高考數(shù)學一輪總復習 第七章 推理與證明課堂過關 理-人教版高三數(shù)學試題
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1、第七章 推理與證明 第1課時 合情推理與演繹推理(對應學生用書(文)、(理)93~94頁) 考點新知 能用歸納和類比等方法進行簡單的推理,了解合情推理在數(shù)學發(fā)現(xiàn)中的作用;掌握演繹推理的基本方法,并能運用它們進行一些簡單的推理;了解合情推理和演繹推理的聯(lián)系和區(qū)別. ① 了解合情推理的含義,能利用歸納和類比等進行簡單的推理,了解合情推理在數(shù)學發(fā)現(xiàn)中的作用. ② 了解演繹推理的重要性,掌握演繹推理的基本模式,并能運用它們進行一些簡單推理. ③ 了解合情推理和演繹推理之間的聯(lián)系和差異. 1. 已知=2,=3,=4,…,類比這些等式,若=6(a、b均為正
2、數(shù)),則a+b=________.
答案:41
解析:觀察下列等式=2,=3,=4,…,第n個應該是=(n+1),則第5個等式中:a=6,b=a2-1=35,a+b=41.
2. 在平面幾何中有如下結論:正三角形ABC的內(nèi)切圓面積為S1,外接圓面積為S2,則=,推廣到空間可以得到類似結論;已知正四面體PABC的內(nèi)切球體積為V1,外接球體積為V2,則=________.
答案:
解析:正四面體的內(nèi)切球與外接球的半徑之比為1∶3,故=.
3. 設等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn.若存在正整數(shù)m、n(m 3、積為Tn.若存在正整數(shù)m、n(m 4、1)(n∈N*)
解析:由歸納推理得+(n+1)==, ×(n+1)=,所以得出結論+(n+1)=×(n+1)(n∈N*).
5. 設△ABC的三邊長分別為a、b、c,△ABC的面積為S,內(nèi)切圓半徑為r,則r=.類比這個結論可知:四面體PABC的四個面的面積分別為S1,S2,S3,S4,內(nèi)切球的半徑為r,四面體PABC的體積為V,則r=________.
答案:
解析:由類比推理可知r=.
1. 歸納推理
(1) 歸納推理的定義
從個別事實中推演出一般性的結論,像這樣的推理通常稱為歸納推理.
(2) 歸納推理的思維過程大致如圖
―→―→
(3) 歸納推理的特點
① 歸 5、納推理的前提是幾個已知的特殊現(xiàn)象,歸納所得的結論是尚屬未知的一般現(xiàn)象,該結論超越了前提所包容的范圍.
② 由歸納推理得到的結論具有猜測的性質,結論是否真實,還需經(jīng)過邏輯證明和實踐檢驗,因此,它不能作為數(shù)學證明的工具.
③ 歸納推理是一種具有創(chuàng)造性的推理,通過歸納推理得到的猜想,可以作為進一步研究的起點,幫助人們發(fā)現(xiàn)問題和提出問題.
2. 類比推理
(1) 根據(jù)兩個(或兩類)對象之間在某些方面的相似或相同,推演出它們在其他方面也相似或相同,這樣的推理稱為類比推理.
(2) 類比推理的思維過程
―→―→
3. 演繹推理
(1) 演繹推理是根據(jù)已有的事實和正確的結論(包括定義、公理、 6、定理等),按照嚴格的邏輯法則得到新結論的推理過程.
(2) 主要形式是三段論式推理.
(3) 三段論的常用格式為
M — P(M是P)①
S-M(S是M)②
S — P(S是P)③
其中,①是大前提,它提供了一個一般性的原理;②是小前提,它指出了一個特殊對象;③是結論,它是根據(jù)一般原理,對特殊情況作出的判斷.
[備課札記]
題型1 歸納推理
例1 在各項為正的數(shù)列{an}中,數(shù)列的前n項和Sn滿足.
(1) 求a1,a2,a3;
(2) 由(1)猜想數(shù)列{an}的通項公式;
(3) 求Sn.
解:(1) 當n=1時, 7、S1=,即a21-1=0,解得a1=±1.∵ a1>0,∴ a1=1;
當n=2時,S2=,即a+2a2-1=0.
∵ a2>0, ∴ a2=-1.同理可得,a3=-.
(2) 由(1)猜想an=-.
(3) Sn=1+(-1)+(-)+…+(-)=.
已知數(shù)列{an}滿足a1=2,an+1=(n∈N*),則a3=________,a1·a2·a3·…·a2 007=________.
答案:- 3
解析:(解法1)分別求出a2=-3,a3=-,a4=,a5=2,可以發(fā)現(xiàn)a5=a1,且a1·a2·a3·a4=1,故a1·a2·a3·…·a2 007=a2 005·a2 006 8、·a2 007=a1·a2·a3=3.
(解法2)由an+1=,聯(lián)想到兩角和的正切公式,設a1=2=tanθ,則有a2=tan,a3=tan,a4=tan,a5=tan(π+θ)=a1,….則a1·a2·a3·a4=1,故a1·a2·a3·…·a2 007=a2 005·a2 006·a2 007=a1·a2·a3=3.
