ... + n = n(n + 1) / 2。
2. 证明不等式:数学归纳法还可以应用于证明不等式的成立。
例如,我们可以利用数学归纳法证明对于所有正整数n,2^n > n^2。
3. 证明命题等式:除了整数性质和不等式,数学归纳法也可以应用于证明命题等式的成立。
例如,我们可以利用数学归纳法证明斐波那契数列的通项公式:F(n) = (φ^n - (1-φ)^n) / √5,其中φ为黄金分割率。
数学归纳法作为一种重要的证明方法,广泛应用于数学的各个领域。
它能够简化证明过程,使得证明更加直观和清晰。
总结:数学归纳法是一种重要的证明方法,它通过基础步骤、归纳步骤和归纳假设,逐步推导出命题的成立。
数学归纳法
1、归纳法:
由特殊的事例推出一般结论的推理方法叫做归纳法。
完全归纳法:在逐步考察某个事例的所有可能的情况下 推出结论;
不完全归纳法:在考察某个事例的部分情况下推出结论 分析: (1)归纳法是一种特殊到一般的数学思想方法; (2)完全归纳法推出的结论一定正确,而不完全 归纳法推断出的结论有时不正确
2 2
2 2
B
2
)
1
2
(k C. 1 )
D. ( k 1 )[ 2 ( k 1 ) 3
1]
Ex:在数归法中,证明了若n=k时命题成立,则n=k+1时 命题也成立。现已知n=4时命题不成立,则n=( 3 )时 命题必不成立。
Ex:设 f ( x ) 是定义在正整数集上的函数,且
“当
f (k ) k
D.n 1 2
Ex:用数学归纳法证明
1 2 ( n 1) n ( n 1) 2 1
2 2 2 2 2 2 2
n(2 n 1)
2
时,由 n
k 的假设到证明 n k 1
3
时,等式左边应添加的式子是(
(k (k A. 1 ) 2 k B. 1) k
2、数学归纳法及其证明步骤
数学归纳法是证明与自然数n有关的命题 它的步骤如下: (1)证明当n取第一个值n0时命题成立; (奠基步) (2)假设当n=k(kN*, n≥n0 )时命题成立, 证明当n=k+1时命题也成立 (假设递推步) 由(1)和(2)得:该命题对n≥n0 成立 分析: (1)数学归纳法适用范围仅限于有关自然数的命题。 整数、有理数和实数等有关的命题都不适用; (2)数学归纳法的两个步骤缺一不可。
数学归纳法
A、1
B、1 a
C、1 a a2
D、1 a a2 a3
2、用数学归纳法证明: 1 1 1
1
24 46 68
2n (2n 2)
n 4(n
1)
时,从k到k+1时左边需要增添的项为__1_______
4(k 1)(k 2)
3、用数学归纳法证明: 当n N时,1 2 22 23 25n1是31 的倍数,当n=1时,原式为 _____________
7、用数学归纳法证明:
1 1 1 1 234
1 2n 1
n(n
N
, 且n
1)时,
不等式在n=k 1时的形式是 ____________
1
1 2
1 3
1 4
1 2k 1
1 2k
1 2k 1
1 2k1 1
共有多少项呢? 2k 个项
例1已知数列
1 ,1 , 1 , 1×4 4×7 7×10
,
1
则当n=k+1时,
12 + 22 + … +
k2
+
(k + 1)2
13 35
(2k 1)(2k +1) (2k +1)(2k + 3)
= k2 + k +
(k + 1)2
= k(k + 1)(2k + 3)+ 2(k + 1)2
4k + 2 (2k +1)(2k + 3)
2(2k +1)(2k + 3)
k
1
3k 1 (3k 1)(3k 4)
3k 2 4k 1 (3k 1)(3k 4)
数学归纳法
用数学归纳法需注意:
1.第一步是奠基步骤,是命题论证的基础,称之为 归纳 基础。 2.第二步是归纳步骤,是推理的依据,是判断命题的正确 性能否由特殊推广到一般,它反映了无限递推关系,其中 “假设n=k时成立” 称为归纳假设(注意是“假设”,而 不是确认命题成立)。 3.第三步是总体结论,也不可少。
k (2k 2 1) Sk=12+22+…+k2+(k-1)2+ …+22+12 , 3
=[12+22+…+k2+ (k-1)2 …+22+12] +(k+1)2+ k2 2 2+2k+1 = k ( 2k 1) + 2k2+2k+1 =Sk+2k 3 1 1 3+k+6k2+6k+3) = [(2k3+2)+6(k2+k)+(k+1)] = 3 (2k 3 = 1 (k+1)(2k2+4k+2+1) = 1 (k+1)[2(k+1)2+1],
3
∴ 当n=k+1时公式仍成立。
3
由1)、 2)可知,对一切n∈N ,均有
n( 2n 2 1) Sn 3
。
练习:
1 a n2 1、用数学归纳法证明1 a a a a 1 a (a≠1),在 1+a+a2 验证n=1等式成立时 ,左边应取的项是__________.
例2、求证:(n+1)(n+2)…(n+n)=2n• 1• 3•… •(2n-1)
数学归纳法
数学归纳法1.归纳法归纳法是一种由特殊到一般的推理方法,分完全归纳法和不完全归纳法两种,而不完全归纳法得出的结论不具有可靠性,必须用数学归纳法进行严格证明. 2.数学归纳法证明一个与正整数n 有关的命题,可按下列步骤进行:(1) (归纳奠基)证明当n 取第一个值n0(n0∈N*)时命题成立;(2) (归纳递推)假设n =k(k≥n0,k ∈N*)时命题成立,证明当n =k +1时命题也成立. 2.应用数学归纳法时注意几点:(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.(3) 步骤(2)的证明必须以“假设n =k(k≥n0,k ∈N*)时命题成立”为条件.题型一 用数学归纳法证明等式例1 用数学归纳法证明12+22+…+n 2=n (n +1)(2n +1)6(n ∈N *).证明 (1)当n =1时,左边=12=1,右边=1×(1+1)×(2×1+1)6=1,等式成立.(2)假设当n =k (k ∈N *)时等式成立,即12+22+…+k 2=k (k +1)(2k +1)6,那么,12+22+…+k 2+(k +1)2=k (k +1)(2k +1)6+(k +1)2=k (k +1)(2k +1)+6(k +1)26=(k +1)(2k 2+7k +6)6=(k +1)(k +2)(2k +3)6=(k +1)[(k +1)+1][2(k +1)+1]6,即当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.总结:用数学归纳法证明与正整数有关的一些等式命题,关键在于“先看项”,弄清等式两边的构成规律,等式的两边各有多少项,项的多少与n 的取值是否有关.由n =k 到n =k +1时,等式的两边会增加多少项,增加怎样的项.跟踪训练1 求证:1-12+13-14+…+12n -1-12n =1n +1+1n +2+…+12n (n ∈N *).证明 当n =1时,左边=1-12=12,右边=12,所以等式成立.假设n =k(k ∈N*)时,1-12+13-14+…+12k -1-12k =1k +1+1k +2+…+12k 成立.那么当n =k +1时,1-12+13-14+…+12k -1-12k +12(k +1)-1-12(k +1)=1k +1+1k +2+…+12k +12k +1-12(k +1)=1k +2+1k +3+…+12k +12k +1+1k +1-12(k +1)]=1(k +1)+1+1(k +1)+2(k +1)+k 2(k +1)综上所述,对于任何n ∈N*,等式都成立.题型二 用数学归纳法证明不等式思考 用数学归纳法证明不等式的关键是什么?答 用数学归纳法证明不等式,首先要清楚由n =k 到n =k +1时不等式两边项的变化;其次推证中可以利用放缩、比较、配凑分析等方法,利用归纳假设证明n =k +1时的结论. 例2 已知数列{b n }的通项公式为b n =2n ,求证:对任意的n ∈N *,不等式b 1+1b 1·b 2+1b 2·…·b n +1b n>n +1都成立. 证明 由b n =2n ,得b n +1b n =2n +12n ,所以b 1+1b 1·b 2+1b 2·…·b n +1b n =32·54·76·…·2n +12n .下面用数学归纳法证明不等式b 1+1b 1·b 2+1b 2·…·b n +1b n =32·54·76·…·2n +12n >n +1成立.(1)当n =1时,左边=32,右边=2,因为32>2,所以不等式成立.(2)假设当n =k (k ≥1且k ∈N *)时不等式成立, 即b 1+1b 1·b 2+1b 2·…·b k +1b k =32·54·76·…·2k +12k>k +1成立. 则当n =k +1时,左边=b 1+1b 1·b 2+1b 2·…·b k +1b k ·b k +1+1b k +1=32·54·76·…·2k +12k ·2k +32k +2>k +1·2k +32k +2=(2k +3)24(k +1)=4k 2+12k +94(k +1)>4k 2+12k +84(k +1)=4(k 2+3k +2)4(k +1)=4(k +1)(k +2)4(k +1)=k +2=(k +1)+1.所以当n =k +1时,不等式也成立.由(1)、(2)可得不等式b 1+1b 1·b 2+1b 2·…·b n +1b n =32·54·76·…·2n +12n >n +1对任意的n ∈N *都成立.总结: 用数学归纳法证明不等式时要注意两凑:一凑归纳假设;二凑证明目标.在凑证明目标时,比较法、综合法、分析法都可选用.跟踪训练2 用数学归纳法证明122+132+142+…+1n 2<1-1n (n ≥2,n ∈N *).