用数学归纳法证明不等式

用数学归纳法证明不等式
用数学归纳法证明不等式

人教版选修4—5不等式选讲

课题:用数学归纳法证明不等式

教学目标:

1、牢固掌握数学归纳法的证明步骤,熟练表达数学归纳法证明的过程。

2、通过事例,学生掌握运用数学归纳法,证明不等式的思想方法。

3、培养学生的逻辑思维能力,运算能力和分析问题,解决问题的能力。

重点、难点:

1、巩固对数学归纳法意义和有效性的理解,并能正确表达解题过程,以及掌握用数学归纳法证明不等式的基本思路。

2、应用数学归纳法证明的不同方法的选择和解题技巧。

教学过程:

一、复习导入:

1、上节课学习了数学归纳法及运用数学归纳法解题的步骤,请同学们回顾,说出数学归纳法的步骤?

(1)数学归纳法是用于证明某些与自然数有关的命题的一种方法。

(2)步骤:1)归纳奠基;

2)归纳递推。

2、作业讲评:(出示小黑板)

习题:用数学归纳法证明:2+4+6+8+……+2n=n(n+1)

如采用下面的证法,对吗?

证明:①当n=1时,左边=2=右边,则等式成立。

②假设n=k时,(k∈N,k≥1)等式成立,

即2+4+6+8+……+2k=k(k+1)

当n=k+1时,

2+4+6+8+……+2k+2(k+1)

∴ n=k+1时,等式成立。

由①②可知,对于任意自然数n,原等式都成立。

(1)学生思考讨论。

(2)师生总结:1)不正确

2)因为在证明n=k+1时,未用到归纳假设,直接用等差数列求和公式,违背了数学归纳法本质:递推性。

二、新知探究

明确了数学归纳法本质,我们共同讨论如何用数学归纳法证明不等式。

(出示小黑板)

例1 观察下面两个数列,从第几项起a n始终小于b n?证明你的结论。

{a n=n2}:1,4,9,16,25,36,49,64,81, ……

{b n=2n}:2,4,8,16,32,64,128,256,512,……

(1)学生观察思考

(2)师生分析

(3)解:从第5项起,a n< b n,即 n2<2n,n∈N+(n≥5)

证明:(1)当 n=5时,有52<25,命题成立。

即k2<2k

当n=k+1时,因为

(k+1)2=k2+2k+1<k2+2k+k=k2+3k<k2+k2=2k2<2×2k=2k+1

所以,(k+1)2<2k+1

即n=k+1时,命题成立。

由(1)(2)可知n2<2n(n∈N+,n≥5)

学生思考、小组讨论:①放缩技巧:k2+2k+1<k2+2k+k;k2+3k<k2+k2

②归纳假设:2k2<2×2k

例2证明不等式│Sin nθ│≤n│Sinθ│(n∈N+)

分析:这是一个涉及正整数n的三角函数问题,又与绝对值有关,在证明递推关系时,应注意利用三角函数的性质及绝对值不等式。

证明:(1)当 n=1时,上式左边=│Sinθ│=右边,不等式成立。

(2)假设当n=k(k≥1)时命题成立,

即有│Sin kθ│≤k│Sinθ│

当n=k+1时,

│Sin (k +1)θ│=│Sin k θCos θ+Cos k θSin θ│ ≤│Sin k θCos θ│+│Cos k θSin θ│ =│Sin k θ││Cos θ│+│Cos k θ││Sin θ│ ≤│Sin k θ│+│Sin θ│ ≤k │Sin θ│+│Sin θ│ =(k +1)│Sin θ│

所以当n=k+1时,不等式也成立。

由(1)(2)可知,不等式对一切正整数n 均成立。

学生思考、小组讨论:①绝对值不等式: │a+b │≤ │a │+│b │

②三角函数的有界性:│Sin θ│≤1,│Cos θ│≤1 ③三角函数的两角和公式。

(板书)例3 证明贝努力(Bernoulli )不等式:

如果x 是实数且x >-1,x ≠0,n 为大于1的自然数,那么有(1+x )n

>1+nx 分析:①贝努力不等式中涉几个字母?(两个:x,n )

②哪个字母与自然数有关? (n 是大于1的自然是数)

(板书)证:(1)当n=2时,左边=(1+x )2

=1+2x+x 2

,右边=1+2x ,因x 2

>0,则原不等式成立.

(在这里,一定要强调之所以左边>右边,关键在于x 2

>0是由已知条件x ≠0获得,为下面证明做铺垫)

(2)假设n=k 时(k ≥2),不等式成立,即(1+x )k >1+kx . 师:现在要证的目标是(1+x )k+1

>1+(k+1)x ,请同学考虑.

生:因为应用数学归纳法,在证明n=k+1命题成立时,一定要运用归纳假设,所以当

n=k+1时.应构造出归纳假设适应的条件.所以有:(1+x )k+1=(1+x )k

(1+x ),因为x >

-1(已知),所以1+x >0于是(1+x )k

(1+x )>(1+kx )(1+x ).

师:现将命题转化成如何证明不等式 (1+kx )(1+x )≥1+(k+1)x . 显然,上式中“=”不成立.

故只需证:(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x.

提问:证明不等式的基本方法有哪些?

生:证明不等式的基本方法有比较法、综合法、分析法.

(提问的目的是使学生明确在第二步证明中,合理运用归纳假设的同时,其本质是不等式证明,因此证明不等式的所有方法、技巧手段都适用)

生:证明不等式(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x,可采用作差比较法.