題型2 類比推理
2 現(xiàn)有一個關于平面圖形的命題:如圖所示,同一個平面內(nèi)有兩個邊長都是a的正方形,其中一個的某頂點在另一個的中心,則這兩個正方形重疊部分的面積恒為.類比到空間,有兩個棱長均為a的正方體,其中一個的某頂點在另一個的中心,則這兩個正方體重疊部分的體積恒 9、為________.
答案:
解析:在已知的平面圖形中,中心O到兩邊的距離相等(如圖1),即OM=ON.四邊形OPAR是圓內(nèi)接四邊形,Rt△OPN≌Rt△ORM,因此S四邊形OPAR=S正方形OMAN=a2.
同樣地,類比到空間,如圖2.
兩個棱長均為a的正方體重疊部分的體積為a3.
在Rt△ABC中,兩直角邊的長分別為a,b,直角頂點C到斜邊的距離為h,則易證=+.在四面體SABC中,側棱SA,SB,SC兩兩垂直,SA=a,SB=b,SC=c,點S到平面ABC的距離為h,類比上述結論,寫出h與a,b,c之間的等式關系并證明.
解:類比得到:=++.
證明:過S作△ABC 10、所在平面的垂線,垂足為O,連結CO并延長交AB于D,連結SD,∵ SO⊥平面ABC,∴ SO⊥AB.∵ SC⊥SA,SC⊥SB,∴ SC⊥平面ABS,∴ SC⊥AB,SC⊥SD,∴ AB⊥平面SCD,∴ AB⊥SD.在Rt△ABS中,有=+, 在Rt△CDS中,有=+=++.
題型3 演繹推理
, 3) 設同時滿足條件:①≤bn+1(n∈N*);②bn≤M(n∈N*,M是與n無關的常數(shù))的無窮數(shù)列{bn}叫“特界” 數(shù)列.
(1) 若數(shù)列{an}為等差數(shù)列,Sn是其前n項和,a3=4,S3=18,求Sn;
(2) 判斷(1)中的數(shù)列{Sn}是否為“特界” 數(shù)列,并說明理由.
11、解:(1) 設等差數(shù)列{an}的公差為d,
則a1+2d=4,3a1+3d=18,解得a1=8,d=-2,Sn=na1+d=-n2+9n.
(2) 由-Sn+1=
===-1<0,得 12、2) 證明: 由(1)得
bn===-,
1. 對一個邊長為1的正方形進行如下操作:第一步,將它分割成3×3方格,接著用中心和四個角的5個小正方形,構成如圖①所示的幾何圖形,其面積S1=;第二步,將圖①的5個小正方形中的每個小正方形都進行與第一步相同的操作,得到圖②;依此類推,到第n步,所得圖形的面積Sn=.若將以上操作類比推廣到棱長為1的正方體中,則到第n步,所得幾何體的體積Vn=________.
答案:
解析:將棱長為1的正方體分割成3×3×3=27個全等的小正方體,拿去分別與中間小正方體的六個面重合的6個小正方體和分別與中間小正方體有1條棱重合的12個小正方體,則余 13、下的9個小正方體體積V1=,第二步,將余下的9個小正方體作同樣的操作,則余下的9×9個小正方體的體積V2=,所以到第n步,所得幾何體的體積Vn=.
2. 對大于或等于2的正整數(shù)的冪運算有如下分解方式:
22=1+3,32=1+3+5,42=1+3+5+7,…;
23=3+5,33=7+9+11,43=13+15+17+19,….
根據(jù)上述分解規(guī)律,若m2=1+3+5+…+11,p3的分解中最小的正整數(shù)是21,則m+p=________.
答案:11
解析:由歸納推理可知,m=6,p=5,∴ m+p=11.
3. (2014·泰州期末)已知在等差數(shù)列{an}中,若m+2n+p=s+ 14、2t+r,m、n、p、s、t、r∈N*,則am+2an+ap=as+2at+ar.仿此類比,可得到等比數(shù)列{bn}中的一個正確命題:若m+2n+p=s+2t+r,m、n、p、s、t、r∈N*,則________.
答案:bm(bn)2bp=bs(bt)2br
解析:由類比推理將加法換成乘法,乘法換成乘方即得結論.
4. 已知an=,把數(shù)列{an}的各項排成如下的三角形:
a1
a2 a3 a4
a5 a6 a7 a8 a9
……
記A(s,t)表示第s行的第t個數(shù),則A(11,12)=________.
答案:
解析:該三角形數(shù)陣每行所對應元素的個數(shù)為1,3,5…,那么第1 15、0行的最后一個數(shù)為a100,第11行的第12個數(shù)為a112,即A(11,12)=.
5. 觀察下列等式:
(1+1)=2×1,(2+1)(2+2)=22×1×3,(3+1)(3+2)(3+3)=23×1×3×5,…照此規(guī)律, 第n個等式可為________.
答案:(n+1)(n+2)(n+3)…(n+n)=2n×1×3×5×…×(2n-1)
解析:觀察規(guī)律可知,左邊為n項的積,最小項和最大項依次為(n+1),(n+n),右邊為連續(xù)奇數(shù)之積乘以2n,則第n個等式為(n+1)(n+2)(n+3)…(n+n)=2n×1×3×5×…×(2n-1).