证明 当n =2时,左式=122=14,右式=1-12=12,因为14<12,所以不等式成立.假设n =k (k ≥2,k ∈N *)时,不等式成立,即122+132+142+…+1k 2<1-1k,则当n =k +1时,122+132+142+…+1k 2+1(k +1)2<1-1k +1(k +1)2=1-(k +1)2-k k (k +1)2=1-k 2+k +1k (k +1)2<1k (k +1)k +1综上所述,对任意n ≥2的正整数,不等式都成立.题型三 利用数学归纳法证明整除问题 例3 求证:a n +1+(a +1)2n-1能被a 2+a +1整除,n ∈N *.证明 (1)当n =1时,a 1+1+(a +1)2×1-1=a 2+a +1,命题显然成立. (2)假设当n =k (k ∈N *)时,a k +1+(a +1)2k-1能被a 2+a +1整除,则当n =k +1时,a k +2+(a +1)2k +1=a ·a k +1+(a +1)2·(a +1)2k -1=aa k +1+(a +1)2k -1]+(a +1)2(a +1)2k -1-a (a +1)2k-1=aa k +1+(a +1)2k -1]+(a 2+a +1)(a +1)2k -1.由归纳假设,上式中的两项均能被a 2+a +1整除,故n =k +1时命题成立.由(1)(2)知,对任意n ∈N *,命题成立.总结: 证明整除性问题的关键是“凑项”,先采用增项、减项、拆项和因式分解等手段,凑成n =k 时的情形,再利用归纳假设使问题获证. 跟踪训练3 证明x 2n -1+y 2n -1(n ∈N *)能被x +y 整除.证明 (1)当n =1时,x 2n -1+y 2n -1=x +y ,能被x +y 整除.(2)假设当n =k (k ∈N *)时,命题成立,即x 2k -1+y 2k-1能被x +y 整除.那么当n =k +1时,x 2(k+1)-1+y 2(k+1)-1=x 2k +1+y 2k +1=x 2k-1+2+y 2k-1+2=x 2·x 2k -1+y 2·y 2k -1+x 2·y 2k-1-x 2·y 2k -1=x 2(x 2k -1+y 2k -1)+y 2k -1(y 2-x 2).∵x 2k -1+y 2k -1能被x +y 整除,y 2-x 2=(y +x )(y -x )也能被x +y 整除,∴当n =k +1时,x 2(k +1)-1+y 2(k+1)-1能被x +y 整除.由(1),(2)可知原命题成立.题型四 用数学归纳法证明数列问题例4 已知数列11×4,14×7,17×10,…,1(3n -2)(3n +1),…,计算S 1,S 2,S 3,S 4,根据计算结果,猜想S n 的表达式,并用数学归纳法进行证明.解 S 1=11×4=14;S 2=14+14×7=27;S 3=27+17×10=310;S 4=310+110×13=413.可以看出,上面表示四个结果的分数中,分子与项数n 一致,分母可用项数n 表示为3n +1. 于是可以猜想S n =n3n +1.下面我们用数学归纳法证明这个猜想.(1)当n =1时,左边=S 1=14,右边=n 3n +1=13×1+1=14,猜想成立.(2)假设当n =k (k ∈N *)时猜想成立,即11×4+14×7+17×10+…+1(3k -2)(3k +1)=k3k +1,那么,11×4+14×7+17×10+…+1(3k -2)(3k +1)+1[3(k +1)-2][3(k +1)+1]=k 3k +1+1(3k +1)(3k +4)=3k 2+4k +1(3k +1)(3k +4)=(3k +1)(k +1)(3k +1)(3k +4)=k +13(k +1)+1,所以,当n =k +1时猜想也成立.根据(1)和(2),可知猜想对任何n ∈N *都成立.总结: 归纳法分为不完全归纳法和完全归纳法,数学归纳法是“完全归纳”的一种科学方法,对于无穷尽的事例,常用不完全归纳法去发现规律,得出结论,并设法给予证明,这就是“归纳——猜想——证明”的基本思想.跟踪训练4 数列{a n }满足S n =2n -a n (S n 为数列{a n }的前n 项和),先计算数列的前4项,再猜想a n ,并证明.解 由a 1=2-a 1,得a 1=1;由a 1+a 2=2×2-a 2,得a 2=32;由a 1+a 2+a 3=2×3-a 3,得a 3=74;由a 1+a 2+a 3+a 4=2×4-a 4,得a 4=158.猜想a n =2n-12n -1.下面证明猜想正确:(1)当n =1时,由上面的计算可知猜想成立.(2)假设当n =k 时猜想成立,则有a k =2k -12k -1,当n =k +1时,S k +a k +1=2(k +1)-a k +1,∴a k +1=122(k +1)-S k ]=k +1-12(2k -2k -12k -1)=2k +1-12(k +1)-1,所以,当n =k +1时,等式也成立.由(1)和(2)可知,a n =2n -12n -1对任意正整数n 都成立.题型五 利用数学归纳法证明几何问题思考 用数学归纳法证明几何问题的关键是什么?答 用数学归纳法证明几何问题的关键是“找项”,即几何元素从k 个变成k +1个时,所证的几何量将增加多少,还需用到几何知识或借助于几何图形来分析,实在分析不出来的情况下,将n =k +1和n =k 分别代入所证的式子,然后作差,即可求出增加量,然后只需稍加说明即可,这也是用数学归纳法证明几何命题的一大技巧.例5 平面内有n (n ∈N *,n ≥2)条直线,其中任何两条不平行,任何三条不过同一点,证明:交点的个数f (n )=n (n -1)2.证明 (1)当n =2时,两条直线的交点只有一个,又f (2)=12×2×(2-1)=1,∴当n =2时,命题成立.(2)假设n =k (k >2)时,命题成立,即平面内满足题设的任何k 条直线交点个数f (k )=12k (k -1),那么,当n =k +1时,任取一条直线l ,除l 以外其他k 条直线交点个数为f (k )=12k (k -1),l 与其他k 条直线交点个数为k ,从而k +1条直线共有f (k )+k 个交点,即f (k +1)=f (k )+k =12k (k -1)+k =12k (k -1+2)=12k (k +1)=12(k +1)(k +1)-1],∴当n =k +1时,命题成立.由(1)(2)可知,对任意n ∈N *(n ≥2)命题都成立.总结: 用数学归纳法证明几何问题时,一要注意数形结合,二要注意有必要的文字说明. 跟踪训练5 有n 个圆,其中每两个圆相交于两点,并且每三个圆都不相交于同一点,求证:这n 个圆把平面分成f (n )=n 2-n +2部分.证明 (1)n =1时,分为2块,f (1)=2,命题成立;(2)假设n =k (k ∈N *)时,被分成f (k )=k 2-k +2部分;那么当n =k +1时,依题意,第k +1个圆与前k 个圆产生2k 个交点,第k +1个圆被截为2k 段弧,每段弧把所经过的区域分为两部分,所以平面上净增加了2k 个区域. ∴f (k +1)=f (k )+2k =k 2-k +2+2k =(k +1)2-(k +1)+2,即n =k +1时命题成立,由(1)(2)知命题成立.注意:在应用数学归纳法证题时应注意以下几点:(1)验证是基础:找准起点,奠基要稳,有些问题中验证的初始值不一定为1;(2)递推是关键:正确分析由n =k 到n =k +1时式子项数的变化是应用数学归纳法成功证明问题的保障;(3)利用假设是核心:在第二步证明中一定要利用归纳假设,这是数学归纳法证明的核心环节,否则这样的证明就不是数学归纳法证明. 练习1.若命题A (n )(n ∈N *)在n =k (k ∈N *)时命题成立,则有n =k +1时命题成立.现知命题对n =n 0(n 0∈N *)时命题成立,则有( ) A .命题对所有正整数都成立B .命题对小于n 0的正整数不成立,对大于或等于n 0的正整数都成立C .命题对小于n 0的正整数成立与否不能确定,对大于或等于n 0的正整数都成立D .以上说法都不正确答案 C 解析 由已知得n =n 0(n 0∈N *)时命题成立,则有n =n 0+1时命题成立;在n =n 0+1时命题成立的前提下,又可推得n =(n 0+1)+1时命题也成立,依此类推,可知选C. 2.用数学归纳法证明“1+a +a 2+…+a 2n +1=1-a 2n +21-a(a ≠1)”.在验证n =1时,左端计算所得项为( ) A .1+aB .1+a +a 2C .1+a +a 2+a 3D .1+a +a 2+a 3+a 4 答案 C 解析 将n =1代入a 2n+1得a 3,故选C.3.用数学归纳法证明1+2+22+…+2n -1=2n -1(n ∈N *)的过程如下: (1)当n =1时,左边=1,右边=21-1=1,等式成立.(2)假设当n =k (k ∈N *)时等式成立,即1+2+22+…+2k -1=2k -1,则当n =k +1时,1+2+22+…+2k -1+2k=1-2k +11-2=2k +1-1.所以当n =k +1时等式也成立.由此可知对于任何n ∈N *,等式都成立.上述证明的错误是________.答案 未用归纳假设 解析 本题在由n =k 成立,证n =k +1成立时,应用了等比数列的求和公式,而未用上假设条件,这与数学归纳法的要求不符. 4.用数学归纳法证明1+n 2≤1+12+13+…+12n ≤12+n (n ∈N *)证明 (1)当n =1时,左式=1+12,右式=12+1,所以32≤1+12≤32,命题成立.