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- 2021-06-16 发布
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§7.5 合情推理与演绎推理
最新考纲
考情考向分析
1.了解合情推理的含义,能进行简单的归纳推理和类比推理,体会并认识合情推理在数学发现中的作用.
2.了解演绎推理的含义,掌握演绎推理的“三段论”,并能运用“三段论”进行一些简单演绎推理.
3.了解合情推理和演绎推理之间的联系和差异.
以理解类比推理、归纳推理和演绎推理的推理方法为主,常以演绎推理的方法根据几个人的不同说法作出推理判断进行命题.注重培养学生的推理能力;在高考中以填空题的形式进行考查,属于中低档题.
1.合情推理
合情推理
2.归纳推理的一般步骤
(1)通过观察个别情况发现某些相同性质;
(2)从已知的相同性质中推出一个明确表述的一般性命题(猜想).
3.类比推理的一般步骤
(1)找出两类事物之间的相似性或一致性.
(2)用一类事物的性质去推测另一类事物的性质,得出一个明确的命题(猜想).
4.演绎推理
由概念的定义或一些真命题,依照一定的逻辑规则得到正确结论的过程,通常叫做演绎推理.简言之,演绎推理是由一般到特殊的推理.
5.“三段论”可表示为
①大前提:M是P;
②小前提:S是M;
③结论:所以,S是P.
概念方法微思考
1.合情推理所得结论一定是正确的吗?
提示 合情推理所得结论是猜想,不一定正确,用演绎推理能够证明的猜想是正确的,否则不正确.
2.合情推理对我们学习数学有什么帮助?
提示 合情推理常常能帮助我们猜测和发现结论,证明一个数学结论之前,合情推理常常能为我们提供证明的思路和方向.
3.“三段论”是演绎推理的一般模式,包括大前提,小前提,结论,在用其进行推理时,大前提是否可以省略?
提示 大前提是已知的一般原理,当已知问题背景很清楚的时候,大前提可以省略.
题组一 思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)归纳推理得到的结论不一定正确,类比推理得到的结论一定正确.( × )
(2)由平面三角形的性质推测空间四面体的性质,这是一种合情推理.( √ )
(3)在类比时,平面中的三角形与空间中的平行六面体作为类比对象较为合适.( × )
(4)“所有3的倍数都是9的倍数,某数m是3的倍数,则m一定是9的倍数”,这是三段论推理,但其结论是错误的.( √ )
(5)一个数列的前三项是1,2,3,那么这个数列的通项公式是an=n(n∈N+).( × )
(6)在演绎推理中,只要符合演绎推理的形式,结论就一定正确.( × )
题组二 教材改编
2.已知在数列{an}中,a1=1,当n≥2时,an=an-1+2n-1,依次计算a2,a3,a4后,猜想an的表达式是( )
A.an=3n-1 B.an=4n-3
C.an=n2 D.an=3n-1
答案 C
解析 a2=a1+3=4,a3=a2+5=9,a4=a3+7=16,a1=12,a2=22,a3=32,a4=42,猜想an=n2.
3.在等差数列{an}中,若a10=0,则有a1+a2+…+an=a1+a2+…+a19-n (n<19,n∈N+)成立,类比上述性质,在等比数列{bn}中,若b9=1,则存在的等式为________________.
答案 b1b2…bn=b1b2…b17-n(n<17,n∈N+)
解析 利用类比推理,借助等比数列的性质,
b=b1+n·b17-n,
可知存在的等式为b1b2…bn=b1b2…b17-n(n<17,n∈N+).
题组三 易错自纠
4.正弦函数是奇函数,f(x)=sin(x2+1)是正弦函数,因此f(x)=sin(x2+1)是奇函数,以上推理( )
A.结论正确 B.大前提不正确
C.小前提不正确 D.全不正确
答案 C
解析 f(x)=sin(x2+1)不是正弦函数,所以小前提错误.
5.类比平面内“垂直于同一条直线的两条直线互相平行”的性质,可得出空间内的下列结论:
①垂直于同一个平面的两条直线互相平行;
②垂直于同一条直线的两条直线互相平行;
③垂直于同一个平面的两个平面互相平行;
④垂直于同一条直线的两个平面互相平行.
