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- 2021-06-16 发布
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章末复习课
第一章 推理与证明
内容
索引
01
02
理
网络
明结构
探
题型
提
能力
03
04
理网络
·
明结构
探题型
·
提能力
题型一 合情推理与演绎推理
1.
归纳和类比都是合情推理,前者是由特殊到一般,部分到整体的推理,后者是由特殊到特殊的推理,但二者都能由已知推测未知,都能用于猜想,推理的结论不一定为真,有待进一步证明
.
2.
演绎推理与合情推理不同,它是由一般到特殊的推理,是数学中证明的基本推理形式,也是公理化体系所采用的推理形式
.
另一方面,合情推理与演绎推理又是相辅相成的,前者是后者的前提,后者论证前者的可靠性
.
例
1
(1)
有一个奇数列
1,3,5,7,9
,
…
,现在进行如下分组:第一组含一个数
{1}
;第二组含两个数
{3,5}
;第三组含三个数
{7,9,11}
;第四组含四个数
{13,15,17,19}
;
…
则每组内各数之和
f
(
n
) (
n
∈
N
+
)
与组的编号数
n
的关系式为
________.
解析
由于
1
=
1
3,
3
+
5
=
8
=
2
3
,
7
+
9
+
11
=
27
=
3
3,
13
+
15
+
17
+
19
=
64
=
4
3
,
…
,猜想第
n
组内各数之和
f
(
n
)
与组的编号数
n
的关系式为
f
(
n
)
=
n
3
.
f
(
n
)
=
n
3
(2)
在平面几何中,对于
Rt
△
ABC
,
AC
⊥
BC
,设
AB
=
c
,
AC
=
b
,
BC
=
a
,则
①
a
2
+
b
2
=
c
2
;
②
cos
2
A
+
cos
2
B
=
1
;
③
Rt
△
ABC
的外接圆半径为
r
=
.
把上面的结论类比到空间写出相类似的结论;如果你能证明,写出证明过程;如果在直角三角形中你还发现了异于上面的结论,试试看能否类比到空间?
解
选取
3
个侧面两两垂直的四面体作为直角三角形的类比对象
.
②
设
3
个两两垂直的侧面与底面所成的角分别为
α
,
β
,
γ
,则
cos
2
α
+
cos
2
β
+
cos
2
γ
=
1.
③
设
3
个两两垂直的侧面形成的侧棱长分别为
a
,
b
,
c
,则这个四面体的外接球的半径为
R
=
.
反思与感悟
(1)
归纳推理中有很大一部分题目是数列内容,通过观察给定的规律,得到一些简单数列的通项公式是数列中的常见方法
.
(2)
类比推理重在考查观察和比较的能力,题目一般情况下较为新颖,也有一定的探索性
.
跟踪训练
1
下列推理是归纳推理的是
________
,是类比推理的是
________.
①
A
、
B
为定点,若动点
P
满足
|
PA
|
+
|
PB
|
=
2
a
>|
AB
|
,则点
P
的轨迹是椭圆;
②
由
a
1
=
1
,
a
n
+
1
=
3
a
n
-
1
,求出
S
1
,
S
2
,
S
3
,猜想出数列的通项
a
n
和
S
n
的表达式;
③
由圆
x
2
+
y
2
=
1
的面积
S
=
π
r
2
,猜想出椭圆的面积
S
=
π
ab
;
④
科学家利用鱼的沉浮原理制造潜艇
.
②
③④
题型二 综合法与分析法
综合法和分析法是直接证明中的两种最基本的证明方法,但两种证明方法思路截然相反,分析法既可用于寻找解题思路,也可以是完整的证明过程,分析法与综合法可相互转换,相互渗透,要充分利用这一辩证关系,在解题中综合法和分析法联合运用,转换解题思路,增加解题途径
.
一般以分析法为主寻求解题思路,再用综合法有条理地表示证明过程
.
例
2
用综合法和分析法证明
.
已知
α
∈
(0
,
π)
,求证:
2sin 2
α
≤
.
证明
(
分析法
)
∵
α
∈
(0
,
π)
,
∴
sin
α
>0.
∵
1
-
cos
α
>0
,
(
综合法
)
证明
∵
sin(2
α
+
β
)
-
2cos(
α
+
β
)sin
α
=
sin
[(
α
+
β
)
+
α
]
-
2cos(
α
+
β
)sin
α
=
sin(
α
+
β
)cos
α
+
cos(
α
+
β
)sin
α
-
2cos(
α
+
β
)sin
α
=
sin(
α
+
β
)cos
α
-
cos(
α
+
β
)sin
α
=
sin
[(
α
+
β
)
-
α
]
=
sin
β
,
两边同除以
sin
α
得
题型三 反证法
反证法是一种间接证明命题的方法,它从命题结论的反面出发引出矛盾,从而肯定命题的结论
.