(2)假设当n =k (k ∈N *)时,命题成立,即1+k 2≤1+12+13+…+12k ≤12+k ,则当n =k +1时,1+12+13+…+12k +12k +1+12k +2+…+12k +2k >1+k 2+2k ·12k +1=1+k +12. 又1+12+13+…+12k +12k +1+12k +2+…+12k +2k <12+k +2k ·12k =12+(k +1),即当n =k +1时,命题成立.由(1)和(2)可知,命题对所有的n ∈N *都成立. 课后练习1.用数学归纳法证明等式1+2+3+…+(n +3)=(n +3)(n +4)2 (n ∈N *),验证n =1时,左边应取的项是( ) A .1 B .1+2 C .1+2+3D .1+2+3+4答案 D 解析 等式左边的数是从1加到n +3. 当n =1时,n +3=4,故此时左边的数为从1加到4.2.用数学归纳法证明“2n >n 2+1对于n ≥n 0的自然数n 都成立”时,第一步证明中的起始值n 0应取( ) A .2 B .3 C .5D .6答案 C 解析 当n 取1、2、3、4时2n >n 2+1不成立,当n =5时,25=32>52+1=26,第一个能使2n >n 2+1的n 值为5,故选C.3.已知f (n )=1+12+13+…+1n (n ∈N *),证明不等式f (2n )>n 2时,f (2k +1)比f (2k )多的项数是( )A .2k-1项B .2k+1项C .2k 项D .以上都不对答案 C 解析 观察f (n )的表达式可知,右端分母是连续的正整数,f (2k )=1+12+…+12k ,而f (2k +1)=1+12+…+12k +12k +1+12k +2+…+12k +2k .因此f (2k +1)比f (2k )多了2k 项. 4.用数学归纳法证明不等式1n +1+1n +2+…+12n >1124(n ∈N *)的过程中,由n =k 递推到n =k+1时,下列说法正确的是( ) A .增加了一项12(k +1)B .增加了两项12k +1和12(k +1)C .增加了B 中的两项,但又减少了一项1k +1D .增加了A 中的一项,但又减少了一项1k +1答案 C 解析 当n =k 时,不等式左边为1k +1+1k +2+…+12k ,当n =k +1时,不等式左边为1k +2+1k +3+…+12k +12k +1+12k +2,故选C.5.用数学归纳法证明“n 3+(n +1)3+(n +2)3(n ∈N *)能被9整除”,要利用归纳假设证n =k +1时的情况,只需展开( ) A .(k +3)3 B .(k +2)3 C .(k +1)3D .(k +1)3+(k +2)3答案 A 解析 假设当n =k 时,原式能被9整除,即k 3+(k +1)3+(k +2)3能被9整除.当n =k +1时,(k +1)3+(k +2)3+(k +3)3为了能用上面的归纳假设,只需将(k +3)3展开,让其出现k 3即可.6.已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且a 1=1,S n =n 2a n (n ∈N *).依次计算出S 1,S 2,S 3,S 4后,可猜想S n 的表达式为________________. 答案 S n =2n n +1解析 S 1=1,S 2=43,S 3=32=64,S 4=85,猜想S n =2nn +1.7.已知正数数列{a n }(n ∈N *)中,前n 项和为S n ,且2S n =a n +1a n ,用数学归纳法证明:a n =n-n -1.证明 (1)当n =1时,a 1=S 1=12(a 1+1a 1),∴a 21=1(a n >0),∴a 1=1,又1-0=1,∴n =1时,结论成立.(2)假设n =k (k ∈N *)时,结论成立,即a k =k -k -1. 当n =k +1时,a k +1=S k +1-S k =12(a k +1+1a k +1)-12(a k +1a k )=12(a k +1+1a k +1)-12(k -k -1+1k -k -1)=12(a k +1+1a k +1)-k . ∴a 2k +1+2ka k +1-1=0,解得a k +1=k +1-k (a n >0),∴n =k +1时,结论成立. 由(1)(2)可知,对n ∈N *都有a n =n -n -1.8.对于不等式n 2+n ≤n +1 (n ∈N *),某学生的证明过程如下:①当n =1时,12+1≤1+1,不等式成立.②假设n =k (n ∈N *)时,不等式成立,即k 2+k ≤k +1,则n =k +1时,(k +1)2+(k +1)=k 2+3k +2<k 2+3k +2+(k +2)=(k +2)2=(k +1)+1,所以当n =k +1时,不等式成立,上述证法( ) A .过程全部正确 B .n =1验证不正确 C .归纳假设不正确D .从n =k 到n =k +1的推理不正确答案D 解析 从n =k 到n =k +1的推理中没有使用归纳假设,不符合数学归纳法的证题要求. 9.用数学归纳法证明122+132+…+1(n +1)2>12-1n +2.假设n =k 时,不等式成立.则当n =k +1时,应推证的目标不等式是__________________________. 答案122+132+…+1k 2+1(k +1)2+1(k +2)2>12-1k +3解析 观察不等式中的分母变化知,122+132+…+1k 2+1(k +1)2+1(k +2)2>12-1k +3. 10.证明:62n -1+1能被7整除(n ∈N *).证明 (1)当n =1时,62-1+1=7能被7整除.(2)假设当n =k (k ∈N *)时,62k -1+1能被7整除.那么当n =k +1时,62(k+1)-1+1=62k-1+2+1=36×(62k -1+1)-35.∵62k -1+1能被7整除,35也能被7整除,∴当n =k +1时,62(k +1)-1+1能被7整除.由(1),(2)知命题成立.11.求证:1n +1+1n +2+…+13n >56(n ≥2,n ∈N *).证明 (1)当n =2时,左边=13+14+15+16>56,不等式成立.(2)假设当n =k (k ≥2,k ∈N *)时命题成立,即1k +1+1k +2+…+13k >56.则当n =k +1时,1(k +1)+1+1(k +1)+2+…+13k +13k +1+13k +2+13(k +1)=1k +1+1k +2+…+13k +(13k +1+13k +2+13k +3-1k +1)>56+(13k +1+13k +2+13k +3-1k +1)>56+(3×13k +3-1k +1)=56,所以当n =k +1时不等式也成立.由(1)和(2)可知,原不等式对一切n ≥2,n ∈N *均成立. 12.已知数列{a n }中,a 1=-23,其前n 项和S n 满足a n =S n +1S n +2(n ≥2),计算S 1,S 2,S 3,S 4,猜想S n 的表达式,并用数学归纳法加以证明.解 当n ≥2时,a n =S n -S n -1=S n +1S n +2.∴S n =-1S n -1+2(n ≥2).则有:S 1=a 1=-23,S 2=-1S 1+2=-34,S 3=-1S 2+2=-45,S 4=-1S 3+2=-56,由此猜想:S n =-n +1n +2(n ∈N *).用数学归纳法证明:(1)当n =1时,S 1=-23=a 1,猜想成立. (2)假设n =k (k ∈N *)猜想成立,即S k =-k +1k +2成立,那么n =k +1时,S k +1=-1S k +2=-1-k +1k +2+2=-k +2k +3=-(k +1)+1(k +1)+2.即n =k +1时猜想成立.由(1)(2)可知,对任意正整数n ,猜想结论均成立.13.已知递增等差数列{a n }满足:a 1=1,且a 1,a 2,a 4成等比数列. (1)求数列{a n }的通项公式a n ;(2)若不等式(1-12a 1)·(1-12a 2)·…·(1-12a n )≤m2a n +1对任意n ∈N *,试猜想出实数m 的最小值,并证明.解 (1)设数列{a n }公差为d (d >0),由题意可知a 1·a 4=a 22,即1(1+3d )=(1+d )2,解得d =1或d =0(舍去).所以a n =1+(n -1)·1=n .(2)不等式等价于12·34·56·…·2n -12n ≤m 2n +1,当n =1时,m ≥32;当n =2时,m ≥358;而32>358,所以猜想,m 的最小值为32. 下面证不等式12·34·56·…·2n -12n ≤322n +1对任意n ∈N *恒成立.下面用数学归纳法证明:证明 (1)当n =1时,12≤323=12,命题成立.(2)假设当n =k 时,不等式,12·34·56·…·2k -12k ≤322k +1成立,当n =k +1时,12·34·56·…·2k -12k ·2k +12k +2≤322k +1·2k +12k +2,只要证322k +1·2k +12k +2≤322k +3,只要证2k +12k +2≤12k +3,只要证2k +12k +3≤2k +2,只要证4k 2+8k +3≤4k 2+8k +4,只要证3≤4,显然成立.所以,对任意n ∈N *,不等式12·34·56·…·2n -12n ≤322n +1恒成立.。
数学归纳法
5.由 k 到 k+1 这一步,要善于分析题目的结构特点,进行适 当的变形,常用分析、添项、拆项、作差等方法.
