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- 2021-06-21 发布
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第二章 推理与证明
2.1
合情推理与演绎推理
2.1.1
合情推理
从前有个财主,想教儿子识字,请来一位教书先生
.
先生把着学生的笔杆儿,写一横,告诉是个“一”字;写两横,告诉是个“二”字;写三横,告诉是个“三”字
.
学到这里,儿子就告诉父亲说:
“我已经学会了写字,不
用先生再教了
.”
于是,
财主就把教书先生给辞退了
.
一天,财主要邀请一位姓万的朋友,叫儿子写张请帖
.
财主的儿子怎么写的
?
1.
理解归纳推理、类比推理的概念,掌握归纳
推理、类比推理的方法技巧
.
(
重点
)
2.
掌握归纳法的步骤,体会归纳推理、类比推理
在数学发现中的作用.
(
难点
)
探究点
1
归纳推理
【1】1742
年哥德巴赫
(Goldbach ,1690
~
1764,
是德国一位中学教师
,
也是一位著名的数学家
, 1725
年当选为俄国彼得堡科学院院士
)
观察到
:
猜想
:
任何一个不小于
6
的偶数都等于两个奇质数之和
.
任何一个不小于
6
的偶数都等于两个奇质数之和
.
哥德巴赫猜想
哥德巴赫猜想的过程:
具体的材料
观察分析
猜想出一般性的结论
【3】
成语“一叶知秋”
【2】
统计初步中的用样本估计总体
通过从总体中抽取部分对象进行观测或试验
,
进而对整体作出推断
.
意思是从一片树叶的凋落
,
知道秋天将要来到
.
比喻由细微的迹象看出整体形势的变化
,
由部分推知全体
.
由某类事物的
具有某些特征
,
推出
该类事物的
都具有这些特征的推理
,
或者由
概括出
的推理
,
称为
归纳推理
(简
称归纳)
.
归纳推理
特点:部分→ 整体,个别→ 一般
.
铜、铁、铝、金、银等金属都能导电,
猜想
:
所有金属都导电
.
又如
猜想
:
部分对象
全部对象
个别事实
一般结论
分析:
数列的通项公式表示的是数列
{
a
n
}
的第
n
项
a
n
与序号
n
之间的对应关系
.
为此,我们先根据已知的递推公式,算出数列的前几项
.
例
1.
已知数列
{
a
n
}
的第
1
项
a
1
=1,
且
(
n
=1, 2,
…
)
,试归纳出这个数列的通项公式
.
解
:
当
n
=1
时,
a
1
=1;
当
n
=2
时,
当
n
=3
时,
当
n
=4
时,
观察可得,数列的前
4
项都等于相应序号的倒数
.
由此猜想,这个数列的通项公式为
春秋时代的鲁班在林中砍柴时被齿形草叶割破了手
,
他由此受到启发从而发明了锯
.
探究点
2
类比推理
类似于鲁班发明锯子,还有一些发明或发现也是这样得到的
.
鱼类
潜水艇
蜻蜓
直升机
形状,沉浮原理
外形,飞行原理
仿生学中许多发明的最初构想都是类比生物机制得到的
.
可能有生命存在
有生命存在
温度适合生物的生存
一年中有四季的变更
有大气层
大部分时间的温度适合地球上某些已知生物的生存
一年中有季节的变更
有大气层
行星、围绕太阳运行、绕轴自转
行星、围绕太阳运行、绕轴自转
火星
地球
火星上是否有生命?
火星与地球类比的思维过程:
火星
地球
存在类
似特征
地球上有生命存在
猜测火星上也可能有生命存在
类比推理的过程(步骤)
观察、比较
联想、类推
猜想新结论
由两类对象具有某些类似特征和其中一类对象的某些已知特征
,
推出另一类对象也具有这些特征的推理称为类比推理
.
类比推理
(1)
类比推理是由特殊到特殊的推理
.
(2)
运用类比推理常常先要寻找合适的类比对象
,
我们可以从不同的角度出发确定类比对象
,
基本原则是要根据当前问题的需要
,
选择适当的类比对象
.
(1)
类比是从人们已经掌握的事物的属性
,
推断正在研究中的事物的属性
,
它以已有知识为基础
,
类比出新的结论
.
(2)
是从一事物的特殊属性推断另一种事物的特殊属性
.
(3)
类比的结果具有猜测性
.
类比推理的特点
例
2
类比实数的加法和乘法,列出它们相似的运算性质
.
分析:
实数的加法和乘法都是由两个数参与的运算,都满足一定的运算律,都存在逆运算,而且
“
0
”
和
“
1
”
分别在加法和乘法中占有特殊的地位
.
因此,我们可以从上述
4
个方面来类比这两种运算
.
解:
(
1
)两个实数经过加法运算或乘法运算后,所得的结果仍然是一个实数
.
(2)
从运算律的角度考虑,加法和乘法都满足交换律和结合律,即
(3)
从逆运算的角度考虑,二者都有逆运算,加法的逆运算是减法,乘法的逆运算是除法,这就使得方程
都有唯一解
(4)
在加法中,任意实数与
0
相加都不改变大小;乘法中的
1
与加法中的
0
类似,即任意实数与
1
的积都等于原来的数
.
即
三角形
思考:
你认为平面几何中的哪一类图形可以作为四面体的类比对象?
例
3
:类比平面内直角三角形的勾股定理,试给出空间中四面体性质的猜想.
分析:
考虑到直角三角形的两条边互相垂直,我们可以选取有
3
个面两两垂直的四面体,作为直角三角形的类比对象
.
A
B
C
a
b
c
D
P
E
F
s
1
s
2
s
3
解:
如上图,在
Rt△ABC
中,∠
C=90°.