1. 如圖所示的三角形數(shù)陣叫“萊布尼 16、茨調(diào)和三角形”,有=+,=+,=+,…,則運用歸納推理得到第11行第2個數(shù)(從左往右數(shù))為________.
1
…
答案:
解析:由“萊布尼茨調(diào)和三角形”中數(shù)的排列規(guī)律,我們可以推斷:第10行的第一個數(shù)為,第11行的第一個數(shù)為,則第11行的第二個數(shù)為-=.
2. 若等差數(shù)列{an}的公差為d,前n項的和為Sn,則數(shù)列為等差數(shù)列,公差為.類似地,若各項均為正數(shù)的等比數(shù)列{bn}的公比為q,前n項的積為Tn,則數(shù)列{}為等比數(shù)列,公比為________.
答案:
解析:Tn=bq,=b1()n-1.
3. 已知結論 17、:在正三角形ABC中,若D是邊BC的中點,G是三角形ABC的重心,則=2.若把該結論推廣到空間,則有結論:在棱長都相等的四面體ABCD中,若△BCD的中心為M,四面體內(nèi)部一點O到四面體各面的距離都相等,則=________.
答案:3
解析:由題意知,O為正四面體的外接球,內(nèi)切球球心,設正四面體的高為h,由等體積法可求得內(nèi)切球半徑為h,外接球半徑為h,所以=3.
4. 若P0(x0,y0)在橢圓+=1(a>b>0)外,過P0作橢圓的兩條切線的切點分別為P1、P2,則切點弦P1P2所在的直線方程是+=1.那么對于雙曲線則有如下命題:若P0(x0,y0)在雙曲線-=1(a>0,b>0)外,過 18、P0作雙曲線的兩條切線的切點分別為P1、P2,則切點弦P1P2所在的直線方程是____________.
答案:-=1
解析:設P1(x1,y1),P2(x2,y2),P0(x0,y0),則過P1、P2的切線方程分別是-=1,-=1.因為P0(x0,y0)在這兩條切線上,故有-=1,-=1.
這說明P1(x1,y1),P2(x2,y2)在直線-=1上,故切點弦P1P2所在的直線方程是-=1.
1. 合情推理主要包括歸納推理和類比推理.數(shù)學研究中,在得到一個新的結論前,合情推理能幫助猜測和發(fā)現(xiàn)結論,在證明一個數(shù)學結論之前,合情推理常常能為證明提供思路和方法.
2. 合情推理的過程概 19、括為:從具體問題出發(fā)→觀察、分析、比較、聯(lián)想→歸納、類比→提出猜想.
3. 演繹推理是從一般的原理出發(fā),推出某個特殊情況的結論的推理方法,是由一般到特殊的推理,常用的一般模式是三段論,數(shù)學問題的證明主要通過演繹推理來進行.
4. 合情推理僅是符合情理的推理,他得到的結論不一定真,而演繹推理得到的結論一定正確(前提和推理形式都正確的前提下).
請使用課時訓練(A)第1課時(見活頁).
[備課札記]
第2課時 直接證明與間接證明(對應學生用書(文)、(理)95~96頁)
了解分析法 20、、綜合法、反證法,會用這些方法處理一些簡單命題.
① 了解直接證明的兩種基本方法:分析法和綜合法;了解分析法和綜合法的思考過程、特點. ② 了解間接證明的一種基本方法——反證法;了解反證法的思考過程、特點.
1. 已知向量m=(1,1)與向量n=(x,2-2x)垂直,則x=________.
答案:2
解析:m·n=x+(2-2x)=2-x.∵ m⊥n,∴ m·n=0,即x=2.
2. 用反證法證明命題“如果a>b,那么>”時,假設的內(nèi)容應為______________.
答案:=或<
解析:根據(jù)反證法的步驟,假設是對原命題結論的否定,即=或<.
3. 21、-2與-的大小關系是______________.
答案:-2>-
解析: 由分析法可得,要證-2>-,只需證+>+2,即證13+2>13+4,即>2.因為42>40,所以-2>-成立.
4. 定義集合運算:A·B={Z|Z=xy,x∈A,y∈B},設集合A={-1,0,1},B={sinα,cosα},則集合A·B的所有元素之和為________.
答案:0
解析:依題意知α≠kπ+,k∈Z.①α=kπ+(k∈Z)時,B=,A·B=;②α=2kπ或α=2kπ+(k∈Z)時,B={0,1},A·B={0,1,-1};③α=2kπ+π或α=2kπ-(k∈Z)時,B={0,-1},A·B 22、={0,1,-1};④α≠且α≠kπ+(k∈Z)時,B={sinα,cosα},A·B={0,sinα,cosα,-sinα,-cosα}.綜上可知A·B中的所有元素之和為0.
5. 設a、b為兩個正數(shù),且a+b=1,則使得+≥μ恒成立的μ的取值范圍是________.
答案:(-∞,4]
解析:∵ a+b=1,且a、b為兩個正數(shù),∴ +=(a+b)=2++≥2+2=4.要使得+≥μ恒成立,只要μ≤4.
1. 直接證明
(1) 定義:直接從原命題的條件逐步推得命題成立的證明方法.
(2) 一般形式
ABC…本題結論.
(3) 綜合法
① 定義:從已知條件出發(fā),以 23、已知的定義、公理、定理為依據(jù),逐步下推,直到推出要證明的結論為止.這種證明方法稱為綜合法.