6.用不完全归纳法给出结论,用数学归纳法给出证明是高考题 中经常出现的题型,希望同学们用心体会.
7.本节内容是选修与选考内容,在复习时要注意把握好难度 能证明一些简单的数学命题就可以了.
用数学归纳法证明与正整数n有关的等式 用数学归纳法证明:2×1 4+4×1 6+6×1 8+…+2n21n+2 =4nn+1. 【思路分析】 本题主要考查用数学归纳法证明等式的步骤, 注意当 n=k+1 时,两边加上的项和结论各是什么.
【证明】 (1)当 n=1 时,左边=2×1 4=18,右边=18等式成立. (2)假设 n=k 时,2×1 4+4×1 6+6×1 8+…+2k21k+2=4k+k 1成立. 当 n=k+1 时, 2×1 4+4×1 6+6×1 8+…+2k21k+2+2k+212k+4 =4k+k 1+4k+11k+2=4kk+k+12k++12 =4k+k+11k+2 2=4kk++12=4[k+k+11+1] ∴n=k+1 时,等式成立. 由(1)(2)可得对一切正整数 n∈N*,等式成立.
【名师点睛】 数学归纳法证题的两个步骤缺一不可.证 n=k+1 成立时,必须用 n=k 成立的结论,否则,就不是数学 归纳法证明.
1.用数学归纳法证明: 1·n+2(n-1)+3(n-2)+…+(n-1)·2+n·1=16n(n+1)(n+2). 证明:(1)当 n=1 时,左边=1, 右边=16(1+1)(1+2)=1,等式成立. (2)假设 n=k 时,1·k+2(k-1)+3(k-2)+…+(k-1)·2+k·1= 16k(k+1)(k+2)成立.
(2)假设 n=2k(k∈N*)时,命题成立, 即 x2k-y2k 能被 x+y 整除. 当 n=2k+2 时,x2k+2-y2k+2=x2·x2k-y2·y2k =x2(x2k-y2k)+y2k(x2-y2) =x2(x2k-y2k)+y2k(x+y)(x-y). ∵x2(x2k-y2k)、y2k(x+y)(x-y)都能被 x+y 整除, ∴x2k+2-y2k+2 能被 x+y 整除,即 n=2k+2 时命题成立. 由(1)(2)知原命题对一切正偶数均成立. 【名师点睛】 因证明的命题对所有正偶数成立,所以归纳假 设中采用了 n=2k(k∈N*)与它相邻的是 n=2k+2.要注意体会 n =2k+2 时的变形方法.
数学归纳法
数学归纳法一、知识概述数学归纳法是证明与正整数n有关的命题的一种方法,应用广泛,且常与不完全归纳法相结合,进行“观察——归纳——猜想——证明”.其广泛性表现在:与正整数n有关的命题可出现在代数、三角或几何中,有等式、不等式或整除问题,也有交点个数,平面、空间分割问题.二、重难点知识归纳1、数学归纳法如果我们设想:先证明当n取第一个值n0(例如n=1)时,命题成立,然后假设当n=k(k∈N*,k≥n0)时命题成立,并证明当n=k+1时命题也成立,那么就证明了这个命题的成立.因为证明了这一点,就可以断定这个命题对于n取第一个值后面的所有正整数也都成立.这种证明方法叫作数学归纳法.2、数学归纳法的证题步骤数学归纳法是一种用递归方法来证明与正整数有关的命题的重要方法.利用数学归纳法论证问题分为两步:(1)证明当n取第一个值n时命题成立;(2)假设n=k(k∈N*,k≥n)时命题成立,证明当n=k+1时命题也成立.注意:1数学归纳法的第一步是验证命题递推的基础,第二步是论证命题递推的依据,两个步骤密切相关,缺一不可.步骤(1)是要选取命题中最小的正整数n作为起始值进行验证.步骤(2)在推证当n=k+1时命题成立的过程中,必须要用到当n=k时命题成立这个归纳假设,否则推理无效.2在运用数学归纳法证明命题时,对第二步n=k+1时结论的正确性的证明是整个证明过程中的重难点.我们除了注意利用归纳假设外,还要注意对照结论充分利用其它数学证明方法,如:分析法、综合法、比较法、反证法、数形结合、分类讨论等.也就是说,当我们利用归纳假设后仍不能直接变形推出结论时,可采用上述方法进行证明,以达到目的.三、典型例题剖析例1、利用数学归纳法证明:当时,.证明:(1)当n=1时,左边,右边,左边=右边,所以等式成立.(2)假设当n=k(k≥1)时等式成立,即.则当n=k+1时,所以当n=k+1时,等式也成立.由(1),(2)可知,对一切等式都成立.例2、利用数学归纳法证明:(3n+1)·7n-1(n∈N*)能被9整除.分析:第一步当n=1时,可计算(3n+1)·7n-1的值,从而验证它是9的倍数.第二步要设法变形成为“假设”+“9的倍数”的形式,进而论证能被9整除.证明:(1)当n=1时,(3×1+1)×71-1=27,能被9整除,所以命题成立.(2)假设当n=k(k∈N*)时命题成立,即(3k+1)·7k-1能被9整除.那么当n=k+1时,由归纳假设知,(3k+1)·7k-1能被9整除,而9·7k(2k+3)也能被9整除,故[3(k+1)+1]·7k+1-1能被9整除.这就是说,当n=k+1时,命题也成立.由(1),(2)知,对一切n∈N*,(3n+1)·7n-1都能被9整除.例3、求证:,(n≥2,n∈N*).分析:本题在由n=k到n=k+1时的推证过程中应用了“放缩”的技巧,使问题简单化,这是利用数学归纳法证明不等式时常用的方法之一.证明:(1)当n=2时,右边,不等式成立.(2)假设当n=k(k≥2,k∈N*)时命题成立,即.则当n=k+1时,所以当n=k+1时不等式也成立.由(1),(2)可知,原不等式对一切n≥2,n∈N*均成立.例4、已知数列{an}中,a2=a+2(a为常数),S n是{a n}的前n项和,且S n是na n与na的等差中项.(1)求a1,a3;(2)猜想an的表达式,并用数学归纳法加以证明.解析:(1)由已知得.当n=1时,S1=a1,∴,∴a1=a.当n=3时,,∴2(a+a+2+a3)=3(a3+a),∴a3=a+4.(2)由a1=a,a2=a+2,a3=a+4,…,猜想:a n=a+2(n-1).证明:①当n=1时,左边=a1=a,右边=a+2(1-1)=a,∴当n=1时,等式成立.②假设当n=k(k∈N*,k≥2)时等式成立,即a k=a+2(k-1).则当n=k+1时,,∴,∴.∵k≥2,∴当n=k+1时,等式也成立.由①②可知,对任何,等式a n=a+2(n-1)都成立.例5、设,是否存在n的整式q(n),使得等式a1+a2+…+an-1=q(n)·(a n-1)对于大于1的一切自然数n都成立?并证明你的结论.分析:本题可采用由特殊到一般的方法,先取n=2,3,4等观察q(n)与n的关系,然后用数学归纳法证明.解:假设q(n)存在,去探索q(n).当n=2时,由a1=q(2)(a2-1),即1=q(2)(1+-1),得q(2)=2.当n=3时,由a1+a2=q(3)(a3-1),即,得q(3)=3.当n=4时,由a1+a2+a3=q(4)(a4-1),即,得q(4)=4.由此猜想q(n)=n(n≥2,n∈N*).下面用数学归纳法证明:当n≥2,n∈N*时,等式a1+a2+a3+…+a n-1=n(a n-1)成立.(1)当n=2时,a1=1,2(a2-1)=2×=1,结论成立.(2)假设当n=k(k≥2)时结论成立,即a1+a2+a3+…+a k-1=k(a k-1).则当n=k+1时,所以当n=k+1时,结论也成立.由(1),(2)可知,对于大于1的一切自然数n,都存在q(n)=n,使等式a1+a2+a3+…+a n-1=q(n)(a n-1)恒成立.。
数学归纳法
数学归纳法数学归纳法是指根据归纳的原则和方法,按照事物发展和变化有目的地将一些数学问题进行有效地归类,进而达到“从现象到本质”的过程。