(1+kx)(1+x)-[1+(k+1)x]

=1+x+kx+kx2-1-kx-x

=kx2>0(因x≠0,则x2>0).

所以,(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x.

生:也可采用综合法的放缩技巧.

(1+kx)(1+x)=1+kx+x+lx2=1+(k+1)x+kx2.

因为kx2>0,所以1+(k+1)x+kx2>1+(k+1)x,即(1+kx)(1+x)>1+(1+k)x 成立.

生:……

(学生可能还有其他多种证明方法,这样培养了学生思维品质的广阔性,教师应及时引导总结)

师:这些方法,哪种更简便,更适合数学归纳法的书写格式?学生用放缩技巧证明显然更简便,利于书写.

(板书)将例3的格式完整规范.

证明:(1)当n=2时,由x≠0得(1+x)2=1+2x+x2>1+2x,不等式成立。

(2)假设n=k(k≥2)时,不等式成立,

即有(1+x)k>1+kx

当n=k+1时,

(1+x)k+1=(1+x)(1+x)k>(1+x)(1+kx)

=1+x+kx+ k x2>1+x+kx=1+(k+1)x

所以当n=k+1时,不等式成立

由①②可知,贝努力不等式成立。

(通过例题的讲解,在第二步证明过程中,通常要进行合理放缩,以达到转化目的)

三、课堂小结

1.用数学归纳法证明,要完成两个步骤,这两个步骤是缺一不可的.但从证题的难易来分析,证明第二步是难点和关键,要充分利用归纳假设,做好命题从n=k到n=k+1的转化,这个转化要求在变化过程中结构不变.

2.用数学归纳法证明不等式是较困难的课题,除运用证明不等式的几种基本方法外,经常使用的方法就是放缩法,针对目标,合理放缩,从而达到目标.

四、课后作业

1.课本P53:1,3,5

2.证明不等式:

不等式证明的基本方法

'、教学目的 1、掌握绝对值的三角不等式; 2、掌握不等式证明的基本方法 、知识分析 定理1 若a,b为实数,贝当且仅当ab>0时,等号成 几何说明:(1)当ab>0时,它们落在原点的同一边,此时a 与一b的距离等于它们到原点距离之和。 (2)如果ab<0,则a,b分别落在原点两边,a与—b的距离严格小于a与b到原点距离之和(下图为ab<0, a>0, b<0的情况,ab<0的其他情况可作类似解释)。 |a —b|表示a—b与原点的距离,也表示a到b之间的距离。 定理2 设a,b,c为实数,贝等号成立,即b落在a,c之间 推论1 推论2 [不等式证明的基本方法] 1、比较法是证明不等式的一种最基本的方法,也是一种常用的方法,基本不等式就是用比较法证得的。 比较法有差值、比值两种形式,但比值法必须考虑正负。 比较法证不等式有作差(商)、变形、判断三个步骤,变形的主要方向是因式分解、配方,判断过程必须详细叙述。 如果作差后的式子可以整理为关于某一个变量的二次式,则可考虑用到

判别式法证 2、所谓综合法,就是从题设条件和已经证明过的基本不等式出发,不断用必要条件替换前面的不等式,直至推出要证明的结论,可简称为“由因导果”,在使用综合法证明不等式时,要注意基本不等式的应用。 所谓分析法,就是从所要证明的不等式出发,不断地用充分条件替换前面的不等式,或者是显然成立的不等式,可简称“执果索因”,在使用分析法证明不等式时,习惯上用“”表述。 综合法和分析法是两种思路截然相反的证明方法,其中分析法既可以寻找解题思路,如果表述清楚,也是一个完整的证明过程.注意综合法与分析法的联合运用。 3、反证法:从否定结论出发,经过逻辑推理,导出矛盾,证实结论的否定是 错误的,从而肯定原结论是正确的证明方法。 4、放缩法:欲证A> B,可通过适当放大或缩小,借助一个或多个中间量,使得,,再利用传递性,达到证明的目的.这种方法叫做放缩法。 典型例题】 例1已知函数,设a、b€ R,且a^b,求证: 思路:本题证法较多,下面用分析法和放缩法给出两个证明: 证明: 证法一: ① 当ab< —1时,式①显然成立; 当ab>—1时,式①② b,A式②成立。故原不等式成立。 证法二:当a=—b 时,原不等式显然成立; 当a M— b 时, ???原不等式成立。

高二数学归纳法证明不等式

第四讲:数学归纳法证明不等式 数学归纳法证明不等式是高中选修的重点内容之一,包含数学归纳法的定义和数学归纳法证明基本步骤,用数学归纳法证明不等式。数学归纳法是高考考查的重点内容之一,在数列推理能力的考查中占有重要的地位。 本讲主要复习数学归纳法的定义、数学归纳法证明基本步骤、用数学归纳法证明不等式的方法:作差比较法、作商比较法、综合法、分析法和放缩法,以及类比及猜想、抽象及概括、从特殊到一般等数学思想方法。 在用数学归纳法证明不等式的具体过程中,要注意以下几点: (1)在从n=k 到n=k+1的过程中,应分析清楚不等式两端(一般是 左端)项数的变化,也就是要认清不等式的结构特征; (2)瞄准当n=k+1时的递推目标,有目的地进行放缩、分析; (3)活用起点的位置; (4)有的试题需要先作等价变换。 例题精讲 例1、用数学归纳法证明 n n n n n 212111211214131211+++++=--++-+- 分析:该命题意图:本题主要考查数学归纳法定义,证明基本步骤 证明: 1 当n=1时,左边=1-21=21,右边=111+=21 ,所以等式成立。