则正确的结论是________.(填序号)
答案 ①④
解析 显然①④正确;对于②,在空间中垂直于同一条直线的两条直线可以平行,也可以异面或相交;对于③,在空间中垂直于同一个平面的两个平面可以平行,也可以相交.
6.观察下列关系式:1+x=1+x;2≥1+2x,3≥1+3x,……,由此规律,得到的第n个关系式为________.
答案 (1+x)n≥1+nx
解析 左边为等比数列,右边为等差数列,所以第n个关系式为(1+x)n≥1+nx(n∈N+).
题型一 归纳推理
命题点1 与数式有关的的推理
例1 (1)(2018·抚顺模拟)《周易》历来被人们视为儒家经典之首,它表现了古代中华民族对万事万物的深刻而又朴素的认识,是中华人文文化的基础,它反映了中国古代的二进制计数的思想方法.我们用近代术语解释为:把阳爻“”当做数字“1”,把阴爻“”当做数字“0”,则八卦代表的数表示如下:
卦名
符号
表示的二进制数
表示的十进制数
坤
000
0
震
001
1
坎
010
2
兑
011
3
以此类推,则六十四卦中的“屯”卦,符号“”表示的十进制数是( )
A.18 B.17 C.16 D.15
答案 B
解析 由题意类推,可知六十四卦中的“屯”卦符号 “”表示二进制数的010001,转化为十进制数的计算为1×20+0×21+0×22+0×23+1×24+0×25=17,故选B.
(2)观察下列式子:1+<,1++<,1+++<,…,根据以上式子可以猜想:1+++…+<________.
答案
解析 由题意得,不等式右边分数的分母是左边最后一个分数的分母的底数,所以猜想的分母是2 018,分子组成了一个以3为首项,2为公差的等差数列,所以a2 017=3+(2 017-1)×2=4 035.
命题点2 与图形变化有关的推理
例2 (2019·呼和浩特模拟)分形理论是当今世界十分风靡和活跃的新理论、新学科.其中,把部分与整体以某种方式相似的形体称为分形.分形是一种具有自相似特性的现象、
图象或者物理过程.标准的自相似分形是数学上的抽象,迭代生成无限精细的结构.也就是说,在分形中,每一组成部分都在特征上和整体相似,只仅仅是变小了一些而已,谢尔宾斯基三角形就是一种典型的分形,是由波兰数学家谢尔宾斯基在1915年提出的,按照如下规律依次在一个黑色三角形内去掉小三角形,则当n=6时,该黑色三角形内去掉小三角形个数为( )
A.81 B.121 C.364 D.1 093
答案 C
解析 由图可知,每一个图形中小三角形的个数等于前一个图形小三角形个数的3倍加1,
所以,n=1时,a1=1;
n=2时,a2=3+1=4;
n=3时,a3=3×4+1=13;
n=4时,a4=3×13+1=40;
n=5时,a5=3×40+1=121;
n=6时,a6=3×121+1=364,故选C.
思维升华 归纳推理问题的常见类型及解题策略
(1)与数字有关的等式的推理.观察数字特点,找出等式左右两侧的规律及符号可解.
(2)与式子有关的推理.观察每个式子的特点,注意是纵向看,找到规律后可解.
(3)与图形变化有关的推理.合理利用特殊图形归纳推理得出结论,并用赋值检验法验证其真伪性.
跟踪训练1 某种树的分枝生长规律如图所示,第1年到第5年的分枝数分别为1,1,2,3,5,则预计第10年树的分枝数为( )
A.21 B.34 C.52 D.55
答案 D
解析 由2=1+1,3=1+2,5=2+3知,从第三项起,每一项都等于前两项的和,则第6年为8,第7年为13,第8年为21,第9年为34,第10年为55,故选D.
题型二 类比推理
例3 (1)已知{an}为等差数列,a1 010=5,a1+a2+a3+…+a2 019=5×2 019.若{bn}为等比数列,b1 010=5,则{bn}类似的结论是( )
A.b1+b2+b3+…+b2 019=5×2 019
B.b1b2b3…b2 019=5×2 019
C.b1+b2+b3+…+b2 019=52 019
D.b1b2b3…b2 019=52 019
答案 D
解析 在等差数列{an}中,令S=a1+a2+a3+…+a2 019,
则S=a2 019+a2 018+a2 017+…+a1,
∴2S=(a1+a2 019)+(a2+a2 018)+(a3+a2 017)+…+(a2 019+a1)=2 019(a1+a2 019)
=2 019×2a1 010=10×2 019,
∴S=a1+a2+a3+…+a2 019=5×2 019.