归纳法是指根据数学知识本身产生、发展、变化的规律,总结出一些数学规律或结论,用以指导自己进行抽象思维和具体运算,达到抽象概括并联系生活实际的目的。
数学归纳法包括:归类法、类比法、归纳法。
归类法:可以从数组或数列中把不同的变量归类出来,并对每个变量采取与变量相对应的顺序或层次归入其属性之中作为标准。
类比法:可以对每一个与各个数学分支有关的数学问题进行类比分析,然后得出各数学分支之间以及与之相关的其他数学分支之间进行类比,并对这些分类与各数学分支之间的关系进行推理,得出各种数学结论。
归纳法在教育教学中很重要,但对数学知识没有太多认识意义或者不懂得怎样运用归纳方法找到有效信息,是不能很好地解决数学问题的。
归纳法:在教学中运用较为广泛的一种方法。
在教学过程中要根据实际情景,合理地运用归纳方法收集知识、处理问题、解决问题等过程。
归纳主要包括两个方面:一是按照事物特点进行汇总与归类;二是根据所要考察的知识点选择相应的方法加以进行。
1.汇总与归类首先,根据数学概念、公式和基本法则,将其归纳到一个有一定逻辑顺序结构和一定组织形式的总目录,然后对这些目录加以处理,整理出一个数组或者数列,使之便于操作、便于学习应用。
其次,要综合考虑一些因素导致某一元素有其独特属性,在进行相应的分类。
这就是所谓的“按属性分类”,它包括三个方面:一是每个元素都有一个基本的属性;二是各元素有自己独特的属性类型;三是其独特的属性类型与其他元素之间存在着密切的关系。
最后要注意分类的层次性和关联性。
分类首先要对各元素的属性性质做出概括(即归纳)和确定。
其次为不同类别之间建立起合理的逻辑顺序与逻辑层次(即类别)。
但在汇总和归类过程中要注意两点:一是根据一定原则、方法、事物发展演变态势进行汇总或归类;二是必须建立起合理系统且有逻辑层次结构形式和各种不同类别之间是否存在着相互关联关系。
数学归纳法
(—)第一数学归纳法:一般地,证明一个与正整数n有关的命题,有如下步骤:(1)证明当n取第一个值时命题成立;(2)假设当n=k(k≥n的第一个值,k为自然数)时命题成立,证明当n=k+1是命题也成立。
(二)第二数学归纳法:第二数学归纳法原理是设有一个与自然数n有关的命题,如果:(1)当n=1回时,命题成立;(2)假设当n≤k时命题成立,则当n=k+1时,命题也成立。
那么,命题对于一切自然数n来说都成立。
(三)螺旋归纳法:螺旋归纳法是归纳法的一种变式,其结构如下:Pi和Qi是两组命题,如果:P1成立Pi成立=>Qi成立那么Pi,Qi对所有自然数i成立利用第一数学归纳法容易证明螺旋归纳法是正确的编辑本段排列,组合·阶乘:n!=1×2×3×……×n,(n为不小于0的整数)规定0!=1。
·排列从n个不同元素中取m个元素的所有排列个数,A(n,m)= n!/(n - m)!(m是上标,n是下标,都是不小于0的整数,且m≤n)··组合从n个不同的元素里,每次取出m个元素,不管以怎样的顺序并成一组,均称为组合。
所有不同组合的种数C(n,m)= A(n,m)/m!=n!/[m!·(n-m)!](m是上标,n 是下标,都是不小于0的整数,且m≤n)◆组合数的性质:C(n,k) = C(n,k-1) + C(n-1,k-1);对组合数C(n,k),将n,k分别化为二进制,若某二进制位对应的n为0,而k为1 ,则C(n,k)为偶数;否则为奇数◆整次数二项式定理(binomial theorem)(a+b)^n=C(n,0)×a^n×b^0+C(n,1)×a^(n-1)×b+C(n,2)×a^(n-2)×b^2+ ...+C(n,n)×a^0×b^n所以,有 C(n,0)+C(n,1)+C(n,2)+...+C(n,n)=C(n,0)×1^n+C(n,1)×1^(n-1)×1+C(n,2)×1^(n-2)×1^2+...+C(n,n)×1^n =(1+1)^n= 2^n编辑本段微积分学极限的定义:设函数f(x)在点x。
数学归纳法(各种全)
解:设椭圆221mx ny +=,则4191m n m n +=⎧⎨+=⎩,解得335835m n ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩,所以椭圆方程为223813535x y +=.六、数学归纳法(一)数学归纳法应用关于正整数的命题的证明可以用数学归纳法.本部分的数学归纳法指的是第一数学归纳法.第一数学归纳法的思维方法是:命题在1n =成立的条件下,如果n k =时命题成立能够推出1n k =+时命题也成立,我们就可以下结论,对于任意正整数命题都成立.1.证明等式典型例题:证明222112(1)(21)6n n n n ++⋅⋅⋅+=++,其中n N *∈.证明:(1)当1n =时,左边211==,右边11(11)(21)16=⨯⨯++=,等式成立.(2)假设n k =时等式成立,即222112(1)(21)6k k k k ++⋅⋅⋅+=++.则当1n k =+时,左边22222112(1)(1)(21)(1)6k k k k k k =++⋅⋅⋅+++=++++1(1)(2)(23)6k k k =+++1(1)[(1)1][2(1)1]6k k k =+++++=右边,即1n k =+时等式成立.根据(1)(2)可知,等式对于任意n N *∈都成立.2.证明不等式典型例题 1.证明1111223n n+++⋅⋅⋅+<,其中n N *∈.证明:(1)当1n =时,左边1=,右边2=,不等式成立.(2)假设n k =时不等式成立,即1111223k k+++⋅⋅⋅+<,则当1n k =+时,左边11111122311k k k k =+++⋅⋅⋅++<+++,右边21k =+.要证左边<右边,536只需证12211k k k +<++,而此式2112(1)k k k ⇔++<+2121k k k ⇔+<+24(1)(21)01k k k ⇔+<+⇔<,显然01<成立,故1n k =+时不等式也成立.综上所述,不等式对任意n N *∈都成立.典型例题2.已知,0a b >,a b ≠,n N ∈,2n ≥,证明()22n nn a b a b ++<.证明:(1)当2n =时,2222222222()2442a b a ab b a b a b +++++=<=,不等式成立.(2)假设n k =时不等式成立,即()22k kk a b a b ++<,则当1n k =+时,左边1()2k a b ++11224k k k k k k a b a b a b a b ab +++++++<⋅=,因为11()()k k k ka b a b ab +++-+()()k k a b a b =--0>,所以11k k k k a b ab a b +++<+,则111142k k k k k k a b a b ab a b ++++++++<,即111()22k k k a b a b +++++<,故1n k =+时不等式也成立.由(1)(2)可知,不等式对任意n N ∈,2n ≥都成立.3.证明整除性问题典型例题:证明22nn ab -能被a b +整除,其中n N *∈.证明:(1)当1n =时,显然22a b -能被a b +整除.(2)假设n k =时命题成立,即22k k a b -能被a b +整除,则当1n k =+时,2(1)2(1)2(1)2(1)2222k k k k k k a b a b a b a b ++++-=-+-222222()()k k k a a b b a b =-+-,因为22a b -与22k k a b -都能被a b +整除,所以222222()()k kk a a b b a b -+-能被a b +整除,即1n k =+时命题也成立.