2假设当n=k 时,等式成立, 即 k k k k k 212111211214131211+++++=--++-+- 。 那么,当n=k+1时, 221121211214131211+-++--++-+- k k k k 221121212111+-+++++++=k k k k k )2 2111(1212131214131211+-+++++++++=++-+-k k k k k k )1(21 121213121+++++++++= k k k k k 这就是说,当n=k+1时等式也成立。 综上所述,等式对任何自然数n 都成立。 点评: 数学归纳法是用于证明某些及自然数有关的命题的一种方法.设要证命题为P (n ).(1)证明当n 取第一个值n 0时,结论正确,即验证P (n 0)正确;(2)假设n=k (k ∈N 且k≥n 0)时结论正确,证明当n=k+1时,结论也正确,即由P (k )正确推出P (k+1)正确,根据(1),(2),就可以判定命题P (n )对于从n 0开始的所有自然数n 都正确. 要证明的等式左边共2n 项,而右边共n 项。f(k)及f(k+1)相比较,左边增加两项,右边增加一项,并且二者右边的首项也不一样,因此 在证明中采取了将11+k 及221 +k 合并的变形方式,这是在分析了f(k) 及f(k+1)的差异和联系之后找到的方法。 练习: 1.用数学归纳法证明3k ≥n 3(n≥3,n∈N)第一步应验证( )

不等式证明的常用基本方法

证明不等式的基本方法 导学目标:1.了解证明不等式的基本方法:比较法、综合法、分析法、反证法、放缩法.2.会用比较法、综合法、分析法、反证法、放缩法证明比较简单的不等式. [自主梳理] 1.三个正数的算术—几何平均不等式:如果a ,b ,c>0,那么_________________________,当且仅当a =b =c 时等号成立. 2.基本不等式(基本不等式的推广):对于n 个正数a 1,a 2,…,a n ,它们的算术平均不小于它们的几何平均,即a 1+a 2+…+a n n ≥n a 1·a 2·…·a n ,当且仅当__________________时等号成立. 3.证明不等式的常用五种方法 (1)比较法:比较法是证明不等式最基本的方法,具体有作差比较和作商比较两种,其基本思想是______与0比较大小或______与1比较大小. (2)综合法:从已知条件出发,利用定义、______、______、性质等,经过一系列的推理、论证而得出命题成立,这种证明方法叫综合法.也叫顺推证法或由因导果法. (3)分析法:从要证明的结论出发,逐步寻求使它成立的________条件,直至所需条件为已知条件或一个明显成立的事实(定义 、公理或已证明的定理、性质等),从而得出要证的命题成立为止,这种证明方法叫分析法.也叫逆推证法或执果索因法. (4)反证法 ①反证法的定义 先假设要证的命题不成立,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定义、定理、性质等,进行正确的推理,得到和命题的条件(或已证明的定理、性质、明显成立的事实等)矛盾的结论,以说明假设不正确,从而证明原命题成立,我们把它称为反证法. ②反证法的特点 先假设原命题不成立,再在正确的推理下得出矛盾,这个矛盾可以是与已知条件矛盾,或与假设矛盾,或与定义、公理、定理、事实等矛盾. (5)放缩法 ①定义:证明不等式时,通过把不等式中的某些部分的值________或________,简化不等式,从而达到证明的目的,我们把这种方法称为放缩法. ②思路:分析观察证明式的特点,适当放大或缩小是证题关键. 题型一 用比差法与比商法证明不等式 1.设t =a +2b ,s =a +b 2+1,则s 与t 的大小关系是( A ) ≥t >t ≤t 0;②a 2+b 2≥2(a -b-1);③a 2+3ab>2b 2;④,其中所 有恒成立的不等式序号是 ② . ②【解析】①a=0时不成立;②∵a 2+b 2-2(a-b-1)=(a-1)2+(b+1)2≥0,成立;③a=b=0时不成立;④a=2,b=1时不成立,故恒成立的只有②.

高中数学 数学归纳法

13.4 数学归纳法 一、填空题 1.用数学归纳法证明1+12+13…+1 2n -1<n (n ∈N ,且n >1),第一步要证的不 等式是________. 解析 n =2时,左边=1+12+122-1=1+12+1 3,右边=2. 答案 1+12+1 3<2 2.用数学归纳法证明: 121×3+223×5+…+n 2(2n -1)(2n +1)=n(n +1)2(2n +1);当推证当n =k +1等式也成立时,用上归纳假设后需要证明的等式是 . 解析 当n =k +1时,121×3+223×5+…+k 2(2k -1)(2k +1)+(k +1)2(2k +1)(2k +3) =k(k +1)2(2k +1)+(k +1)2 (2k +1)(2k +3) 故只需证明k(k +1)2(2k +1)+(k +1)2(2k +1)(2k +3)=(k +1)(k +2) 2(2k +3)即可. 答案 k(k +1)2(2k +1)+(k +1)2(2k +1)(2k +3)=(k +1)(k +2) 2(2k +3) 3.若f (n )=12+22+32+…+(2n )2,则f (k +1)与f (k )的递推关系式是________. 解析 ∵f (k )=12+22+…+(2k )2, ∴f (k +1)=12+22+…+(2k )2+(2k +1)2+(2k +2)2; ∴f (k +1)=f (k )+(2k +1)2+(2k +2)2. 答案 f (k +1)=f (k )+(2k +1)2+(2k +2)23.若存在正整数m ,使得f (n )= (2n -7)3n +9(n ∈N *)能被m 整除,则m =________. 解析 f (1)=-6,f (2)=-18,f (3)=-18,猜想:m =-6. 答案 6 4.用数学归纳法证明“n 3+(n +1)3+(n +2)3(n ∈N *)能被9整除”,要利用归纳