② 推證過程
……
(4) 分析法
① 定義:從問題的結論出發(fā),追溯導致結論成立的條件,逐步上溯,直到使結論成立的條件和已知條件或已知事實吻合為止.這種證明方法稱為分析法.
② 推證過程
……
2. 間接證明
(1) 常用的間接證明方法有反證法、正難則反等.
(2) 反證法的基本步驟
① 反設——假設命題的結論不成立,即假定原結論的反面為真.
② 歸謬——從反設和已知出發(fā),經(jīng)過一系列正確的邏輯推理,得出矛盾結果.
③ 存真——由矛盾結果,斷定反設不真,從而肯定原結論成 24、立.
題型1 直接證明(綜合法和分析法)
, 1) 數(shù)列{an}的前n項和記為Sn,已知a1=1,an+1=Sn(n=1,2,3,…),證明:
(1) 數(shù)列是等比數(shù)列;
(2) Sn+1=4an.
證明:(1) ∵ an+1=Sn+1-Sn,an+1=Sn(n=1,2,3,…),∴ (n+2)Sn=n(Sn+1-Sn),整理得nSn+1=2(n+1)Sn,∴ =2·,即=2,∴ 數(shù)列是等比數(shù)列.
(2) 由(1)知:=4·(n≥2),于是Sn+1=4·(n+1)·=4an(n≥2).又a2=3S1=3,∴ S2=a1+a2=1+3=4a1,∴ 對一切n∈N*,都有Sn+ 25、1=4an.
, 2) 設a、b、c均為大于1的正數(shù),且ab=10,求證:logac+logbc≥4lgc.
證明:(分析法)由于a>1,b>1,c>1,故要證明logac+logbc≥4lgc,只要證明+≥4lgc,即≥4,因為ab=10,故lga+lgb=1.只要證明≥4,由于a>1,b>1,故lga>0,lgb>0,所以0 26、+qmSn總成立,令n=m=1,得S2=S1+qS1,則a2=qa1.令m=1,得Sn+1=S1+qSn?、?, 從而Sn+2=S1+qSn+1 ②,②-①得an+2=qan+1(n≥1).綜上得an+1=qan(n≥1),所以數(shù)列{an}是等比數(shù)列.
題型2 間接證明(反證法)
, 3) 等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,a1=1+,S3=9+3.
(1) 求數(shù)列{an}的通項an與前n項和Sn;
(2) 設bn=(n∈N*),求證:數(shù)列{bn}中任意不同的三項都不可能成為等比數(shù)列.
解:(1) 由已知得
∴ d=2,故an=2n-1+,Sn=n(n+).
(2) 證明: 27、由(1)得bn==n+.假設數(shù)列{bn}中存在三項bp,bq,br(p,q,r∈N*,且互不相等)成等比數(shù)列,則b=bpbr.即(q+)2=(p+)(r+).∴ (q2-pr)+(2q-p-r)=0.
∵ p,q,r∈N*,∴ ∴ =pr,(p-r)2=0.∴ p=r,與p≠r矛盾.
∴ 數(shù)列{bn}中任意不同的三項都不可能成等比數(shù)列.
求證:y=ax2+2bx+c,y=bx2+2cx+a,y=cx2+2ax+b(a,b,c是互不相等的實數(shù)),三條拋物線至少有一條與x軸有兩個交點.
證明:假設這三條拋物線全部與x軸只有一個交點或沒有交點,則有三式相加,得a2+b2+c2-ab-ac 28、-bc≤0.則(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2≤0.∴ a=b=c與已知a,b,c是互不相等的實數(shù)矛盾,∴ 這三條拋物線至少有一條與x軸有兩個交點.
1. (2014·山東)用反證法證明命題“設a、b為實數(shù),則方程x2+ax+b=0至少有一個實根”時,要做的假設是________.
答案:方程x2+ax+b=0沒有實根
解析:“方程x2+ax+b=0至少有一個實根”等價于“方程x2+ax+b=0有一個實根或兩個實根”,所以該命題的否定是“方程x2+ax+b=0沒有實根”.
2. 已知a、b、c∈(0,+∞)且a<c,b<c,+=1,若以a、b、c為三邊構造三角形,則c的取值 29、范圍是________.
答案:(10,16)
解析:要以a、b、c為三邊構造三角形,需要滿足任意兩邊之和大于第三邊,任意兩邊之差小于第三邊,而a 30、那么這組學生最多有________人.
答案:3
解析:假設A,B兩位學生的數(shù)學成績一樣,由題意知他們語文成績不一樣,這樣他們的語文成績總有人比另一個人高,語文成績較高的學生比另一個學生“成績好”,與已知條件“他們之中沒有一個比另一個成績好”相矛盾.因此,沒有任意兩位學生數(shù)學成績是相同的.因為數(shù)學成績只有3種,因而學生數(shù)量最大為3,即 3位學生的成績分別為(優(yōu)秀,不合格),(合格,合格),(不合格,優(yōu)秀)時滿足條件.
4. 設函數(shù)f(x)=(a≠2).
(1) 用反證法證明:函數(shù)f(x)不可能為偶函數(shù);
(2) 求證:函數(shù)f(x)在(-∞,-1)上單調(diào)遞減的充要條件是a>2.