综上所述,原命题成立.4.证明几何问题典型例题:求证平面内n 条直线的交点最多有1(1)2n n -个.证明:平面内n 条直线的交点最多,只需任意三条直线不过同一点,任意两条直线不平行,下面在此条件下证明.(1)当2n =时,显然两条直线只有1个交点,而1(1)12n n -=,命题成立.537(2)假设n k =时命题成立,即平面内k 条直线的交点有1(1)2k k -个,则当1n k =+即平面上有1k +条直线时,因为任意三条直线不过同一点,任意两条直线不平行,所以第1k +条直线与原来的k 条直线共有k 个交点.这时交点的总个数为1(1)2k k k-+1(1)[(1)1)]2k k =++-,即1n k =+时命题也成立.综上所述,原命题成立.(二)其他数学归纳法除了第一数学归纳法以外,还有一些特别的数学归纳法.1.第二数学归纳法典型例题:设n N *∈,且12cos x x α+=,证明:12cos n n x n x α+=.证明:(1)当1n =时,12cos x xα+=,命题成立.当2n =时,21()x x +2212x x =++24cos α=,得2212cos 2x xα+=,命题成立.(2)假设n k ≤(2)k ≥时命题成立,则当1n k =+时,有111k k x x +++11111()()()k k k k x x x x x x--=++-+2cos 2cos 2cos(1)k k ααα=⋅--2[cos(1)cos(1)]2cos(1)k k k ααα=++---2cos(1)k α=+,故1n k =+时不等式也成立.由(1)(2)可知,命题成立.2.反向数学归纳法典型例题:函数:f N N **→满足(1)(2)2f =,(2)对任意正整数m 、n ,()()()f mn f m f n =,(3)当m n >时,()()f m f n >;证明:()f n n =.证明:令2m =、1n =,则(2)(2)(1)f f f =,故(1)1f =.令2m =、2n =,则22(2)(2)(2)2f f f ==;令22m =、2n =,则323(2)(2)(2)2f f f ==;由第一数学归纳法易证(2)2mmf =.下面用反向数学归纳法证()f n n =.(1)由上面推证知,存在无数个形如2m的数使()f n n =成立.(2)假设1n k =+时成立,即(1)1f k k +=+.因为存在t N *∈满足1212t t k +<+≤,则122t t k +≤<.设2t k s =+,s N *∈,则1112(2)(21)(22)(2)(21)(2)2t t t t t t t t f f f f s f f +++=<+<+<⋅⋅⋅<+<⋅⋅⋅<-<=.所以1(21),(22),,(2),,(21)t t t t f f f s f +++⋅⋅⋅+⋅⋅⋅-是区间1(2,2)t t +内的21t -个不同的自然数,538而区间1(2,2)t t +内恰好有21t -个不同的自然数121,22,,2,,21t t t t s +++⋅⋅⋅+⋅⋅⋅-,于是11(21)21,(22)22,,(21)21t t t t t t f f f +++=++=+⋅⋅⋅-=-,即()f k k =.由反向数学归纳法知,对任意n N *∈都有()f n n =.3.跷跷板数学归纳法典型例题:n S 是数列{}n a 的前n 项和,设223n a n =,213(1)1n a n n -=-+,n N *∈,求证:2211(431)2n S n n n -=-+及221(431)2n S n n n =++.证明:设()P n :2211(431)2n S n n n -=-+;()Q n :221(431)2n S n n n =++.(1)当1n =时,111S a ==,则(1)P 成立.(2)假设n k =时,则()P k 成立,即2211(431)2k S k k k -=-+,则2212k k k S S a -=+=221(431)32k k k k -++21(431)2k k k =++,即()Q k 成立.当()Q k 成立时,21k S +=221k k S a ++21(431)3(1)12k k k k k =+++++21(1)[4(1)3(1)1]2k k k =++-++,即(1)P k +成立.由跷跷板数学归纳法可知,原命题成立.4.二重数学归纳法典型例题:设(,)f m n 满足(,)(,1)(1,)f m n f m n f m n ≤-+-,其中,m n N *∈,1mn >,且(,1)(1,)1f m f n ==,证明:12(,)m m n f m n C -+-≤.证明:设命题(,)P m n 表示(,)f m n .(1)112(,1)1m m f m C -+-==,012(1,)1n f n C +-==,即(,1)P m 、(1,)P n 成立.(2)假设(1,)P m n +、(,1)P m n +成立,即1(1,)m m n f m n C +-+≤,11(,1)m m n f m n C -+-+≤.则(1,1)(1,)(,1)f m n f m n f m n ++≤+++11111(1)(1)2m m m m m n m n m n m n C C C C -+++-+-++++-≤+==,即(1,1)P m n ++也成立.由二重数学归纳法知,原不等式成立.539。
数学归纳法
虽然数学归纳法名字中有“归纳”,但是数学归纳法并非不严谨的归纳推理法,它属于完全严谨的演绎推理 法。事实上,所有数学证明都是演绎法。
解题
原理
解题要点
最简单和常见的数学归纳法是证明当n等于任意一个自然数时某命题成立。证明分下面两步:
数学归纳法
数学证明方法
01 简介
03 合理性 05 发展历程
目录
02 解题 04 变体
数学归纳法(Mathematical Induction, MI)是一种数学证明方法,通常被用于证明某个给定命题在整个 (或者局部)自然数范围内成立。除了自然数以外,广义上的数学归纳法也可以用于证明一般良基结构,例如: 集合论中的树。这种广义的数学归纳法应用于数学逻辑和计算机科学领域,称作结构归纳法。
数学归纳法对解题的形式要求严格,数学归纳法解题过程中, 第一步:验证n取第一个自然数时成立 第二步:假设n=k时成立,然后以验证的条件和假设的条件作为论证的依据进行推导,在接下来的推导过程 中不能直接将n=k+1代入假设的原式中去。 最后一步总结表述。 需要强调是数学归纳法的两步都很重要,缺一不可,否则可能得到下面的荒谬证明: 证明1:所有的马都是一种颜色 首先,第一步,这个命题对n=1时成立,即,只有1匹马时,马的颜色只有一种。 第二步,假设这个命题对n成立,即假设任何n匹马都是一种颜色。那么当我们有n+1匹马时,不妨把它们编 好号: 1, 2, 3……n, n+1 对其中(1、2……n)这些马,由我们的假设可以得到,它们都是同一种颜色;
在数论中,数学归纳法是以一种不同的方式来证明任意一个给定的情形都是正确的(第一个,第二个,第三个, 一直下去概不例外)的数学定理。
数学归纳法
四边形、五边形、六边形分别有多少条对角线? 思 考
2
5
9
每个顶点处有3条对角线,6个顶点, 每条对角线都计算了两次。
猜想:n边形(n≥4)有多少条对角线?为什么?
n (n-3) 2
同上述理由,每个顶点处可作(n-3) 条对角线,n个顶点共可作n(n-3)条, 重复一次。
这一公式适合四边形、五边形、六边形吗?