在等比数列{bn}中,令T=b1b2b3…b2 019,
则T=b2 019b2 018b2 017…b1,
∴T2=(b1b2 019)(b2b2 018)(b3b2 017)…(b2 019b1)=(b)2 019,
∴T=b1b2b3…b2 019=(b1 010)2 019=52 019.
(2)祖暅是我国古代的伟大科学家,他在5世纪末提出祖暅:“幂势即同,则积不容异”,意思是:夹在两个平行平面之间的两个几何体,被平行于这两个平面的任意一个平面所截,若截面面积都相等,则这两个几何体的体积相等.祖暅原理常用来由已知几何体的体积推导未知几何体的体积,例如由圆锥和圆柱的体积推导半球体的体积,其示意图如图所示,其中图(1)是一个半径为R的半球体,图(2)是从圆柱中挖去一个圆锥所得到的几何体.(圆柱和圆锥的底面半径和高均为R)
利用类似的方法,可以计算抛物体的体积:在xOy坐标系中,设抛物线C的方程为y=1-x2(-1≤x
≤1),将曲线C围绕y轴旋转,得到的旋转体称为抛物体.利用祖暅原理可计算得该抛物体的体积为( )
A. B. C. D.
答案 B
解析 构造如图所示的直三棱柱,高设为x,底面两个直边长为2,1,
若底面积相等得到:2x=π×12,x=.
下面说明截面面积相等,设截面距底面为t,矩形截面长为a,圆形截面半径为r,
由左图得到,=,∴a=2(1-t),
∴截面面积为2(1-t)×=(1-t)π,
由右图得到,t=1-r2(坐标系中易得),∴r2=1-t,∴截面面积为(1-t)π,
∴二者截面面积相等,∴体积相等.
∴抛物体的体积为V三棱柱=Sh=×2×1×=.故选B.
思维升华 类比推理常见的情形有:平面与空间类比;低维与高维类比;等差与等比数列类比;运算类比(加与乘,乘与乘方,减与除,除与开方).数的运算与向量运算类比;圆锥曲线间的类比等.
跟踪训练2 在平面上,设ha,hb,hc是△ABC三条边上的高,P为三角形内任一点,P到相应三边的距离分别为Pa,Pb,Pc,我们可以得到结论:++=1.把它类比到空间中,则三棱锥中的类似结论为____________________.
答案 +++=1
解析 设ha,hb,hc,hd分别是三棱锥A-BCD四个面上的高,P为三棱锥A-BCD内任一点,P到相应四个面的距离分别为Pa,Pb,Pc,Pd,于是可以得出结论:+++=1.
题型三 演绎推理
例4 数列{an}的前n项和记为Sn,已知a1=1,an+1=Sn(n∈N+).证明:
(1)数列是等比数列;
(2)Sn+1=4an.
证明 (1)∵an+1=Sn+1-Sn,an+1=Sn,
∴(n+2)Sn=n(Sn+1-Sn),即nSn+1=2(n+1)Sn.
∴=2·,
又=1≠0,(小前提)
故是以1为首项,2为公比的等比数列.(结论)
(大前提是等比数列的定义,这里省略了)
(2)由(1)可知=4·(n≥2),
∴Sn+1=4(n+1)·=4··Sn-1
=4an(n≥2),(小前提)
又a2=3S1=3,S2=a1+a2=1+3=4=4a1,(小前提)
∴对于任意正整数n,都有Sn+1=4an.(结论)
(第(2)问的大前提是第(1)问的结论以及题中的已知条件)
思维升华 演绎推理是从一般到特殊的推理;其一般形式是三段论,应用三段论解决问题,应当首先明确什么是大前提和小前提,若前提是显然的,则可以省略.