證 31、明:(1) 假設函數(shù)f(x)是偶函數(shù),則f(-2)=f(2),即=,解得a=2,這與a≠2矛盾,所以函數(shù)f(x)不可能是偶函數(shù).
(2) 因為f(x)=,所以f′(x)=.
① 充分性:當a>2時,f′(x)=<0,所以函數(shù)f(x)在(-∞,-1)上單調(diào)遞減;
② 必要性:當函數(shù)f(x)在(-∞,-1)上單調(diào)遞減時,有f′(x)=≤0,即a≥2,又a≠2,所以a>2.
綜合①②知,原命題成立.
1. 已知點An(n,an)為函數(shù)y=圖象上的點,Bn(n,bn)為函數(shù)y=x圖象上的點,其中n∈N*,設cn=an-bn,則cn與cn+1的大小關系為________.
答案:cn+1 32、<cn
解析:由條件得cn=an-bn=-n=,
∴ cn隨n的增大而減?。?cn+1<cn.
2. 一個平面封閉區(qū)域內(nèi)任意兩點距離的最大值稱為該區(qū)域的“直徑”,封閉區(qū)域邊界曲線的長度與區(qū)域直徑之比稱為區(qū)域的“周率”,下面四個平面區(qū)域(陰影部分)的周率從左到右依次記為τ1,τ2,τ3,τ4,則τ1,τ2,τ3,τ4的大小關系為________.
答案:τ4>τ2>τ3>τ1
解析:在圖(1)中,設圖形所在的矩形長為a,寬為b,則其周率為,由不等式的性質可知≤2;在圖(2)中設大圓的半徑為R,則易知外邊界長為πR,而內(nèi)邊界恰好為一個半徑為的小圓的周長πR,故整個邊界長為2πR,而 33、封閉曲線的直徑最大值為2R,故周率為π;圖(3)中周長為直徑的三倍,故周率為3;圖(4)中設各邊長為a,則整個邊界的周長為12a,直徑為2a,故周率為2,故四個周率大小τ4>τ2>τ3>τ1.
3. 定義:若存在常數(shù)k,使得對定義域D內(nèi)的任意兩個x1,x2(x1≠x2),均有|f(x1)-f(x2)|≤k|x1-x2| 成立,則稱函數(shù)f(x)在定義域D上滿足利普希茨條件.若函數(shù)f(x)=(x≥1)滿足利普希茨條件,則常數(shù)k的最小值為________.
答案:
解析:若函數(shù)f(x)=(x≥1)滿足利普希茨條件,則存在常數(shù)k,使得對定義域[1,+∞)內(nèi)的任意兩個x1,x2(x1≠x2),均有 34、|f(x1)-f(x2)|≤k|x1-x2| 成立,設x1>x2,則k≥=.而0<<,所以k的最小值為.
4. 某同學在一次研究性學習中發(fā)現(xiàn),以下五個式子的值都等于同一個常數(shù):
① sin213°+cos217°-sin13°cos17°;
② sin215°+cos215°-sin15°cos15°;
③ sin218°+cos212°-sin18°cos12°;
④ sin2(-18°)+cos248°-sin(-18°)cos48°;
⑤ sin2(-25°)+cos255°-sin(-25°)cos55°.
(1) 試從上述五個式子中選擇一個,求出這個常數(shù);
(2) 根 35、據(jù)(1)的計算結果,將該同學的發(fā)現(xiàn)推廣為三角恒等式,并證明你的結論.
解: (1) 選擇②式,計算如下:sin215°+cos215°-sin15°cos15°=1-sin30°=1-=.
(2) (解法1)三角恒等式為sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)=.
證明如下:
sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)=sin2α+(cos30°cosα+sin30°sinα)2-sinα(cos30°·cosα+sin30°sinα)=sin2α+cos2α+sinαcosα+sin2α-sinαcosα-sin2α=sin2α+cos2 36、α=.
(解法2)三角恒等式為sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)=.
證明如下:sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)=+-sinα(cos30°·cosα+sin30°sinα)=-cos2α++ (cos60°cos2α+sin60°·sin2α)-sinαcosα-sin2α=-cos2α++cos2α+sin2α-sin2α-(1-cos2α)=1-cos2α-+cos2α=.
5. 如圖,已知半徑為r的圓M的內(nèi)接四邊形ABCD的對角線AC和BD相互垂直且交點為P.
(1) 若四邊形ABCD中的一條對角線AC的長度為d(0 37、 38、時等號成立.
∵ 點P在圓內(nèi)運動,∴ 當點P和圓心M重合時d=0,此時d1=d2,四邊形的面積最大,且最大值Smax=2r2.
1. 分析法的特點是從未知看已知,逐步靠攏已知,綜合法的特點是從已知看未知,逐步推出未知.分析法和綜合法各有優(yōu)缺點.分析法思考起來比較自然,容易尋找到解題的思路和方法,缺點是思路逆行,敘述較煩;綜合法從條件推出結論,較簡捷地解決問題,但不便于思考,實際證明時常常兩法兼用,先用分析法探索證明途徑,然后再用綜合法敘述出來.