即当n=k+1时,等式也成立。
由(1) (2)可知,等式对任何n∈N*都成立。
用数学归纳法证明命题的步骤:
⑴、证明当n取第一个值n0 (例如n0=1或2)时结论正确; (递推的基础)
⑵、假设当n=k(kN *,且k ≥n0)时
结论正确,证明当n=k+1时结论也正确。
(递推的依据)
例2. 用数学归纳法证明: 1+3+5+…+(2n-1)=n2
法
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.命题作文:刚与柔 以“刚与柔”为题写一篇不少于800字的文章,自定立意,自选文体。 写作导引: 这是关系式作文命题,一般由并列的几个短语组成,包含着几个方面的内容。这就要求我们在写作时,首先在内容上要兼顾几个方面,不可只顾一点,不及其余。像本题中“刚”和“柔”两个方面 的内容都要写出来。其次,此类命题短语间的关系是多样的,如“相信自己与听取别人意见”是对立关系,“人文素养与发展”是条件关系,“快乐幸福与我们的思维方式”是因果关系……短语间的关系不同,写作的重点自然也不同。像“刚与柔”是明显的对立并列关系,写作时应将二者并重,从 二者的紧密联系或者褒贬角度去构思。第三,要联系社会生活,使内容具体化。若从刚柔紧密联系的角度,我们可以联想到:在成就功业和为人处世方面,“刚”就是一种高尚的气节
数学中的数学归纳法
数学中的数学归纳法数学归纳法是数学中一种重要的证明方法,广泛应用于数论、代数、组合数学等领域。
通过数学归纳法,可以证明一类问题的通用性质,也可以用来构造一类问题的通用解法。
本文将介绍数学归纳法的基本概念、原理和应用,以及一些常见的数学归纳法的例子。
一、数学归纳法的基本概念数学归纳法是一种证明方法,它基于两个基本概念:基本情况和归纳步骤。
基本情况指的是我们需要证明的性质在某个特定情况下成立。
一般来说,基本情况是指当n等于某个特定的值时,我们要证明的性质成立。
归纳步骤是指我们假设某个特定情况下性质成立,然后通过这个假设推导出下一个情况下性质也成立。
通常是假设当n=k时,性质成立,然后通过这个假设证明当n=k+1时,性质也成立。
二、数学归纳法的原理数学归纳法的原理可以用以下形式表达:(1)基本情况成立:当n等于某个特定值时,需要证明的性质成立。
(2)归纳步骤成立:假设当n=k时,性质成立,然后证明当n=k+1时,性质也成立。
(3)由(1)和(2)可知,对于所有满足基本情况和归纳步骤的n,性质都成立。
数学归纳法的原理看起来很简单,但它需要严谨的证明。
通常,我们需要首先证明基本情况成立,然后通过归纳步骤证明当n=k时,性质成立。
最后,我们可以得出结论,对于所有满足基本情况和归纳步骤的n,性质都成立。
三、数学归纳法的应用数学归纳法在数学的各个领域都有广泛的应用。
1. 数论数论是研究整数性质和整数之间关系的数学分支。
数学归纳法在数论中得到了广泛应用,例如证明质数的无穷性、证明整数间的除法关系等。
2. 代数代数是研究数学结构、变换和等式的数学分支。
数学归纳法在代数中也有重要的应用,例如证明恒等式、证明等价关系等。
3. 组合数学组合数学是研究离散结构和组合问题的数学分支。
数学归纳法在组合数学中被广泛运用,例如证明组合恒等式、证明二项式系数等。
四、数学归纳法的例子下面是一些常见的数学归纳法的例子:1. 奇数和偶数基本情况:当n=1时,1是奇数。
数学归纳法
应用广泛:在数学 、计算机科学等领 域有广泛应用
数学归纳法的应用范围
证明数学定理 解决数学问题 证明数学公式 证明数学猜想
数学归纳法的证明步骤
初始步骤
基础步骤:证明命题在n=1 时成立
确定命题:明确要证明的命 题
归纳假设:假设命题在n=k 时成立
归纳步骤:证明命题在 n=k+1时成立
归纳步骤
THNK YOU
汇报人:
利用数学归纳法求解数列的极限问题
数列的定义:数列是一列有序的数如1, 2, 3, ... 极限的定义:极限是指一个数列或函数在某一点或某一区间上的极限值 数学归纳法的应用:利用数学归纳法可以求解数列的极限问题 实例:求解数列1/n的极限利用数学归纳法可以证明其极限为0
利用数学归纳法证明不等式
结论推导的严密性
确保每一步推导都有明确的依据 注意逻辑的连贯性和一致性 避免使用未经证明的假设或结论 确保结论的准确性和完整性
应用范围的局限性
数学归纳法只适用于正整 数集
不适用于无限集或非整数 集
数学归纳法不能证明存在 性只能证明唯一性
数学归纳法不能证明非单 调性或不可数性
数学归纳法的拓展与提高
理的假设
归纳推理:根 据假设和已知 条件进行归纳 推理得出结论
验证结论:对 得出的结论进 行验证确保其 正确性和有效
性
推广应用:将 归纳推理的结 果推广到更广 泛的问题中解 决更复杂的问
题
总结反思:总 结归纳推理的 过程和结果反 思存在的问题 和不足提高解 决问题的能力
数学归纳法与其他数学方法的结合运用
确定命题:明确要证明的命题 基础步骤:证明命题在n=1时成立 归纳假设:假设命题在n=k时成立
数学归纳法
数学归纳法
数学归纳法是一种用于证明与数量有关的定理的思想,是数学分析的重要工具。
从经典的数学原理、定理和法则的实质来看,数学归纳
法是一种很常用的封闭演算法,用于正确地说明一组事实或定理。
其
基本思想是:通过将总体中的某些特定情况研究透彻,然后运用“推广”原则,将特定推广到更一般的总体,从而可以最终得出不同问题中通
用的具有普遍意义的总体规则定理。
数学归纳法最基本的步骤就是构造一系列证明例子,并用它们构造出
一个证明步骤,以便以之为基础做进一步的推演。
在首次构造的示例中,要求它的数量足够小,以免证明过程陷入困境,而且它们所说明
的定理必须是显而易见的,以便证明后面推广的定理的正确性。
其理
论框架中的第一步就是要确定定理的范围和条件,因为要对那些外在
条件等信息集成有效地进行观察和分析,以便得出结论并得出更深层
次的结论。
一般来说,数学归纳法的证明过程可以分成五个阶段:基本定义和原理,基本元素的证明,由单个元素的证明而推广,完全证明和推断出
正确的结论。
在证明前,应对定理做出有助于定理证明的正确分析,
尤其要确定定理的依据,并明确各个元素及其相互关系,以确保每项
元素的证明及其推理过程能够得出正确的结论。
最后要指出的是,数学归纳法不仅仅是推导定理所必需的,同时也是
数学发展过程中非常重要的思维工具,也是创新思想的重要基石。
它
培养着学生思考问题的深度、独立思考的能力,有助于学生系统地掌握数学知识,从而为数学发展发挥着重要作用。
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《数学归纳法》说课稿各位专家、评委:大家好!我是陇西一中的数学教师王耀文,很高兴能有机会参加这次说课活动.我要讲的课题是《数学归纳法》(第一课时),用的教材是人民教育出版社出版的全日制普通高级中学教科书(试验修订本)数学第三册(选修Ⅱ),本课是高中数学第三册第二章第一节.下面我就从教材分析、教学目标的确定、教学方法的选择、学法的指导、教学过程的设计和板书设计六个方面进行说明.1教材分析1.1教材的地位和作用数学中许多与正整数有关的命题,用不完全归纳法证明是不可靠的,用完全归纳法证明又是不可能的,为解决这一“有限”与“无限”的矛盾,数学归纳法应运而生.所以数学归纳法是一种十分严谨而又重要的方法,也是历年高考中比较常考的证明方法. 它可以证明某些与正整数有关且具有递推性的数学命题,也可以通过“有限”来解决某些“无限”问题.1.2重点、难点重点是如何在较短的时间内,使学生理解“归纳法”和“数学归纳法”的实质,接受数学归纳法的证题思路.难点有两个,一是学生初步对数学归纳法原理的理解;二是数学归纳法的两个步骤及其作用.2教材目标的确定2.1知识目标使学生了解数学归纳法的发现过程,理解数学归纳法原理;理解数学归纳法的操作步骤;能用数学归纳法证明一些简单的数学命题并能正确书写证明步骤.2.2能力目标培养学生观察、猜想、归纳、发现问题的能力;培养学生数学思维能力、推理论证能力以及分析问题和解决问题的能力.2.3情感目标使学生在发现数学归纳法的过程中,体验数学研究的过程和发现的乐趣,激发学生学习数学的兴趣,使学生经历数学思维过程,获得成功的体验.3教学方法的选择本节课我主要采用“…发现‟的过程教学”和“启发探究式”的教学方法,根据教材特点和学生实际在教学中体现两点:⑴由学生的特点确定启发探究和感性体验的学习方法.