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- 2021-06-10 发布
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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
.