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高中数学—14—数学归纳法、数列极限(A)-教师版

1.已知数列{}n a 满足12a =,对任意*N m p ∈、都有m p m p a a a +=⋅.则数列{}n a (*N n ∈)的通项公式=n a . 【难度】★★【答案】1*122(N )n n n a a n -=⋅=∈2.(1)已知数列{}n a 中,,求数列{}n a 的通项公式; (2)已知数列{}n a 中,,求数列{}n a 的通项公式. 【难度】★★【答案】(1),n N *∈ (2),n N *∈3.已知数列{}n a 满足12a =,对任意*N m p ∈、都有m p m p a a a +=⋅.数列{}n b 满足31223+21212121n n n b b b ba =+++++++L (*N n ∈),则数列{}n b 的前n 项和n B = . 【难度】★★ 【答案】*2442N .33n n n B n =⋅++∈,4. 已知为等比数列{}n a 前项和,,求.【难度】★★【答案】,----------------①232,111-==+n n a a a n a a a n n +==+2,1116)32(71-⨯=-n na n a n n -=2n S n nn n a 3)12(⋅-=n S Θnn n a 3)12(⋅-=∴n n n S 3)12(35333132⋅-++⋅+⋅+⋅=Λ数学归纳法、数列极限 热身练习-------------② ①—②,得∴一、数学归纳法一般地,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n 0 (n 0∈N *)时命题成立;(2) (归纳递推)假设n =k (k ≥n 0,k ∈N *)时命题成立,证明当n =k +1时命题也成立. 只要完成这两个步骤,就可以断定命题对从n 0开始的所有正整数n 都成立.注意:∈ 应用数学归纳法要运用“归纳假设”,没有运用“归纳假设”的证明不是数学归纳法。

∈ 由k 到k +1的证明,实际问题中由k 到k +1的变化规律是数学归纳法的难点,突破难点的关键是掌握由k 到k +1的推论方法,在运用归纳假设时,应分析P (k )与P (k +1)的差异及联系。

利用拆、添、并、放、缩等手段,或从归纳假设出发;或从P (k +1)从分离出P (k ),再进行局部调整;也可考虑寻求二者的“结合点”,以便顺利过渡。

(3)用数学归纳法证明与正整数有关的等式,常采用从一边开始并以另一边为目标进行推证的办法; 用数学归纳法证明整除性问题,常采用配凑的办法;用数学归纳法证明与正整数有关的不等式 时,常常需要运用不等式的性质以及比较法、放缩法、分析法、综合法等基本方法;用数学归纳法证明与正整数有关的几何问题,常常要运用几何图形的性质。

二、归纳——猜想——论证“归纳、猜想、证明”就是运用“检验有限个n 的值,寻找一定规律,猜想一个结论,然后用数学归纳法证明所猜想的结论正确”的解题方法.理解一个完整的思维过程,往往是既要发现结论,又要证明结论的正确性.这就需要掌握运用由特殊到一般的思维方法,也就是通过观察、归纳,提出猜想,探求结论,且运用严密的逻辑推理,14323)12(3)32(3533313+⋅-+⋅-++⋅+⋅+⋅=n n n n n S Λ14323)12()3333(232+⋅--+++++=-n n n n S Λ63)22(3)12(31)31(923111-⋅-=⋅----⨯+=++-n n n n n .33)1(1+⋅-=+n n n S 知识梳理即数学归纳法证明结论(猜想)的正确.领会“归纳、猜想、证明”的思想方法,非常有助于提高观察分析能力.三、数列的极限在n 无限增大的变化过程中,如果数列{}n a 中的项n a 无限趋向于某个常数A ,那么称A 为数列{}n a 的极限,记作lim n n a A →∞=.换句话说,即:对于数列{}n a ,如果存在一个常数A ,对于任意给定的0ε>,总存在自然数N ,当n N >时,不等式n a A ε-<恒成立,把A 叫做数列{}n a 的极限,记为lim n n a A →∞=.注意:∈ 理解数列极限的关键在于弄清什么是无限增大,什么是无限趋近;∈ 有限项的数列不存在极限问题,只有无穷项数列才存在极限问题; ∈ 这里的常数A 是唯一的,每个无穷数列不一定都有极限,例如:{(1)}n-;∈ 研究一个数列的极限,关注的是数列后面无限项的问题,改变该数列前面任何有限多个项,都 不能改变这个数列的极限;∈“无限趋近于A ”是指数列{}n a 后面的项与A 的“距离”可以无限小到“零”. 1、几个常见的极限:(1)∞→n lim C =C (C 为常数); (2)∞→n limn1=0; (3)∞→n lim q n =0(|q |<1);(4)∞→n lim d cn b an k k ++=ca(k ∈N *,a 、b 、c 、d ∈R 且c ≠0); (5)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==<->=+-∞→b a ba ba ba b a b a nn nn n 不存在,,,,011lim . 2、数列极限的四则运算法则:设数列{}{}n n b a 、,当B b A a n n n n ==∞→∞→lim lim ,时, B A b a n n n ±=±∞→)(lim ;B A b a n n n ⋅=⋅∞→)(lim ;)0(lim ≠=∞→B BAb a n n n ; 特别地。