由于本节课安排在高三阶段,且为数学基础较好的理科学生的选修内容,考虑到学生的接受能力比较强这一重要因素,在教学中我通过创设情境,启发引导学生在观察、分析、归纳的基础上,自主探索,发现数学结论和规律,掌握数学方法,突出学生的主体地位.⑵由教材特点确定以引导发现为教学主线.根据本节课的特点,教学重点应该是方法的应用.但是我认为虽然数学归纳法的操作步骤简单、明确,教师却不能把教学过程简单的当作方法的灌输,技能的操练.对方法作简单的灌输,学生必将半信半疑,兴趣不大.为此,我在教学中通过实例给学生创造条件,让学生直观感受到数学归纳法的实质,再在教师的引导下发现理解数学归纳法,揭示数学归纳法的实质.对于数学归纳法的应用,只要求学生在理解原理的基础上掌握应用原理证题的步骤,学会证明一些简单的问题.4学法的指导我国著名教育家陶行知先生早就指出:“我以为好的先生不是教书,不是教学生,乃是教学生学.”也有人说:“一个普通的教师,是奉送真理,一个好的教师,则是教别人去发现真理”.总之素质教育的一个根本任务就是教会学生怎样学习.因此本节课注重调动学生积极思考、主动探索,激发学生思维,尽可能为学生发挥他们的聪明才智提供必要的条件、增加活动的时间和空间,为此进行了以下学法指导:4.1 独立思考,自主探索,主动发现学生在整个教学过程中始终是认识的主体,引导学生积极参与课堂,学会发现问题,提出问题,养成善于独立思考和主动探索的学习习惯;4.2观察分析引导学生学会观察问题、分析问题和解决新问题;4.3合作学习发展学生的合作意识和合作能力,促进学生的高水平的思维和学习活动,使学生在交流过程中得到更深层次的理解.同时合作学习还能使教学适应不同能力水平的学生,增强平等意识,促进相互理解.4.4总结归纳引导学生抓住重点,掌握方法.5教学过程的设计在本阶段,我设想强化数学归纳法产生过程的教学,把数学归纳法的产生寓于对归纳法的分析、认识当中,把数学归纳法的产生与不完全归纳法的完善结合起来.这样不仅使学生可以看到数学归纳法产生的背景,从一开始就注意到它的功能,为使用它打下良好的基础,而且可以强化归纳思想的教学,这不仅是对中学数学中以演绎思想为主的教学的重要补充,也是引导学生发展创新能力的良机.为此,本节课我设想以思维过程为主线,发现为目标,把教学过程设计分为五个阶段.5.1 设置悬念,引入新课(引起学生回顾、联想和认知冲突)在本阶段的教学中,我想应从对归纳法的认识开始,到对不完全归纳法的认识,再到不完全归纳法可靠性的认识,直到怎么办结束.具体教学安排如下:请同学们回忆:我们是如何推导首项为,公差为的等差数列的通项公式的?(学生回答,教师板书)在同学回答的基础上进行归纳:像这种由一系列有限的特殊事例得出一般结论的推理方法,叫做归纳法.用归纳法可以帮助我们从具体的事例发现一般规律,但是仅根据特殊事例所得出的结论有时是不正确的.我们看一个例子:历史上曾有人用不完全归纳法推理得出一个质数公式,这个公式当1、2、3、…40时都是正确的,但当41时,它不是质数.那么等差数列的通项公式是否正确呢?要不要证明?这个与正整数有关的数学命题,怎么证明?如果能一个一个地算下去,都把它算出来,那也是一种证明方法,但是算得完吗?显然,是不行的,那怎么办?5.2 从生活实例引入,描述数学归纳法(设计趣例,激发学生学习兴趣)数学归纳法的引入是学习数学归纳法的过程中重要的一环.根据以往的经验,不论老师如何解释,学生对数学归纳法的原理往往迷惑不解,将信将疑,为了突破这一难点,我在教学中设计了一实例,使学生在比较熟悉的实际问题中领悟数学归纳法,同时也激发了学生的学习兴趣.具体教学安排如下:5.2.1引入实例我们看一个生活中的的例子:展览馆门前排了很长的队等候参观,新来者怀疑自己能否进入,于是去问看门人:“我现在排队能进去吗?”看门人回答时说了一句话,他立即高兴的去排队了,请问看门人回答时说了一句什么话?在学生讨论的基础上教师指出,答案很简单:“如果前一个人能进去,那么后一个人一定能进去.”这就是依此类推的法则.他看见第一个人进去了,依次法则,第二个人必能进去,第三个人也必能进去,依次下去,所有排队的人都能进去,所以我一定能进去.所以他很高兴的去排队了.5.2.2理解实例这一阶段从介绍递推思想开始,到认识递推思想,运用递推思想,直到归纳出二个步骤结束.把递推思想的介绍、理解、运用放在主要位置,必然对理解数学归纳法的实质带来指导意义.理解数学归纳法中的递推思想,要特别注意其中第二步,即证明命题成立时必须用到时命题成立这个假设条件.中学数学中的许多重要结论,用数学归纳法加以证明,可以使学生对有关知识的掌握深化一步.事实上这时已经触及到了数学归纳法,所以在此时我设计了这样一个问题:请问怎样才能保证所有排队的人都能进去参观?必须:教师引导,学生归纳:1首先第一个人一定要进去;2假设第一个人进去后,第二个人一定也要进去,第二个人进去后,第三个人一定要进去……也就是说,假设前面一个人进去后,后面一个人一定也要进去;即假设当第个人进去后,第个人也一定要进去,这样才能保证所有排队的人都能进去参观.强调很显然,这两个条件缺一不可.5.2.3提升实例在上述实例的基础上,引导学生思考:现在我们把上例换成前面的数学问题(等差数列通项公式的推导),请问,要是这无穷多个等式都成立,必须此时高三理科学生容易发现结论:1第一个等式要成立,即时,要成立;2假设第个等式要成立,一定要推出第个等式也要成立,也就是说,要由一定能推出也成立.请问:这两步能做到吗?5.2.4发现数学归纳法哪一位同学能板演一下学生尝试后,教师解析学生的书写格式.(注意板书)5.3提升理念,形成数学归纳法(引导学生总结归纳,培养学生的归纳推理能力)此阶段的目的是引导学生得出数学归纳法原理,理解数学归纳法的实质.具体教学安排如下:请问:如何证明一个关于正整数的命题对所有的正整数都成立?从上面的例子可以看出,要证明一个关于正整数的命题对所有的正整数都成立,只须满足:1证明当时命题成立;2假设(时命题成立,证明是命题也成立;由1、2可知命题对所有的正整数都成立.这种证法的本质步骤可以归结为“证明两个条件,得出一个结论”.这种证明方法就叫做数学归纳法(板书课题).数学归纳法的这两个步骤,第一个步骤是命题递推的基础.,第二个步骤是命题递推的根据,二者缺一不可,其中第二步是数学归纳法的核心,在从到的递推过程中,必须要用到归纳假设,这是数学归纳法证题的本质特征.否则,不论形式上多么相似,也不能称此证明方法为数学归纳法.5.4目标训练—数学归纳法的初步应用(通过应用理解数学归纳法,弄清数学归纳法的两个步骤及其应用),在本阶段教学中我选用了一道典型的题目,目的是初步明确数学归纳法的实质和用途.例设有数列表示数列前项的和,计算,,,由此推猜,并证明你的结论. 具体教学安排如下:5.4.1 两位同学板演,其他同学练习5.4.2 全班同学评价,教师个别辅导5.4.3 大家形成共识,归纳解题步骤(注意板书)5.5总结反思,深化认识这一阶段通过小结,使学生对对所学知识有一个清晰的认识,能抓住重点进行课后复习并在课外拓展. 具体教学安排如下:5.5.1内容小结这节课我们学习的数学归纳法是解决与自然数有关的数学命题的有力工具,应用非常广泛,后面还要陆续介绍如何用数学归纳法解决各种问题,这节课我们主要掌握两点:⑴理解数学归纳法原理,掌握用数学归纳法证明命题的步骤和格式. 数学归纳法证明命题的步骤简单的说:“递推基础不可少,归纳假设要用到,结论写明莫忘掉”.⑵会证一些简单的恒等式,初步理解其第二步的作用及书写格式.5.5.2课外延展我按照“课堂教学为主,课外活动为辅”的原则,把课外活动作为课内教学的补充和提高,让学生在课堂教学基础上加深对知识的理解和运用,扩大知识面,提高能力,发展智力.同时培养他们的自学能力和刻苦钻研的精神.因此我考虑不能把所有的问题都放在课堂解决,而应该让学生带着问题走出课堂,为此我设计了两个问题:⑴若你要证明的命题只对大于3的正整数成立,那么应从几开始验证?⑵若你要证的命题是对所有的正偶数成立,上述两个步骤又怎样应用?5.5.3作业布置⑴阅读教材第62~63页内容并整理笔记;⑵课外作业:第64页练习.6板书设计我考虑本节课板书设计要突出两点:⑴目的性数学归纳法的形成过程及数学归纳法的描述;⑵示范性数学归纳法证明命题的规范格式,整个过程中的等式成立,等式也成立,等式都成立三者之间严谨的逻辑关系也要表述清楚,使论证无懈可击,更充分,更完美.以上是我对这节课的教学设想,恳请各位专家和评委提出宝贵意见和建议.谢谢大家!各位专家、评委:大家好!。