2. 反證法是從否定結論出發(fā),經(jīng)過邏輯推理,導出矛盾,說明結論的否定是錯誤的,從而肯定原結論是正確的證明方法.適宜用反證法證明的數(shù)學命題:① 39、結論本身是以否定形式出現(xiàn)的一類命題;②關于唯一性、存在性的命題;③結論以“至多”“至少”等形式出現(xiàn)的命題;④結論的反面比原結論更具體更容易研究的命題.
請使用課時訓練(B)第2課時(見活頁).
[備課札記]
第3課時 數(shù)學歸納法(對應學生用書(理)97~98頁)
理解數(shù)學歸納法的原理,能用數(shù)學歸納法證明一些簡單的數(shù)學命題.
了解數(shù)學歸納法的原理,能用數(shù)學歸納法證明一些簡單的數(shù)學命題.
1. 用數(shù)學歸納法證明1+++…+ 40、.
答案:1++<2
解析:∵ n∈N*,n>1,∴ n取的第一個數(shù)為2,左端分母最大的項為=.
2. (選修22P88練習題3改編)用數(shù)學歸納法證明不等式“2n>n2+1對于n≥n0的自然數(shù)n都成立”時,第一步證明中的起始值n0應取為________.
答案:5
解析:當n≤4時,2n≤n2+1;當n=5時,25=32>52+1=26,所以n0應取為5.
3. 設f(n)=1++++…+(n∈N*),則f(k+1)-f(k)=________.
答案:++
解析:f(k+1)-f(k)=1++++…+-(1++++…+)=++.
4. 利用數(shù)學歸納法證明不等式++…+>時, 41、由k遞推到k+1時左邊應添加的因式是________.
答案:-
解析:f(k+1)-f(k)=++…++-
(++…+)=+-=-.
5. 已知a1=,an+1=,則a2,a3,a4,a5的值分別為________________,由此猜想an=________.
答案:、、、
解析:a2====,同理a3===,a4==,a5==,猜想an=.
1. 由一系列有限的特殊現(xiàn)象得出一般性的結論的推理方法,通常叫做歸納法.
2. 對某些與正整數(shù)有關的數(shù)學命題常采用下面的方法來證明它們的正確性:先證明當n取第1個值n0時,命題成立;然后假設當n=k(k∈N,k≥n0)時命題 42、成立;證明當n=k+1時,命題也成立,這種證明方法叫做數(shù)學歸納法.
3. 用數(shù)學歸納法證明一個與正整數(shù)有關的命題時,其步驟為:
(1) 歸納奠基:證明凡取第一個自然數(shù)n0時命題成立;
(2) 歸納遞推:假設n=k(k∈N,k≥n0)時命題成立,證明當n=k+1時,命題成立;
(3) 由(1)(2)得出結論.
[備課札記]
題型1 證明等式
1 (2014·陜西)設函數(shù)f(x)=ln(1+x),g(x)=xf′(x),x≥0,其中f′(x)是f(x)的導函數(shù).令g1(x)=g(x),gn+1(x)=g(gn(x)),n∈N*,求證:gn(x 43、)=.
證明:(數(shù)學歸納法)① 當n=1時,g1(x)=,結論成立.
② 假設n=k時結論成立,即gk(x)=.那么,當n=k+1時,gk+1(x)=g(gk(x))===,即結論成立.
由①②可知,結論對所有n∈N*均成立.
用數(shù)學歸納法證明:
1-+-+…+-=++…+(n∈N).
證明:① 當n=1時,等式左邊=1-==右邊,等式成立.
② 假設當n=k(k∈N)時,等式成立,即1-+-+…+-=++…+,那么,當n=k+1時,有1-+-+…+-+-=++…++-=++…++,上式表明當n=k+1時,等式也成立.
由①②知,等式對任何n∈N均成立.
題型2 44、證明不等式
, 2) (2014·南通二模)各項均為正數(shù)的數(shù)列{xn}對一切n∈N*均滿足xn+<2.證明:
(1) xn<xn+1;
(2) 1-<xn<1.
證明:(1) ∵ xn>0,xn+<2,∴ 0<<2-xn,
∴ xn+1>,且2-xn>0.
∵ -xn==≥0.
∴ ≥xn,∴ xn≤<xn+1,即xn<xn+1.
(2) 下面用數(shù)學歸納法證明:xn>1-.
① 當n=1時,由題設x1>0可知結論成立;
② 假設n=k時,xk>1-,當n=k+1時,
由(1)得,xk+1>>==1-.
由①②可得,xn>1-.
下面先證明xn≤1.
假設存在自 45、然數(shù)k,使得xk>1,則一定存在自然數(shù)m,使得xk>1+.
因為xk+<2,xk+1>>=,xk+2>>=,…,xk+m-1>=2,與題設xk+<2矛盾,所以xn≤1.若xk=1,則xk+1>xk=1,根據(jù)上述證明可知存在矛盾.所以xn<1成立.
已知x1,x2,…,xn∈R+,且x1x2…xn=1,求證:
(+x1)(+x2)…(+xn)≥(+1)n.
證明(數(shù)學歸納法):(ⅰ) 當n=1時,+x1=+1,不等式成立.
(ⅱ) 假設n=k時不等式成立,即(+x1)(+x2)…(+xk)≥(+1)k成立.