跟踪训练3 某市为了缓解交通压力,实行机动车辆限行政策,每辆机动车每周一到周五都要限行一天,周末(周六和周日)不限行.某公司有A,B,C,D,E五辆车,保证每天至少有四辆车可以上路行驶.已知E车周四限行,B车昨天限行,从今天算起,A,C两车连续四天都能上路行驶,E车明天可以上路,由此可知下列推测一定正确的是( )
A.今天是周六 B.今天是周四
C.A车周三限行 D.C车周五限行
答案 B
解析 因为每天至少有四辆车可以上路行驶,E车明天可以上路,E车周四限行,所以今天不是周三;因为B车昨天限行,所以今天不是周一,不是周五,也不是周日;因为A,C两车连续四天都能上路行驶,所以今天不是周二和周六,所以今天是周四.故选B.
1.“对数函数是非奇非偶函数,f(x)=log2|x|是对数函数,因此f(x)=log2|x|是非奇非偶函数”,以上推理( )
A.结论正确 B.大前提错误
C.小前提错误 D.推理形式错误
答案 C
解析 本命题的小前提是f(x)=log2|x|是对数函数,但是这个小前提是错误的,因为f(x)=log2|x|不是对数函数,它是一个复合函数,只有形如y=logax(a>0且a≠1)的才是对数函数.故选C.
2.中国古代十进位制的算筹记数法在世界数学史上是一个伟大的创造.据史料推测,算筹最晚出现在春秋晚期战国初年.算筹记数的方法是:个位、百位、万位…的数按纵式的数码摆出;十位、千位、十万位…的数按横式的数码摆出,如7738可用算筹表示为.
1~9这9个数字的纵式与横式的表示数码如上图所示,则的运算结果可用算筹表示为( )
答案 D
解析 根据题意,=36=729,
用算筹记数表示为,故选D.
3.下列推理是归纳推理的是( )
A.M,N为定点,动点P满足||PM|-|PN||=2a<|MN|(a>0),则动点P的轨迹是以M,N为焦点的双曲线
B.由a1=2,an=3n-1求出S1,S2,S3,猜想出数列{an}的前n项和Sn的表达式
C.由圆x2+y2=r2的面积S=πr2,猜想出椭圆+=1的面积S=πab
D.科学家利用鱼的沉浮原理制造潜水艇
答案 B
解析 A选项用的双曲线的定义进行推理,不符合要求.B选项根据前3个S1,S2,S3的值,猜想出Sn的表达式,属于归纳推理,符合要求.C选项由圆x2+y2=r2的面积S=πr2,猜想出椭圆+=1的面积S=πab,用的是类比推理,不符合要求.D选项用的是演绎推理,不符合要求.故选B.
4.观察下列等式,13+23=32,13+23+33=62,13+23+33+43=102.
根据上述规律,13+23+33+43+53+63等于( )
A.192 B.202 C.212 D.222
答案 C
解析 因为13+23=32,13+23+33=62,
13+23+33+43=102,等式的右端依次为
(1+2)2,(1+2+3)2,(1+2+3+4)2,
所以13+23+33+43+53+63=(1+2+3+4+5+6)2=212,故选C.
5.天干地支纪年法源于中国,中国自古便有十天干与十二地支.十天干即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸;十二地支即子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥.天干地支纪年法是按顺序以一个天干和一个地支相配,排列起来,天干在前,地支在后,天干由“甲”
起,地支由“子”起,例如,第一年为“甲子”,第二年为“乙丑”,第三年为“丙寅”,…,以此类推,排列到“癸酉”后,天干回到“甲”重新开始,即“甲戌”,“乙亥”,然后地支回到“子”重新开始,即“丙子”,以此类推.已知1949年为“己丑”年,那么到中华人民共和国成立80年时为( )
A.丙酉年 B.戊申年 C.己申年 D.己酉年
答案 D
解析 天干是以10为公差的等差数列,地支是以12为公差的等差数列,
从1949年到2029年经过80年,且1949年为“己丑”年,以1949年的天干和地支分别为首项,则80÷10=8,则2029的天干为己,80÷12=6余8,则2029的地支为酉,故选D.