不等式证明的基本方法

绝对值的三角不等式;不等式证明的基本方法 一、教学目的 1、掌握绝对值的三角不等式; 2、掌握不等式证明的基本方法 二、知识分析 定理1 若a,b为实数,则,当且仅当ab≥0时,等号成立。 几何说明:(1)当ab>0时,它们落在原点的同一边,此时a与-b的距离等于它们到原点距离之和。 (2)如果ab<0,则a,b分别落在原点两边,a与-b的距离严格小于a与b到原点距离之和(下图为ab<0,a>0,b<0的情况,ab<0的其他情况可作类似解释)。 |a-b|表示a-b与原点的距离,也表示a到b之间的距离。 定理2 设a,b,c为实数,则,等号成立 ,即b落在a,c之间。 推论1

推论2 [不等式证明的基本方法] 1、比较法是证明不等式的一种最基本的方法,也是一种常用的方法,基本不等式就是用比较法证得的。 比较法有差值、比值两种形式,但比值法必须考虑正负。 比较法证不等式有作差(商)、变形、判断三个步骤,变形的主要方向是因式分解、配方,判断过程必须详细叙述。 如果作差后的式子可以整理为关于某一个变量的二次式,则可考虑用到判别式法证。 2、所谓综合法,就是从题设条件和已经证明过的基本不等式出发,不断用必要条件替换前面的不等式,直至推出要证明的结论,可简称为“由因导果”,在使用综合法证明不等式时,要注意基本不等式的应用。 所谓分析法,就是从所要证明的不等式出发,不断地用充分条件替换前面的不等式,或者是显然成立的不等式,可简称“执果索因”,在使用分析法证明不等式时,习惯上用“”表述。 综合法和分析法是两种思路截然相反的证明方法,其中分析法既可以寻找解题思路,如果表述清楚,也是一个完整的证明过程.注意综合法与分析法的联合运用。 3、反证法:从否定结论出发,经过逻辑推理,导出矛盾,证实结论的否定是错误的,从而肯定原结论是正确的证明方法。 4、放缩法:欲证A≥B,可通过适当放大或缩小,借助一个或多个中间量,使得,,再利用传递性,达到证明的目的.这种方法叫做放缩法。 【典型例题】 例1、已知函数,设a、b∈R,且a≠b,求证:

用数学归纳法证明不等式

用数学归纳法证明不等式 在明确数学归纳法本质的基础上,我们来共同研究它在不等式证明中的应用.例1已知x>-1,且x≠0,n∈N,n≥2.求证:(1+x)n>1+nx. 证:(1)当n=2时,左边=(1+x)2=1+2x+x2,右边=1+2x,因x2>0,则原不等式成立.(在这里,一定要强调之所以左边>右边,关键在于x2>0是由已知条件x≠0获得,为下面证明做铺垫) (2)假设n=k时(k≥2),不等式成立,即(1+x)k>1+kx. 师:现在要证的目标是(1+x)k+1>1+(k+1)x,请同学考虑. 师:现将命题转化成如何证明不等式 (1+kx)(1+x)≥1+(k+1)x.显然,上式中“=”不成立.故只需证:(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x. 提问:证明不等式的基本方法有哪些? (学生可能还有其他多种证明方法,这样培养了学生思维品质的广阔性,教师应及时引导总结) 师:这些方法,哪种更简便,更适合数学归纳法的书写格式?学生丙用放缩技巧证明显然更简便,利于书写.当n=k+1时,因为x>-1,所以1+x>0,于是左边=(1+x)k+1=(1+x)k(1+x)>(1+x)(1+kx)=1+(k+1)x+kx2;右边=1+(k+1)x.因为kx2>0,所以左边>右边,即(1+x)k+1>1+(k+1)x.这就是说,原不等式当n=k +1时也成立. 根据(1)和(2),原不等式对任何不小于2的自然数n都成立. (通过例1的讲解,明确在第二步证明过程中,虽然可以采取证明不等式的有关方法,但为了书写更流畅,逻辑更严谨,通常经归纳假设后,要进行合理放缩,以达到转化的目的)例2证明:2n+2>n2,n∈N+. 证:(1)当n=1时,左边=21+2=4;右边=1,左边>右边.所以原不等式成立. (2)假设n=k时(k≥1且k∈N)时,不等式成立,即2k+2>k2. 现在,请同学们考虑n=k+1时,如何论证2k+1+2>(k+1)2成立. 师:将不等式2k2-2>(k+1)2,右边展开后得:k2+2k+1,由于转化目的十分明确,所以只需将不等式的左边向k2+2k+1方向进行转化,即:2k2-2=k2+2k+1+k2-2k-3.由此不难看出,只需证明k2-2k-3≥0,不等式2k2-2>k2+2k+1即成立. 师:由于使不等式不成立的k值是有限的,只需利用归纳法,将其逐一验证原命题成立,因此在证明第一步中,应补充验证n=2时原命题成立,那么,n=3时是否也需要论证? 师:(补充板书)当n=2时,左=22+2=6,右=22=4,所以左>右;当n=3时,左=23+2=10,右=32=9,所以左>右.因此当n=1,2,3时,不等式成立.(以下请学生板书) (2)假设当n=k(k≥3且k∈N)时,不等式成立.即2k+2>k2.因为2k+1+2=2·2k+2=2(2k +2)-2>2k2-2=k2+2k+1+k2-2k-3=(k2+2k+1)+(k+1)(k-3)(因k≥3,则k-3≥0,k+1>0) ≥k2+2k+1=(k+1)2.所以2k+1+2>(k+1)2.故当n=k+1时,原不等式也成立.根据(1)和(2),原不等式对于任何n∈N都成立. 师:通过例2可知,在证明n=k+1时命题成立过程中,针对目标k2+2k+1,采用缩小的手段,但是由于k的取值范围(k≥1)太大,不便于缩小,因此,用增加奠基步骤(把验证

