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文档之家› 1.4.2数学归纳法典型例题
1.4.2数学归纳法典型例题
1 1 1 1 5 证明 (1)当 n=2 时,3+4+5+6>6,不等式成立. (2)假设当 n=k(k≥2,k∈N+)时,命题成立, 1 1 1 5 即 + +„+ >6, 3k k+1 k+2 1 1 1 1 则当 n=k+1 时, + +„+ + + 3 k k+1+1 k+1+2 3k+1 1 1 + 3k+2 3k+1
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说明: 归纳法是一种推理方法,数学归纳法是一种证明方
法.归纳法帮助我们提出猜想,而数学归纳法的作用是证明
猜想. “观察 ——猜想—— 证明”是解答与正整数有关命题的 有效途径.
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2.数学归纳法的主要应用 利用数学归纳法证明的命题范围比较广泛,可以涵盖代 数、三角恒等式、不等式、数列、几何问题、整除性问题 等等,所涉及的题型主要有以下几个方面: (1)已知数列的递推公式,求通项或前n项和; (2) 由一些恒等式、不等式改编的探究性问题,求使命题
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(2)假设 n=k(k≥1)时等式成立,即 1 1 1 1 1 1-2+3-4+„+ - 2k-1 2k 1 1 1 = + +„+ , 2k k+1 k+2 则当 n=k+1 时,
1-1+1-1+ 1 - 1 1 - 1 +2k+1 2k+2 2 3 4 2 k 2 k - 1 1 1 1 1 1 + +„+ + - = 2k 2k+1 2k+2 k+1 k+2
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1 1 1 1 + 1 + 1 - 1 = + +„+ + 3k 3k+1 3k+2 3k+3 k+1 k+1 k+2
1 1 1 5 1 + + - >6+ 3k+1 3k+2 3k+3 k+1 1 1 5 5 - > +3× = . 6 3k+3 k+1 6 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+都成立.
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题型三 不等式问题
1 1 1 【例 3】 已知 n∈N+,n>2,求证:1+ + +„+ 2 3 n > n+1.
[思路探索]先求出当n=3时等式左右两边的值,验证不等式 成立,然后作出假设:当n=k时不等式成立,接着令n=k+ 1,将假设得到的结论与不等式的左边比较,可将所证不等式 进行化简.
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1 1 1 1 = + +„+ + . k+2 k+3 2k+1 2k+2 即当 n=k+1 时,等式也成立. 综合(1)(2)可知,对一切正整数 n 等式都成立.
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题型二 几何问题
【例2】 几个半圆的圆心在同一条直线l上,这几个半圆每两个
1.数学归纳法中两个步骤的作用及关系
步骤①是命题论证的基础,步骤②是判断命题的正确性能
否递推下去的保证. 这两个步骤缺一不可,如果只有步骤①缺少步骤②,无法 对 n 取 n0 后的数时结论是否正确做出判断;如果只有步骤 ②缺少步骤①这个基础,假设就失去了成立的前提,步骤
②就没有意义了.
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3.数学归纳法的框图表示:
n
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:数学归纳法的第一步中n的初始值怎样确定? 提示 数学归纳法的第一步中 n 的初始值应根据命题的具
体情况而确定,不一定是n0=1,如证明n边形的内角和为
(n-2)·180°时,其初始值n0=3.
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题型四 “归纳、猜想、证明”问题
【例4】 (12分)在数列{an},{bn}中,a1=2,b1=4,且an, bn,an+1成等差数列,bn,an+1,bn+1成等比数列(n∈N+). 求a2,a3,a4及b2,b3,b4,由此猜测{an},{bn}的通项公 式,并证明你的结论. 审题指导 归纳——猜想——证明是高考重点考查的内容之一, 此类问题可分为归纳性问题和存在性问题,本例中归纳性问 题需要从特殊情况入手,通过观察、分析、归纳、猜想,探 索出一般规律.
自学导引
1.数学归纳法
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. 2.数学归纳法证明步骤
基本步骤:
①验证: n=n0 时,命题成立; ②在假设 n=k(k≥ n0) 时命题成立的前提下,推出 n=k+1 时,命题成立. 根据①②可以断定命题对一切正整数n≥n0都成立.
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用数学归纳法证明不等式、比较大小是高考的重
点.用数学归纳法证明不等式的第二步即从 n=k(k≥1)到n=k+1
的推导过程中要应用归纳假设,并对照目标式进行恰当的放缩 来实现,也可以在归纳假设后用分析法来证明 n=k+1时不等式 成立.