反证法的理论基础是互为逆否命题的等价性,从逻辑角度看,命题:
“
若
p
则
q
”
的否定是
“
若
p
则
綈
q
”
,由此进行推理,如果发生矛盾,那么就说明
“
若
p
则
綈
q
”
为假,从而可以导出
“
若
p
则
q
”
为真,从而达到证明的目的
.
因为
x
>0
且
y
>0
,
所以
1
+
x
≥
2
y
且
1
+
y
≥
2
x
,
两式相加,得
2
+
x
+
y
≥
2
x
+
2
y
,
所以
x
+
y
≤
2.
这与已知
x
+
y
>2
矛盾
.
反思与感悟
反证法常用于直接证明困难或以否定形式出现的命题
;涉及
“
都是
……”“
都不是
……”“
至少
……”“
至多
……”
等形式的命题时,也常用反证法
.
跟踪训练
3
已知:
ac
≥
2(
b
+
d
).
求证:方程
x
2
+
ax
+
b
=
0
与方程
x
2
+
cx
+
d
=
0
中至少有一个方程有实数根
.
证明
假设两方程都没有实数根,
则
Δ
1
=
a
2
-
4
b
<0
与
Δ
2
=
c
2
-
4
d
<0
,有
a
2
+
c
2
<4(
b
+
d
)
,
而
a
2
+
c
2
≥
2
ac
,
从而
有
4(
b
+
d
)>
2
ac
,
即
ac
<2(
b
+
d
)
,与已知矛盾,故原命题成立
.
题型四 数学归纳法
数学归纳法是一种逻辑推理,它的第一步称为奠基步骤,是论证的基础保证,即通过验证落实传递的起点,这个基础必须真实可靠;它的第二步称为递推步骤,是命题具有后继传递性的保证,两步合在一起为完全归纳步骤,这两步缺一不可,第二步中证明
“
当
n
=
k
+
1
时结论正确
”
的过程中,必须用
“
归纳假设
”
,否则就是错误的
.
例
4
用数学归纳法证明当
n
∈
N
+
时,
1·
n
+
2·(
n
-
1)
+
3·(
n
-
2)
+
…
+
(
n
-
2)·3
+
(
n
-
1)·2
+
n
·1
=
n
(
n
+
1)·(
n
+
2).
证明
(1)
当
n
=
1
时,
1
=
·
1·2·3
,结论成立
.
(2)
假设
n
=
k
时结论成立,
即
1·
k
+
2·(
k
-
1)
+
3·(
k
-
2)
+
…
+
(
k
-
2)·3
+
(
k
-
1)·2
+
k
·1
当
n
=
k
+
1
时
,
则
1·(
k
+
1)
+
2·
k
+
3·(
k
-
1)
+
…
+
(
k
-
1)·3
+
k
·2
+
(
k
+
1)·1
=
1·
k
+
2·(
k
-
1)
+
…
+
(
k
-
1)·2
+
k
·1
+
[1
+
2
+
3
+
…
+
k
+
(
k
+
1)]
即当
n
=
k
+
1
时结论也成立
.
由
(1)(2)
可知,结论对一切
n
∈
N
+
都成立
.
跟踪训练
4
数列
{
a
n
}
满足:
a
1
=
1
,
a
n
+
1
=
a
n
+
1.
(1)
写出
a
2
,
a
3
,
a
4
;
(2)
猜想数列
{
a
n
}
的通项公式,并加以证明
.
即当
n
=
k
+
1
时猜想也成立,
呈
重点、现
规律
1.
直接证明和间接证明是数学证明的两类基本证明方法
.
直接证明的两类基本方法是综合法和分析法:综合法是从已知条件推导出结论的证明方法;分析法是由结论追溯到条件的证明方法,在解决数学问题时,常把它们结合起来使用,间接证法的一种方法是反证法,反证法是从结论反面成立出发,推出矛盾的证明方法
.
2.
数学归纳法主要用于解决与正整数有关的数学问题
.
证明时,它的两个步骤缺一不可
.
它的第一步
(
归纳奠基
)
n
=
n
0
时结论成立
.
第二步
(
归纳递推
)
假设
n
=
k
时,结论成立,推得
n
=
k
+
1
时结论也成立
.
数学归纳法是在可靠的基础上,利用命题自身具有的传递性,运用有限的步骤
(
两步
)
证明出无限的命题成立
.
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