数学归纳法证明例题

例1.用数学归纳法证明: ()()12121217 51531311+=+-++?+?+?n n n n . 请读者分析下面的证法: 证明:①n =1时,左边31311=?=,右边3 1121=+=,左边=右边,等式成立. ②假设n =k时,等式成立,即: ()()12121217 51531311+=+-++?+?+?k k k k . 那么当n =k+1时,有: ()()()()32121121217 51531311++++-++?+?+?k k k k ????????? ??+-++??? ??+--++??? ??-+??? ??-+??? ? ?-=3211211211217151513131121k k k k 322221321121++?=??? ??+-= k k k ()1 121321+++=++=k k k k 这就是说,当n =k +1时,等式亦成立. 由①、②可知,对一切自然数n 等式成立. 评述:上面用数学归纳法进行证明的方法是错误的,这是一种假证,假就假在没有利用归纳假设n=k 这一步,当n=k +1时,而是用拆项法推出来的,这样归纳假设起到作用,不符合数学归纳法的要求. 正确方法是:当n =k+1时. ()()()()32121121217 51531311++++-++?+?+?k k k k ()() 3212112++++=k k k k

()()()()()() 321211232121322++++=++++=k k k k k k k k ()1 121321+++=++=k k k k 这就说明,当n =k +1时,等式亦成立, 例2.是否存在一个等差数列{a n},使得对任何自然数n ,等式: a 1+2a 2+3a 3+…+n an =n(n +1)(n +2) 都成立,并证明你的结论. 分析:采用由特殊到一般的思维方法,先令n=1,2,3时找出来{a n },然后再证明一般性. 解:将n=1,2,3分别代入等式得方程组. ?????=++=+=603224 26321 211a a a a a a , 解得a 1=6,a 2=9,a 3=12,则d =3. 故存在一个等差数列a n =3n +3,当n =1,2,3时,已知等式成立. 下面用数学归纳法证明存在一个等差数列a n =3n +3,对大于3的自然数,等式 a1+2a 2+3a3+…+na n =n (n +1)(n +2)都成立. 因为起始值已证,可证第二步骤. 假设n =k时,等式成立,即 a 1+2a 2+3a 3+…+ka k =k (k+1)(k +2) 那么当n=k +1时, a1+2a 2+3a 3+…+ka k +(k+1)ak +1 = k(k +1)(k +2)+ (k +1)[3(k+1)+3] =(k +1)(k 2+2k +3k +6) =(k +1)(k +2)(k +3) =(k +1)[(k +1)+1][(k +1)+2] 这就是说,当n=k +1时,也存在一个等差数列an =3n +3使a 1+2a 2+3a 3+…+n an=n (n +1)(n+2)成立. 综合上述,可知存在一个等差数列an =3n +3,对任何自然数n ,等式a 1+2a 2+3a 3+…+na n=n(n+1)(n +2)都成立.

最新数学归纳法证明例题

例1.用数学归纳法证明: ()()12121217 51531311+=+-++?+?+?n n n n . 请读者分析下面的证法: 证明:①n =1时,左边31311=?=,右边3 1121=+=,左边=右边,等式成立. ②假设n =k 时,等式成立,即: ()()12121217 51531311+=+-++?+?+?k k k k . 那么当n =k +1时,有: ()()()()32121121217 51531311++++-++?+?+?k k k k ????????? ??+-++??? ??+--++??? ??-+??? ??-+??? ? ?-=3211211211217151513131121k k k k 322221321121++?=??? ??+-= k k k ()1 121321+++=++=k k k k 这就是说,当n =k +1时,等式亦成立. 由①、②可知,对一切自然数n 等式成立. 评述:上面用数学归纳法进行证明的方法是错误的,这是一种假证,假就假在没有利用归纳假设n =k 这一步,当n =k +1时,而是用拆项法推出来的,这样归纳假设起到作用,不符合数学归纳法的要求. 正确方法是:当n =k +1时. ()()()()32121121217 51531311++++-++?+?+?k k k k ()() 3212112++++=k k k k

()()()()()() 321211232121322++++=++++=k k k k k k k k ()1 121321+++=++=k k k k 这就说明,当n =k +1时,等式亦成立, 例2.是否存在一个等差数列{a n },使得对任何自然数n ,等式: a 1+2a 2+3a 3+…+na n =n (n +1)(n +2) 都成立,并证明你的结论. 分析:采用由特殊到一般的思维方法,先令n =1,2,3时找出来{a n },然后再证明一般性. 解:将n =1,2,3分别代入等式得方程组. ?????=++=+=603224 26321 211a a a a a a , 解得a 1=6,a 2=9,a 3=12,则d =3. 故存在一个等差数列a n =3n +3,当n =1,2,3时,已知等式成立. 下面用数学归纳法证明存在一个等差数列a n =3n +3,对大于3的自然数,等式 a 1+2a 2+3a 3+…+na n =n (n +1)(n +2)都成立. 因为起始值已证,可证第二步骤. 假设n =k 时,等式成立,即 a 1+2a 2+3a 3+…+ka k =k (k +1)(k +2) 那么当n =k +1时, a 1+2a 2+3a 3+…+ka k +(k +1)a k +1 = k (k +1)(k +2)+ (k +1)[3(k +1)+3] =(k +1)(k 2+2k +3k +6) =(k +1)(k +2)(k +3) =(k +1)[(k +1)+1][(k +1)+2] 这就是说,当n =k +1时,也存在一个等差数列a n =3n +3使a 1+2a 2+3a 3+…+na n =n (n +1)(n +2)成立. 综合上述,可知存在一个等差数列a n =3n +3,对任何自然数n ,等式a 1+2a 2+3a 3+…