设
a
,
b
,
c
分别表示三条边的长度,由勾股定理,得
类比勾股定理的结构,我们猜想
成立
.
归纳推理
由
部分到整体
、
特殊到一般
的推理
;
以观察分析为基础
,
推测新的结论
;
具有发现的功能
;
结论不一定成立
类比推理
由
特殊到特殊
的推理
;
以旧的知识为基础
,
推测新的结论
;
具有发现的功能
;
结论不一定成立
【
总结提升
】
提出猜想
观察、分析、比较、联想
归纳、类比
从具体问题出发
通俗地说,合情推理是指“合乎情理”的推理
.
合情推理
归纳推理
类比推理
例
4
如图所示,有三根针和套在一根针上的若干金属片
.
按下列规则,把金属片从一根针上全部移到另一根针上
.
1
2
3
1.
每次只能移动
1
个金属片;
2.
较大的金属片不能放在较小的金属片上面
.
试推测:把
n
个金属片从
1
号针移到
3
号针
,
最少需要移动多少次
?
分析:
我们从移动
1,2,3,4
个金属片的情形入手,探究其中的规律性,进而归纳出移动
n
个金属片所需的次数
.
解:
当
n=1
时,只需把金属片从
1
号针移到
3
号针,用符号(
13
)表示,共移动了
1
次
.
当
n=2
时,为了避免将较大的金属片放在较小的金属片上面,我们利用
2
号针作为“中间针”,移动顺序是:
(
1
)把第
1
个金属片从
1
号针移到
2
号针;
(
2
)把第
2
个金属片从
1
号针移到
3
号针;
(
3
)把第
1
个金属片从
2
号针移到
3
号针;
用符号表示为
:(
12
)(
13
)(
23
)
共移动了
3
次
.
当
n=3
时,把上面两个金属片作为一个整体,归结为
n=2
的情形,移动顺序是:
(
1
)把上面两个金属片从
1
号针移到
2
号针;
(
2
)把第
3
个金属片从
1
号针移到
3
号针;
(
3
)把上面两个金属片从
2
号针移到
3
号针;
其中(
1
)和(
3
)都需要借助中间针
.
用符号表示为
:
(
13
)(
12
)(
32
);(
13
);(
21
)(
23
)(
13
)
共移动了
7
次
.
当
n=4
时,把上面
3
个金属片作为一个整体,移动顺序是:
(
1
)把上面
3
个金属片从
1
号针移到
2
号针;
(
2
)把第
4
个金属片从
1
号针移到
3
号针;
(
3
)把上面
3
个金属片从
2
号针移到
3
号针;
用符号表示为
:
(
12
)(
13
)(
23
)(
12
)(
31
)(
32
)(
12
);(
13
);(
23
)(
21
)(
31
)(
23
)(
12
)(
13
)(
23
)
.
共移动了
15
次
.
至此,我们得到依次移动
1,2,3,4
个金属片所需次数构成的数列
.
1,3,7,15.
观察这个数列,可以发现其中蕴含着如下规律:
由此我们猜想:若把
n
个金属片从
1
号针移到
3
号针,最少需要移动
a
n
次,则数列
{
a
n
}
的通项公式为:
思考:
把
n
个金属片从
1
号针移到
3
号针
,
怎样移动才能达到最少的移动次数呢
?
通过探究上述
n=1,2,3,4
时的移动方法,我们可以归纳出对
n
个金属片都适用的移动方法
.
当移动
n
个金属片时,可分为下列
3
个步骤:
(
1
)把上面(
n-1
)个金属片从
1
号针移到
2
号针;
(
2
)把第
n
个金属片从
1
号针移到
3
号针;
(
3
)把上面
(n-1)
个金属片从
2
号针移到
3
号针
.
这样就把移动
n
个金属片的任务,转化为移动两次(
n-1
)个金属片和移动一次第
n
个金属片的任务
.
而移动(
n-1
)个金属片需要移动两次(
n-2
)个金属片和移动一次第(
n-1
)个金属片,移动(
n-2
)个金属片需要移动两次(
n-3
)个金属片和移动一次第(
n-2
)个金属片
……
如此继续
.
直到转化为移动
1
个金属片的情形
.
根据这个过程,可得递推公式
从这个递推公式出发,可以证明(
1
)式是正确的
.
一般来说,由合情推理所获得的结论,仅仅是一种猜想,未必可靠
.
费马猜想:
同样地,类比推理所得的结论也不一定可靠,你能举一个例子吗?
半个世纪之后,欧拉发现:
猜想:
不是质数,从而推翻了费马的猜想
B
C
3.
(
2014
·新课标全国卷
I
)甲、乙、丙三位同学被问到是否去过
A
、
B
、
C
三个城市时,
甲说:我去过的城市比乙多,但没去过
B
城市;
乙说:我没去过
C
城市;
丙说:我们三人去过同一城市;
由此可判断乙去过的城市为
________.
解
:
由丙可知,乙至少去过一个城市,由甲说可知甲去过
A
,
C
且比乙多,故乙只去过一个城市,且没有去过
C
城市,故乙只去过
A
城市
.
A
1.
归纳推理、类比推理的定义
.
2.
推理的一般思维过程
:
观察、分析
概括、推广、类比
提出猜想
3.
归纳、类比推理的特点
归纳推理
由
部分到整体
、
特殊到一般
的推理
;
以观察分析为基础
,
推测新的结论
;
具有发现的功能
;
结论不一定成立
类比推理
由
特殊到特殊
的推理
;
以旧的知识为基础
,
推测新的结论
;
具有发现的功能
;
结论不一定成立
没有礁石,就没有美丽的浪花;没有挫折,就没有壮丽的人生
.