則n=k+1時,若xk+1=1,則命題成立;若xk+1>1,則x1,x2 46、,…,xk中必存在一個數(shù)小于1,不妨設這個數(shù)為xk,從而(xk-1)(xk+1-1)<0,即xk+xk+1>1+xkxk+1.xk+1<1同理可得,
所以(+x1)(+x2)…(+xk)(+xk+1)
=(+x1)(+x2)…[2+(xk+xk+1)+xkxk+1]
≥(+x1)(+x2)…[2+(1+xkxk+1)+xkxk+1]
=(+x1)(+x2)…(+xkxk+1)(+1)
≥(+1)n(+1)=(+1)k+1.
故n=k+1時,不等式也成立.
由(ⅰ)(ⅱ)知原不等式成立.
題型3 數(shù)列問題
3 設數(shù)列{an}的前n項和為Sn,且方程x2-anx-an=0有一根 47、為Sn-1,n=1,2,3,….
(1) 求a1,a2;
(2) 猜想數(shù)列{Sn}的通項公式,并給出證明.
解:(1) 當n=1時,x2-a1x-a1=0有一根為S1-1=a1-1,
于是(a1-1)2-a1(a1-1)-a1=0,解得a1=;
當n=2時,x2-a2x-a2=0有一根為S2-1=a2-,
于是-a2-a2=0,解得a2=.
(2) 由題設(Sn-1)2-an(Sn-1)-an=0,即S-2Sn+1-anSn=0.
當n≥2時,an=Sn-Sn-1,代入上式得Sn-1Sn-2Sn+1=0.①
由(1)得S1=a1=,S2=a1+a2=+=.
由①可得S3=. 48、由此猜想Sn=,n=1,2,3,….
下面用數(shù)學歸納法證明這個結論.
(ⅰ) n=1時已知結論成立.
(ⅱ) 假設n=k(k∈N*)時結論成立,即Sk=,
當n=k+1時,由①得Sk+1=,
即Sk+1=,故n=k+1時結論也成立.
綜上,由(ⅰ)(ⅱ)可知Sn=對所有正整數(shù)n都成立.
(2014·鎮(zhèn)江期末)已知數(shù)列{an}滿足a1=,an+1·(1+an)=1.
(1) 試計算a2,a3,a4,a5的值;
(2) 猜想|an+1-an|與(其中n∈N*)的大小關系,并證明你的猜想.
解:(1) 由已知計算得a2=,a3=,a4=,a5=.
(2) 由(1)得| 49、a2-a1|=,|a3-a2|=,|a4-a3|=,|a5-a4|=,而n分別取1,2,3,4時,分別為,,,,故猜想|an+1-an|≤.下面用數(shù)學歸納法證明以上猜想:
① 當n=1時,已證;
② 當n=k≥1時,
假設|ak+1-ak|≤,對n∈N*:由a1=,an+1=,得an>0,∴ 0 50、題型4 綜合運用
, 4) 若函數(shù)f(x)=x2-2x-3,定義數(shù)列{xn}如下:x1=2,xn+1是過點P(4,5),Qn(xn,f(xn))的直線PQn與x軸的交點的橫坐標,試運用數(shù)學歸納法證明:2≤xn<xn+1<3.
證明:① 當n=1時,x1=2,f(x1)=-3,Q1(2,-3).∴ 直線PQ1的方程為y=4x-11,令y=0,得x2=,因此,2≤x1<x2<3,即n=1時結論成立.
② 假設當n=k時結論成立,即2≤xk<xk+1<3.∴ 直線PQk+1的方程為y-5=(x-4).又f(xk+1)=x-2xk+1-3,代入上式,令y=0,得xk+2==4-.
由 51、歸納假設,2 52、如下:當n=3時,f(3)=0成立;設當n=k(k≥3)時猜想成立,即f(k)=,則當n=k+1時, 考察k+1邊形A1A2…AkAk+1,
① k邊形A1A2…Ak中原來的對角線也都是k+1邊形中的對角線,且邊A1Ak也成為k+1邊形中的對角線;
② 在Ak+1與A1,A2,…,Ak連結的k條線段中,除Ak+1A1,Ak+1Ak外,都是k+1邊形中的對角線,
共計有f(k+1)=f(k)+1+(k-2)=+1+(k-2)====,即猜想對n=k+1時也成立.
綜上,得f(n)=對任何n≥3,n∈N*都成立.
1. 用數(shù)學歸納法證明“12+22+32+…+n2=n(n+1)(2n 53、+1)(n∈N*)”,當n=k+1時,應在n=k時的等式左邊添加的項是________.
答案:(k+1)2
解析:[12+22+…+k2+(k+1)2]-(12+22+…+k2)=(k+1)2.
2. 用數(shù)學歸納法證明“2n+1≥n2+n+2(n∈N*)”時,第一步驗證的表達式為________.
答案:21+1≥12+1+2(或22≥4或4≥4也算對)
解析:當n=1時,21+1≥12+1+2.
3. 用數(shù)學歸納法證明“當n為正奇數(shù)時,xn+yn能被x+y整除”的第二步是____.