北师大版数学高二-选修4-5 第二节 不等式证明的基本方法例题

选修4-5 第二节 不等式证明的基本方法例题 1.已知a 、b 、x 、y 均为正实数,且1a >1 b ,x >y . 求证: x x +a > y y +b . 证明:∵ x x +a - y y +b = bx -ay x +a y +b , 又1a >1 b ,且a 、b 均为正实数, ∴b >a >0. 又x >y >0, ∴bx >ay . ∴ bx -ay x +a y +b >0,即x x +a >y y +b . 2.已知a ,b ,c 均为正数,证明:a 2+b 2+c 2 +(1a +1b +1c )2≥63,并确定a ,b ,c 为何值时,等号成立. 证明:法一:因为a ,b ,c 均为正数,由平均值不等式得 a 2+ b 2+ c 2 ≥3(abc )23 ,① 1 a +1 b +1 c ≥3(abc )1 3-,② 所以(1 a +1 b +1c )2 ≥9(abc ) 2 3-. 故a 2 +b 2 +c 2 +(1a +1b +1 c )2 ≥3(abc ) 23 + 9(abc ) 23 - . 又3(abc ) 23 +9(abc ) 23 -≥227=63,③ 所以原不等式成立. 当且仅当a =b =c 时,①式和②式等号成立.当且仅当3(abc ) 23 =9(abc ) 23 - 时,③式 等号成立. 即当且仅当a =b =c =314 时,原式等号成立. 法二:因为a ,b ,c 均为正数,由基本不等式得

a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,c2+a2≥2ac. 所以a2+b2+c2≥ab+bc+ac,① 同理1 a2+ 1 b2 + 1 c2 ≥ 1 ab + 1 bc + 1 ac ,② 故a2+b2+c2+(1 a + 1 b + 1 c )2≥ab+bc+ac+ 3 1 ab +3 1 bc +3 1 ac ≥6 3.③ 所以原不等式成立. 当且仅当a=b=c时,①式和②式等号成立,当且仅当a=b=c,(ab)2=(bc)2=(ac)2=3时,③式等号成立. 即当且仅当a=b=c=31 4时,原式等号成立. 3.(2012·豫南九校联考)已知x,y均为正数,且x>y,求证:2x+1 x2-2xy+y2 ≥2y +3. 解:因为x>0,y>0,x-y>0, 2x+ 1 x2-2xy+y2 -2y=2(x-y)+ 1 x-y2 =(x-y)+(x-y)+ 1 x-y2 ≥33 x-y2 1 x-y2 =3, 所以2x+ 1 x2-2xy+y2 ≥2y+3. 4.已知正实数a,b,c满足 1 a + 2 b + 3 c =1,求证:a+ b 2 + c 3 ≥9.证明:因为a,b,c均为正实数, 所以 1 a + 2 b + 3 c ≥3 31 a · 2 b · 3 c .同理可证: a+ b 2 + c 3 ≥3 3 a· b 2 · c 3 . 所以(a+ b 2 + c 3 )( 1 a + 2 b + 3 c )≥ 3 3 a· b 2 · c 3 ·3 31 a · 2 b · 3 c =9. 因为 1 a + 2 b + 3 c =1,所以a+ b 2 + c 3 ≥9, 当且仅当a=3,b=6,c=9时,等号成立.

归纳法证明不等式

归纳法证明不等式 数学归纳法证明不等式的本质 数学归纳法证明不等式的典型类型是与数列或数列求和有关的问题,凡是与数列或数列求和有关的问题都可统一表述成f(n)?g(n)(n?n?)的形式或近似于上述形式。 这种形式的关键步骤是由n?k时,命题成立推导n?k?1时,命题也成立。为了表示的方便,我们记?左n?f(k?1)?f(k),?右n?g(k?1)?g(k)分别叫做左增量,右增量。那么,上述证明的步骤可表述为 f(k?1)?f(k)??左k?g(k)??左k?g(k)??右k?g(k?1) 例1.已知an?2n?1,求证: 本题要证后半节的关键是证 an1a1a2n????n?(n?n?) 23a2a3an?12 2k?1?11?中k??右k即证k?2? 2?12 而此式显然成立,所以可以用数学归纳法证明。 而要证前半节的关键是证 12k?1?1?左k??中k即证?k?2 22?1 而此式显然不成立,所以不能用数学归纳法证明。如果不进行判断就用数学归纳法证前半节,忙乎半天,只会徒劳。 有时,f(n)?g(n)(n?n?)中f(n),g(n)是以乘积形式出现,且f(n)?0,g(n)?0是显然成立的。此时,可记 ?左k?f(k?1)g(k?1),?右k? f(k)g(k) 分别叫做左增倍,右增倍。那么,用数学归结法证明由n?k时,成立推导 n?k?1成立,可表述为 f(k?1)?f(k)??左k?g(k)??左k?g(k)??右k?g(k?1) 和前面所讲相似,上述四步中,两个“=”和“<”都显然成立,而“≤”是否成立,就需要判断和证明了,既“?左k??右k”若成立,既可用数学归纳法证明;若不成立,则不能用数学归纳法证明。因此,可以这样说,此时,数学归纳法证明不等式的本质是证“左增倍≤右增倍”,而判断能否用数学归纳法证明不等式的标准就是看“左增倍≤右增倍”是否成立。 第二篇:归纳法证明不等式