如果c 是常数,那么A c a c a c n n n n ⋅=⋅=⋅∞→∞→)(lim )(lim . 注意:(1) 公式成立的条件:公式成立的前提是{}n a 与{}n b 都存在极限;(2) 公式的实质:是四则运算与取极限这两种运算可以变换顺序;(3) 公式的推广:公式中的两项的和,差,积可以推广到有限个项,但是它们都不能推广无限个.四、无穷等比数列各项的和把公比q 满足1<q 的无穷等比数列{}n a 的前n 项和qq a S n n --=1)1(1,当∞→n 时的极限叫做无穷等比数列各项的和,并用符号S 表示,即)10(1lim 1<<-==∞→q qa S S n n .一、数学归纳法【例1】判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”).(1) 用数学归纳法证明问题时,第一步是验证当n =1时结论成立.( )(2) 所有与正整数有关的数学命题都必须用数学归纳法证明.( ) (3) 用数学归纳法证明问题时,归纳假设可以不用.( )(4) 不论是等式还是不等式,用数学归纳法证明时,由n =k 到n =k +1时,项数都增加了一项.( ) (5) 用数学归纳法证明等式“1+2+22+…+2n +2=2n +3-1”,验证n =1时,左边式子应为1+2+22+23.( )(6) 用数学归纳法证明凸n 边形的内角和公式时,n 0=3.( ) 【难度】∈【类型】数学归纳法基础【答案】(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√【例2】求证:(n +1)(n +2)·…·(n +n )=2n ·1·3·5·…·(2n -1)(n ∈N *). 【难度】∈∈【类型】用数学归纳法证明恒等式【答案】证明:(1)当n =1时,等式左边=2,右边=2,故等式成立;(2)假设当n =k (k ∈N *)时等式成立,即(k +1)(k +2)·…·(k +k )=2k ·1·3·5·…·(2k -1), 那么当n =k +1时,左边=(k +1+1)(k +1+2)·…·(k +1+k +1)=(k +2)(k +3)·…·(k +k )(2k +1)(2k +2) =2k ·1·3·5·…·(2k -1)(2k +1)·2 =2k +1·1·3·5·…·(2k -1)(2k +1),所以当n =k +1时等式也成立.例题解析由(1)(2)可知,对所有n ∈N *等式成立.【例3】已知数列na n 131211+⋅⋅⋅+++=,又n n a a a a S +⋅⋅⋅+++=321,用数学归纳法证明()n a n S n n -+=1.【难度】∈∈【类型】用数学归纳法证明恒等式【答案】证明:(1)当1=n 时,1a 1=,111==a S 满足条件.(2)假设k n =时,()N k k ∈>,1时()k a k S k k -+=1等式成立. 当1+=k n 时,Θk a k 131211+⋅⋅⋅+++==1111131211+-+++⋅⋅⋅+++k k k =111+-+k a k 则11+++=k K k a S S =()k a k k -+11++k a =()k k a k k -⎪⎭⎫⎝⎛+-++11111++k a ()1)11(1)1(111+-++=+--+=+++k a k a k a k k k k由(1)(2)可知()n a n S n n -+=1成立.故得证.【例4】已知)(x f 在)1,1(-上有定义,121-=⎪⎭⎫ ⎝⎛f 且满足)1,1(-∈y x 、时,有⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=+xy y x f y f x f 1)()(. (1)证明:)(x f 在)1,1(-上为奇函数; (2)证明不等式*2021131111511N n n f n n f f f ∈=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⋅⋅⋅+⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛+,. 【难度】∈∈【类型】用数学归纳法证明恒等式【答案】(1)令0==y x ,则有,0)0(),0()0()0(=∴=+f f f f令x y -=,则0)0()()(==-+f x f x f ,0)()(=-+∴x f x f ,即)()(x f x f -=-, )(x f ∴在)1,1(-上为奇函数;(2)解法一:∈1=n 时,左边==-=+=++=011)21(1)31()51(1f f f 右边,∈假设k n =时有0211311115112=⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⋅⋅⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+k f k k f f f ,则当1+=k n 时,左边⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⋅⋅⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=311)1(3)1(113111151122k f k k f k k f f f5515515515515512131121315512131311)1(3)1(1212222222=⎪⎭⎫⎝⎛+++⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=⎪⎭⎫⎝⎛+++⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⋅+++-+=⎪⎭⎫⎝⎛+++⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++⎪⎭⎫⎝⎛+-=k k f k k f k k f k k f k k f k k k k f k k f k f k f k f k k f k f 由1+=k n 时等式也成立,由∈∈,对一切*N n ∈等式成立.解法二:运用⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++21111312n f n f n n f 即可,运用裂项可证明得。

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