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  • 2021-06-10 发布

高中数学选修2-2公开课课件2_3 数学归纳法

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2.3  数学归纳法 我是一毛 我是二毛 我是三毛 我是谁? 我不是四毛!我是小明! 不完全归纳 猜:四毛! 完全归纳 ? 1. 了解数学归纳法的原理 . 2. 能用数学归纳法证明一些简单的数学命题 . (重点、难点) 探究点 数学归纳法的原理与定义 问题 1: 口袋中有 4 个吃的东西,如何证明它们都是糖? 把研究对象一一都考察到,而推出结论的归纳法 . 完全归纳法 ( 1 )求出数列前 4 项 , 你能得到什么猜想? ( 2 )你的猜想一定是正确的吗? 猜想数列的通项公式为: 解 : 不完全归纳法 从一类对象中的部分对 象都具有某种性质推出 这类对象全体都具有这 种性质的归纳推理方法 验证 : 逐一验证,不可能!!! 能否通过有限个步骤的推理,证明 n 取所有正整数都成立? 数学归纳法与多米诺骨牌有怎样的相似之处呢? 多米诺骨牌 数学归纳法的第一步:先证明 n 取第一个值时命题成立 . 相当于多米诺骨牌开始倒的第一张 . 数学归纳法的第二步:假设当 n=k 时命题成立, 并证明当 n=k+1 时命题也成立 . 相当于多米诺骨牌第 k 张倒后第 k+1 张是否也会跟着倒 . 1. 第几块骨牌,数列第几项都是与正整数有关的问题 . 2. 共同点是任意前一个的情况都可以推出后一个的情况 . 多米诺骨牌与我们要解决的问题 2 有相似性吗?相似性体现在哪些方面呢? 上述 2 ,事实上给出了一个递推关系,换言之就是假设第 k 块倒下,则相邻的第 k+1 块也倒下 . 你能类比多米诺骨牌游戏牌全倒条件,证明上述问题 2 猜想的结论吗? 猜想数列的通项公式为 证明 : (1) 当 猜想成立 . (2) 那么 , 当 根据 (1) 和 (2) ,猜想对于任何 都成立 . 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)假设当 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,就可以断定命题对于从 n 0 开始的所有正整数 n 都成立 . 这种证明方法叫做 数学归纳法 . 若 n = k ( k ≥ n 0 ) 时命题成立,证明n=k+1时命题也成立 . 验证 n=n 0 时命题成立 . 命题对从 n 0 开始所有的正整数 n 都成立 . 归纳奠基 归纳递推 数学归纳法: 两个步骤 一个结论 缺一不可 例 1 用数学归纳法证明 证明: ( 1 )当 n=1 时, 左边 =1 2 =1, 右边 = 1 等式成立 (2) 假设当 n=k( ) 时等式成立 , 即 那么 , 当 n=k+1 时 即当 n=k+1 时等式也成立 . 根据 (1) 和 (2), 可知等式对任何 都成立 . 即n=k+1时等式成立 . 所以等式对一切自然数 均成立 . 【 总结提升 】 问题 1 :甲同学猜想 用数学归纳法证明步骤如下: 证明: 假设 n=k 时等式成立,即 那么 上述证法是正确的吗?为什么? 结论 1 : 第一步是递推的基础,缺少了第一步就失去了保证,不要误认为第一步是一个简单的验证,可有可无 . 问题 2 :乙同学用数学归纳法证明 如采用下面证法,对吗?为什么? 结论 2 : 在第二步中,证明n=k+1命题成立时,必须用到n=k命题成立这一归纳假设,否则就打破数学归纳法步骤之间的逻辑严密关系,造成推理无效. 计算 S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ,根据计算结果,猜想 S n 的表达式,并用数学归纳法进行证明 . 例 2 已知数列 , , , … , … , , 解: 可以看到,上面表示四个结果的分数中,分子与项数 n 一致,分母可用项数 n 表示为 3n+1, 于是可以猜想 下面我们用数学归纳法证明这个猜想 . (1) 当 n=1 时, 猜想成立 . (2) 假设 n=k 时 , 猜想成立,即 那么 所以,当 n=k+1 时 , 猜想也成立 . 例 3 求证 : ( n+1)(n+2)…(n+n)=2 n • 1• 3•… •(2n-1) 1. 已知三角形内角和为 180 ° , 四边形的内角和为 360° ,五边形的内角和为 540° ,于是有:凸 n 边 形的内角和为 (n-2)·180° ,若用数学归纳法证 明,第一步验证 n 取第一个正整数时命题成立,则 第一个正整数取值为 __________ 3 2. 用数学归纳法证明 ( a≠1 ),在验证 n=1 等式成立时 ,左边应取的项 是 __________. 3. 用数学归纳法证明 :(n+1)(n+2)…(n+n)=2n• 1• 3•…•(2n-1) 时,在证明 n=k+1 时:左边代数式 为 , 共有 项,从 k 到 k+1 左边需要增乘的代 数式为 _______________. [(k+1)+1] •[(k+1)+2]…[(k+1)+(k+1)] k+1 证明 : (1) 当 n=1 时 , 左边 = , (2) 假设 n=k(k∈N*) 时原等式成立 ,即 右边 = 此时,原等式成立 . 那么 n=k+1 时 , 这就是说,当 n=k+1 时 , 命题也成立 . 由 (1)(2) 知 , 对一切正整数 n, 原等式均正确 . 5. 是否存在常数 a 、 b, 使得等式 : 对一切正整数 n 都成立 , 并证明你的结论 . 点拨 : 对这种类型的题目 , 一般先利用 n 的特殊值 , 探求出待定系数 , 然后用数学归纳法证明它对一切正整数 n 都成立 . 解 : 令 n=1,2, 并整理得 以下用数学归纳法证明 : (2) 假设当 n=k 时结论正确 , 即 : 则当 n=k+1 时 , 故当 n=k+1 时 , 结论也正确 . 根据 (1) 、 (2) 知 , 对一切正整数 n, 结论正确 . (1) 当 n=1 时 , 由上面解法知结论正确 . 1. 数学归纳法的一般步骤: 若 n = k ( k ≥ n 0 ) 时命题成立,证明n=k+1时命题也成立 . 验证 n=n 0 时命题成立 . 命题对从 n 0 开始所有的正整数 n 都成立 . 归纳奠基 归纳递推 两个步骤 一个结论 缺一不可 2. 应用数学归纳法要注意以下几点: (1)第一步是基础,没有第一步,只有第二步就如空中楼阁,是不可靠的 . (2)第二步是证明传递性,只有第一步,没有第二步,只能是不完全归纳法 . (3)n 0 是使命题成立的最小正整数,n 0 不一定取 1 ,也可取其他一些正整数 . (4)第二步的证明必须利用归纳假设,否则不能称作数学归纳法 . 如果我们有着快乐的思想,我们就会快乐;如果我们有着凄惨的思想,我们就会凄惨 .

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