证明不等式的几种常用方法

证明不等式的几种常用方法 证明不等式除了教材中介绍的三种常用方法,即比较法、综合法和分析法外,在不等式证明中,不仅要用比较法、综合法和分析法,根据有些不等式的结构,恰当地运用反证法、换元法或放缩法还可以化难为易.下面几种方法在证明不等式时也经常使用. 一、反证法 如果从正面直接证明,有些问题确实相当困难,容易陷入多个元素的重围之中,而难以自拔,此时可考虑用间接法予以证明,反证法就是间接法的一种.这就是最“没办法”的时候往往又“最有办法”,所谓的“正难则反”就是这个道理. 反证法是利用互为逆否的命题具有等价性来进行证明的,在使用反证法时,必须在假设中罗列出各种与原命题相异的结论,缺少任何一种可能,则反证法都是不完全的. 用反证法证题的实质就是从否定结论入手,经过一系列的逻辑推理,导出矛盾,从而说明原结论正确.例如要证明不等式A>B,先假设A≤B,然后根据题设及不等式的性质,推出矛盾,从而否定假设,即A≤B不成立,而肯定A>B成立.对于要证明的结论中含有“至多”、“至少”、“均是”、“不都”、“任何”、“唯一”等特征字眼的不等式,若正面难以找到解题的突破口,可转换视角,用反证法往往立见奇效. 例1 设a、b、c、d均为正数,求证:下列三个不等式:①a+b<c+d; ②(a+b)(c+d)<ab+cd;③(a+b)cd<ab(c+d)中至少有一个不正确. 反证法:假设不等式①、②、③都成立,因为a、b、c、d都是正数,所以

不等式①与不等式②相乘,得:(a +b)2<ab +cd ,④ 由不等式③得(a +b)cd <ab(c +d)≤( 2 b a +)2 ·(c +d), ∵a +b >0,∴4cd <(a +b)(c +d), 综合不等式②,得4cd <ab +cd , ∴3cd <ab ,即cd <31 ab . 由不等式④,得(a +b)2<ab +cd < 34ab ,即a 2+b 2<-3 2 ab ,显然矛盾. ∴不等式①、②、③中至少有一个不正确. 例2 已知a +b +c >0,ab +bc +ca >0,abc >0,求证:a >0,b >0, c >0. 证明:反证法 由abc >0知a ≠0,假设a <0,则bc <0, 又∵a +b +c >0,∴b +c >-a >0,即a(b +c)<0, 从而ab +bc +ca = a(b +c)+bc <0,与已知矛盾. ∴假设不成立,从而a >0, 同理可证b >0,c >0. 例3 若p >0,q >0,p 3+q 3= 2,求证:p +q ≤2. 证明:反证法 假设p +q >2,则(p +q)3>8,即p 3+q 3+3pq (p +q)>8, ∵p 3+q 3= 2,∴pq (p +q)>2. 故pq (p +q)>2 = p 3+q 3= (p +q)( p 2-pq +q 2), 又p >0,q >0 ? p +q >0, ∴pq >p 2-pq +q 2,即(p -q)2 <0,矛盾.

用数学归纳法证明不等式

人教版选修4—5不等式选讲 课题:用数学归纳法证明不等式 教学目标: 1、牢固掌握数学归纳法的证明步骤,熟练表达数学归纳法证明的过程。 2、通过事例,学生掌握运用数学归纳法,证明不等式的思想方法。 3、培养学生的逻辑思维能力,运算能力和分析问题,解决问题的能力。 重点、难点: 1、巩固对数学归纳法意义和有效性的理解,并能正确表达解题过程,以及掌握用数学归纳法证明不等式的基本思路。 2、应用数学归纳法证明的不同方法的选择和解题技巧。 教学过程: 一、复习导入: 1、上节课学习了数学归纳法及运用数学归纳法解题的步骤,请同学们回顾,说出数学归纳法的步骤? (1)数学归纳法是用于证明某些与自然数有关的命题的一种方法。 (2)步骤:1)归纳奠基; 2)归纳递推。 2、作业讲评:(出示小黑板) 习题:用数学归纳法证明:2+4+6+8+……+2n=n(n+1) 如采用下面的证法,对吗? 证明:①当n=1时,左边=2=右边,则等式成立。 ②假设n=k时,(k∈N,k≥1)等式成立, 即2+4+6+8+……+2k=k(k+1) 当n=k+1时, 2+4+6+8+……+2k+2(k+1) ∴ n=k+1时,等式成立。 由①②可知,对于任意自然数n,原等式都成立。 (1)学生思考讨论。