6.甲、乙、丙、丁四名同学一起去向老师询问数学学业水平考试成绩等级.老师说:“你们四人中有2人A等,1人B等,1人C等,我现在给甲看乙、丙的成绩等级,给乙看丙的成绩等级,给丙看丁的成绩等级”.看后甲对大家说:“我知道我的成绩等级了”.根据以上信息,则( )
A.甲、乙的成绩等级相同
B.丁可以知道四人的成绩等级
C.乙、丙的成绩等级相同
D.乙可以知道四人的成绩等级
答案 D
解析 由题意,四个人所知的只有自己看到的,以及甲最后所说的话,
甲知道自己的等级,则甲已经知道四个人等级,其甲、乙的成绩等级不一定是相同的,
所以A是不对的,乙、丙的成绩等级不一定是相同的,所以C是不正确的,
丁没有看任何人的成绩等级,所以丁不可能知道四人的成绩等级,所以B是不对的,
只有乙可能知道四人的成绩等级,所以D是正确的.
7.(2019·赤峰模拟)二维空间中,圆的一维测度(周长)l=2πr,二维测度(面积)S=πr2;三维空间中,球的二维测度(表面积)S=4πr2,三维测度(体积)V=πr3.应用合情推理,若四维空间中,“特级球”的三维测度V=12πr3,则其四维测度W=________.
答案 3πr4
解析 二维空间中圆的一维测度(周长)l=2πr,二维测度(面积)S=πr2;观察发现
S′=l,三维空间中球的二维测度(表面积)S=4πr2,三维测度(体积)V=πr3,观察发现V′=S,∴四维空间中“特级球”的三维测度V=12πr3,猜想其四维测度W,则W′=V=12πr3,∴W=3πr4.
8.已知ai>0(i=1,2,3,…,n),观察下列不等式:
≥;
≥;
≥;
…
照此规律,当n∈N+,n≥2时,≥______.
答案
解析 根据题意得
≥(n∈N+,n≥2).
9.已知f(x)=,x≥0,若f1(x)=f(x),fn+1(x)=f(fn(x)),n∈N+,则f2 019(x)的表达式为________.
答案 f2 019(x)=
解析 f1(x)=,f2(x)==,f3(x)==,…,fn+1(x)=f(fn(x))=,
归纳可得f2 019(x)=.
10.如图所示,在平面上,用一条直线截正方形的一个角,截下的是一个直角三角形,有勾股定理c2=a2+b2.空间中的正方体,用一平面去截正方体的一角,截下的是一个三条侧棱两两垂直的三棱锥,若这三个两两垂直的侧面的面积分别为S1,S2,S3,截面面积为S,类比平面的结论有________.
答案 S2=S+S+S
解析 三角形类比空间中的三棱锥,线段的长度类比图形的面积,于是作出猜想:S2=S+S+S.
11.《聊斋志异》中有这样一首诗:“挑水砍柴不堪苦,请归但求穿墙术.得诀自诩无所阻,额上坟起终不悟.”在这里,我们称形如以下形式的等式具有“穿墙术”:
2=,3=,4=,
5=,……,
则按照以上规律,若8=具有 “穿墙术”,则n=________.
答案 63
解析 ∵2=2=,
3=3=,
4=4=,
5=5=,
∴按照以上规律8=,可得n=82-1=63.
12.“中国剩余定理”又称“孙子定理”.1852年英国来华传教伟烈亚利将《孙子算经》中“物不知数”问题的解法传至欧洲,1874年,英国数学家马西森指出此法符合1801年由高斯得出的关于同余式解法的一般性定理,因而西方称之为“中国剩余定理”.“中国剩余定理”讲的是一个关于整除的问题,现有这样一个整除问题:将2至2 018这2 017个整数中能被2除余1且被3除余1的数按由小到大的顺序排成一列,构成数列{an},则此数列的项数为________.
答案 336
解析 因为这些整数能被2除余1且被3除余1,
所以这些数组成的数列的通项an=6n+1,
设6n+1≤2 018,所以6n≤2 017,所以n≤336.
所以此数列的项数为336.
13.一质点从坐标原点出发,按如图的运动轨迹运动,每步运动一个单位,例如第3步结束时该质点所在位置的坐标为(0,1),第4步结束时质点所在位置的坐标为(-1,1),那么第2 018步结束时该质点所在位置的坐标为________.