答案:假設n=2k-1(k∈N*)時正確,再推n=2k+1(k∈N*)正確
解析:因為n為正 54、奇數(shù),根據(jù)數(shù)學歸納法證題的步驟,第二步應先假設第k個正奇數(shù)也成立,本題先假設n=2k-1(k∈N*)正確,再推第k+1個正奇數(shù),即n=2k+1(k∈N*)正確.
4. (2014·蘇錫常鎮(zhèn)二模)如圖,圓周上有n個固定點,分別為A1,A2,…,An(n∈N*,n≥2),在每一個點上分別標上1,2,3中的某一個數(shù)字,但相鄰的兩個數(shù)字不相同,記所有的標法總數(shù)為an.
(1) 寫出a2,a3,a4的值;
(2) 寫出an的表達式,并用數(shù)學歸納法證明.
解:(1) a2=6,a3=6,a4=18.
(2) an=2n+2·(-1)n.(*)
證明如下:① 當n=2時,a2=6,符合(*) 55、式.
② 假設當n=k時,(*)式成立,即ak=2k+2·(-1)k成立,那么n=k+1時,因為A1有3種標法,A2有2種標法,…,Ak有2種標法,Ak+1若僅與Ak不同,則有2種標法:一種與A1數(shù)不同,符合要求,有ak+1種;一種與A1數(shù)相同,不符合要求,但相當于k個點的標法總數(shù),有ak種.則有3×2k=ak+1+ak.∴ ak+1=-ak+3×2k=-2k-2·(-1)k+3×2k=2k+1+2(-1)k+1.即n=k+1時,(*)式也成立.
由①②知(*)式成立,即證.
1. (2014·沈陽模擬)已知f(n)=1+++…+(n∈N*),用數(shù)學歸納法證明f(2n)>時,則f(2 56、k+1)-f(2k)等于________.
答案:++…+
解析:∵ f(2k+1)=1++++…+++…++++…+,f(2k)=1++++…+++…+,∴ f(2k+1)-f(2k)=++…+.
2. 用數(shù)學歸納法證明不等式:+++…+>1(n∈N*且n>1).
證明:①當n=2時,左邊=++=>1,
∴ n=2時不等式成立;
②假設當n=k(k≥2)時不等式成立,
即+++…+>1,
那么當n=k+1時,
左邊=+…++
=++…++-
>1+(2k+1)·-=1+>1.
綜上,對于任意n∈N*,n>1不等式均成立,原命題得證.
3. 已知函數(shù)f(x)=-x3+ 57、ax在(-1,0)上是增函數(shù).
(1) 求實數(shù)a的取值范圍A;
(2) 當a為A中最小值時,定義數(shù)列{an}滿足:a1∈(-1,0),且2an+1=f(an),用數(shù)學歸納法證明an∈(-1,0),并判斷an+1與an的大小.
解 :(1) ∵ f′(x)=-3x2+a≥0即a≥3x2在x∈(-1,0)恒成立,∴ A=[3,+∞)
(2) 用數(shù)學歸納法證明:an∈(-1,0).
(ⅰ) n=1時,由題設a1∈(-1,0);
(ⅱ) 假設n=k時,ak∈(-1,0),則當n=k+1時,ak+1=f(ak)=(-a+3ak),由(1)知:f(x)=-x3+3x在(-1,0)上是增函數(shù),又 58、ak∈(-1,0),所以[-(-1)3+3×(-1)]=-1 59、f′1(x)=′-′=--+,所以f1=-,f2=-+.故2f1+f2=-1.
(2) 證明:由已知,得xf0(x)=sinx,等式兩邊分別對x求導,得f0(x)+xf′0(x)=cosx,
即f0(x)+xf1(x)=cosx=sin,類似可得2f1(x)+xf2(x)=-sinx=sin(x+π),
3f2(x)+xf3(x)=-cosx=sin,4f3(x)+xf4(x)=sinx=sin(x+2π).
下面用數(shù)學歸納法證明等式nfn-1(x)+xfn(x)=sin對所有的n∈N*都成立.
① 當n=1時,由上可知等式成立.
② 假設當n=k時等式成立,即kfk-1(x)+x 60、fk(x)=sin.
因為[kfk-1(x)+xfk(x)]′=kf′k-1(x)+fk(x)+xf′k(x)=(k+1)fk(x)+xfk+1(x),′=cos·
′=sin,
所以(k+1)fk(x)+xfk+1(x)=sin.
因此當n=k+1時,等式也成立.
綜合①②可知等式nfn-1(x)+xfn(x)=sin對所有的n∈N*都成立.
令x=,可得nfn-1+fn=sin(+)(n∈N*).所以=(n∈N*).
1. 數(shù)學歸納法是專門證明與整數(shù)有關命題的一種方法,分兩步,第一步是遞推的基礎,第二步是遞推的依據(jù),兩步缺一不可.
2. 運用數(shù)學歸納法時易犯的錯誤:①對項數(shù)估算的錯誤,特別是尋找n=k與n=k+1的關系時,項數(shù)發(fā)生什么變化被弄錯;②沒有利用歸納假設;③關鍵步驟含糊不清,“假設n=k時結論成立,利用此假設證明n=k+1時結論也成立”,是數(shù)學歸納法的關鍵一步,也是證明問題最重要的環(huán)節(jié),對推導的過程要把步驟寫完整,注意證明過程的嚴謹性和規(guī)范性.
[備課札記]
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