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1 1 1 1 5 【训练 3】 求证: + + +„+ >6 3n n+1 n+2 n+3 (n≥2,n∈N+).
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②假设当 n=k(k∈N+)时,结论成立, 即 ak=k(k+1),bk=(k+1)2, 那么当 n=k+1 时, ak+1=2bk-ak=2(k+1)2-k(k+1) a2 k+1 =(k+1)(k+2),bk+1= b =(k+2)2, k 所以当 n=k+1 时,结论也成立. 由①②,可知 an=n(n+1),bn=(n+1)2 对一切正整数都成 立.
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课堂1 1 【训练 1】 用数学归纳法证明: 1- + - +„+ - 2 3 4 2n-1 2n 1 1 1 = + +„+ (n∈N+) 2n n+1 n+2
1 1 解 (1)当 n=1 时,左边=1- = , 2 2 1 1 右边= = . 1+1 2 左边=右边.等式成立.
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k+2 k+2 ∵ > = k+2= k+1+1, k+1 k+2 1 1 1 1 ∴1+ + +„+ + > k+1+1, 2 3 k k+1 ∴当 n=k+1 时,不等式也成立. 由(1),(2)知对一切 n∈N+,n>2,不等式恒成立.
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§1.4.2 数学归纳法典型例题
【课标要求】 1.了解数学归纳法的原理. 2.能用数学归纳法证明一些常见的数学命题. 【核心扫描】 1.数学归纳法的原理及用数学归纳法证明数学命题的步
骤.(重点、难点)
2.学会用数学归纳法证明与正整数n有关的数学命题. (重点、难点)
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成立的参数的值或范围;
(3)猜想并证明对正整数n都成立的一般性命题.
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3.应用数学归纳法的注意事项 (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. 提醒:用数学归纳法可证明与正整数有关的问题,但并不 是所有的正整数问题都是用数学归纳法证明的,学习时要
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【训练 2】 平面上有 n 条直线,它们之间任何两条不平行, nn+1 任何三条不共点,求证这 n 条直线将平面分成 + 2 1 部分.
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1×1+1 解 当 n=1 时,一条直线把平面分成两部分, +1 2 =2, 所以当 n=1 时, 命题成立. 假设当 n=k 时, 命题成立, kk+1 即 k 条直线把平面分成 +1 个部分.当 n=k+1 时, 2 kk+1 这 k+1 条直线中的 k 条直线把平面分成 2 +1 部分, 第 k+1 条直线与前 k 条直线共有 k 个交点,将第 k+1 条直线 分成 k+1 部分,这时将平面多分成了 k+1 部分,即 k+1 条 kk+1 k+1k+2 直线把平面分成 2 +1+(k+1)= +1 部分, 2 所以当 n=k+1 时,命题也成立,故原命题成立.
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【解题流程】 由条件得an,bn,an+1,bn+1之间的关系 ―→ 代入a1=2,b1=4,求出a2,a3,a4,b2,b3,b4的值 ―→ 归纳猜想an,bn的通项公式 ―→ 用数学归纳法证明所得结论
[规范解答] 由条件得 2bn=an+an+1, a2 n+1=bnbn+1. 由此可以得 a2=6,b2=9,a3=12,b3=16,a4=20,b4=25. 猜测 an=n(n+1),bn=(n+1)2. 用数学归纳法证明: ①当 n=1 时,由上可得结论成立.
都相交,且都在直线l的同侧,求证这些半圆被所有的交点
最多分成的圆弧段数为f(n)=n2.(n≥2,n∈N+).
[思路探索] 验证n=2时成立 ―→ 文字说明fk+1-fk的增量 ―→ 验证fk+1=k+12成立
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解 (1)如图, n=2 时, 两个半圆交于一点, 则分成 4 段圆弧, 故 f(2)=4=22. (2)假设 n=k 时,f(k)=k2 成立,当 n=k+1 时,第 k+1 个半 圆与原 k 个半圆均相交,为获得最多圆弧,任意三个半圆不 能交于一点, 所以第 k+1 个半圆把原 k 个半圆中的每一个半 圆中的一段弧分成两段弧,这样就多出 k 条圆弧,另外原 k 个半圆把第 k+1 个半圆分成 k+1 段, 这样又多出了 k+1 段 圆弧. ∴f(k+1)=k2+k+(k+1)=k2+2k+1=(k+1)2. 由(1),(2)可知命题得证.