答案 (16,-22)
解析 当运动:1+1+2+2步时,坐标为(-1,-1);
当运动:1+1+2+2+3+3+4+4步时,坐标为(-2,-2);
当运动:1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6步时,坐标为(-3,-3);
……
当运动:1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+…+n+n(n为偶数)步时,
坐标为.
而1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+…+n+n≤2 018,
即n(n+1)≤2 018(n∈N+),解得n≤44.
当n=44时,该点的坐标为(-22,-22),共走了1 980步,此时还需向右走38步,故最终坐标为(16,-22).
14.为了提高信息在传输中的抗干扰能力,通常在原信息中按一定规则加入相关数据组成传输信息.设原信息为a1a2a3,传输信息为h1a1a2a3h2,其中h1=a1a2,h2=h1a3,运算规则为:00=0,01=1,10=1,11=0.例如:原信息为111,则传输信息为01111.传输信息在传输过程中受到干扰可能导致接收信息出错,则下列接收信息出错的是( )
A.01100 B.11010 C.10110 D.11000
答案 D
解析 A选项原信息为110,则h1=a1a2=1⊕1=0,h2=h1a3=0⊕0=0,所以传输信息为01100,A选项正确;
B选项原信息为101,则h1=a1a2=1⊕0=1,h2=h1a3=1⊕1=0,所以传输信息为11010,B选项正确;
C选项原信息为011,则h1=a1a2=0⊕1=1,h2=h1a3=1⊕1=0,所以传输信息为10110,C选项正确;
D选项原信息为100,则h1=a1a2=1⊕0=1,h2=h1a3=1⊕0=1,所以传输信息为11001,D选项错误;
故选D.
15.如图,有一个六边形的点阵,它的中心是1个点(算第1层),第2层每边有2个点,第3层每边有3个点,…,依此类推,如果一个六边形点阵共有169个点,那么它的层数为( )
A.6 B.7 C.8 D.9
答案 C
解析 由题意知,第1层的点数为1,第2层的点数为6,第3层的点数为2×6,第4层的点数为3×6,第5层的点数为4×6,…,第n(n≥2,n∈N+)层的点数为6(n-1).设一个点阵有n(n≥2,n∈N+)层,则共有的点数为1+6+6×2+…+6(n-1)=1+6·=3n2-3n+1,由题意,得3n2-3n+1=169,即(n+7)·(n-8)=0,所以n=8,故共有8层.
16.分形几何学是一门以不规则几何形态为研究对象的几何学.分形的外表结构极为复杂,但其内部却是有规律可寻的.一个数学意义上分形的生成是基于一个不断迭代的方程式,即一种基于递归的反馈系统.下面我们用分形的方法来得到一系列图形,如图1,线段AB的长度为a,在线段AB上取两个点C,D,使得AC=DB=AB,以CD为一边在线段AB的上方做一个正六边形,然后去掉线段CD,得到图2中的图形;对图2中的最上方的线段EF做相同的操作,得到图3中的图形;依此类推,我们就得到了以下一系列图形:
记第n个图形(图1为第1个图形)中的所有线段长的和为Sn,现给出有关数列{Sn}的四个命题:
①数列{Sn}不是等比数列;
②数列{Sn}是递增数列;
③存在最小的正数a,使得对任意的正整数n,都有Sn>2 019;
④存在最大的正数a,使得对任意的正整数n,都有Sn<2 019.
其中真命题的序号是________.(请写出所有真命题的序号)
答案 ①②④
解析 由题意,得图1中的线段为a,S1=a,
图2中的正六边形的边长为,
S2=S1+×4=S1+2a,
图3中的最小正六边形的边长为,
S3=S2+×4=S2+a,
图4中的最小正六边形的边长为,
S4=S3+×4=S3+,
由此类推,Sn-Sn-1=(n≥2),
即{Sn}为递增数列,且不是等比数列,
即①,②正确;
因为Sn=S1+(S2-S1)+(S3-S2)+…+(Sn-Sn-1)
=a+2a+a++…+=a+
=a+4a<5a(n≥2,n∈N+),
又S1=a<5a,
所以存在最大的正数a=,
使得对任意的正整数n,都有Sn<2 019,
即④正确,③错误.