(2)师生总结:1)不正确 2)因为在证明n=k+1时,未用到归纳假设,直接用等差数列求和公式,违背了数学归纳法本质:递推性。 二、新知探究 明确了数学归纳法本质,我们共同讨论如何用数学归纳法证明不等式。 (出示小黑板) 例1 观察下面两个数列,从第几项起a n始终小于b n?证明你的结论。 {a n=n2}:1,4,9,16,25,36,49,64,81, …… {b n=2n}:2,4,8,16,32,64,128,256,512,…… (1)学生观察思考 (2)师生分析 (3)解:从第5项起,a n< b n,即 n2<2n,n∈N+(n≥5) 证明:(1)当 n=5时,有52<25,命题成立。 即k2<2k 当n=k+1时,因为 (k+1)2=k2+2k+1<k2+2k+k=k2+3k<k2+k2=2k2<2×2k=2k+1 所以,(k+1)2<2k+1 即n=k+1时,命题成立。 由(1)(2)可知n2<2n(n∈N+,n≥5) 学生思考、小组讨论:①放缩技巧:k2+2k+1<k2+2k+k;k2+3k<k2+k2 ②归纳假设:2k2<2×2k 例2证明不等式│Sin nθ│≤n│Sinθ│(n∈N+) 分析:这是一个涉及正整数n的三角函数问题,又与绝对值有关,在证明递推关系时,应注意利用三角函数的性质及绝对值不等式。 证明:(1)当 n=1时,上式左边=│Sinθ│=右边,不等式成立。 (2)假设当n=k(k≥1)时命题成立, 即有│Sin kθ│≤k│Sinθ│

经典不等式证明的基本方法

不等式和绝对值不等式 一、不等式 1、不等式的基本性质: ①、对称性: 传递性:_________ ②、 ,a+c >b+c ③、a >b , , 那么ac >bc ; a >b , ,那么ac <bc ④、a >b >0, 那么,ac >bd ⑤、a>b>0,那么a n >b n .(条件 ) ⑥、 a >b >0 那么 (条件 ) 2、基本不等式 定理1 如果a, b ∈R, 那么 a 2+b 2≥2ab. 当且仅当a=b 时等号成立。 定理2(基本不等式) 如果a ,b>0,那么 当且仅当a=b 时,等号成立。即两个正数的算术平均不小于它们的几何平均。 结论:已知x, y 都是正数。(1)如果积xy 是定值p ,那么当x=y 时,和x+y 有最小值 ; (2)如果和x+y 是定值s ,那么当x=y 时,积xy 有最大值 小结:理解并熟练掌握基本不等式及其应用,特别要注意利用基本不等式求最值时, 一 定要满足“一正二定三相等”的条件。 3、三个正数的算术-几何平均不等式 二、绝对值不等式 1、绝对值三角不等式 实数a 的绝对值|a|的几何意义是表示数轴上坐标为a 的点A 到原点的距离: a b b a c a c b b a >?>>,R c b a ∈>,0>c 0> d c 2,≥∈n N n 2,≥∈n N n 2 a b +≥2 1 4 s 3 ,,3a b c a b c R a b c +++∈≥==定理如果,那么当且仅当时,等号成立。 即:三个正数的算术平均不小于它们的几何平均。2122,,,,n n n a a a a a n a a ++≥=== 11把基本不等式推广到一般情形:对于n 个正数a 它们的算术平均不小于它们的几何平均,即: 当且仅当a 时,等号成立。

证明不等式的基本方法(20200920095256)

12. 4 证明不等式的基本方法 T 懈不评式证明的基車方诜:比较法,综合建、井析媒 ttMK MMM ■■座用它们证明一些简 厲的不等式. Kiff <年斋号悄况来看.本讲尼岛号血埶的一个热点一 fO 灿讪卜将芸号僧::1;与躺碓不零式结, 证 期不等式:2>M 破立,探索性问題结合,ttaAMML 厲中档題團L E 基础知识过关 [知识梳理] 1. 证明不等式的基本方法:比较法、综合法、分析法、反证法、放缩法. 2. 三个正数的算术-几何平均不等式 (1) 定理:如果a , b , c € R +那么a + ?+1需辰,当且仅当a = b = c 时,等号 a + b + c Q 成立.即三个正数的算术平均 3 不小于它们的几何平均Vabc. (2) 基本不等式的推广 对于n 个正数a i , a 2, , , a ,它们的算术平均数不小于它们的几何平均数, 即a 〔 + 汁‘ + 》^a 1a 2,—,当且仅当 a 1 = a 2 =, = a n 时,等号成立. n 3. 柯西不等式 (1)设 a , b , c , d 均为实数,则(a 2 + b 2)(c 2 + d 2)>(ac + bd)2,当且仅当 ad = bc 时等号成立. f n 「n J 「n ' ⑵若a i, b(i € N *)为实数,贝则 18 15 A l^a b i 2,当且仅当 I "八=1丿 T =1丿 (当a i = 0时,约定b i = 0, i = 1,2, , , n)时等号成立. (3) 柯西不等式的向量形式:设 a B 为平面上的两个向量,则|如3》|a ? (3当 且仅当a, 3共线时等号成立. 善纲解谨 君向预测 b^_ b2_ a 1 a 2 b n =a ;

选修4-5学案§4.1.1数学归纳法证明不等式

选修4-5学案 §4.1.1数学归纳法证明不等式 姓名 ☆学习目标:1. 理解数学归纳法的定义、数学归纳法证明基本步骤; 2. 会运用数学归纳法证明不等式 重点:应用数学归纳法证明不等式. ?知识情景: 关于正整数n 的命题(相当于多米诺骨牌),我们可以采用下面方法来证明其正确性: 10. 验证n 取 时命题 ( 即n =n 时命题成立) (归纳奠基) ; 20. 假设当 时命题成立,证明当n=k +1时命题 (归纳递推). 30. 由10、20知,对于一切n ≥n 的自然数n 命题 !(结论) 要诀: 递推基础 , 归纳假设 , 结论写明 . ☆ 数学归纳法的应用: 例1. 用数学归纳法证明不等式sin sin n n θθ≤. 例2已知x > -1,且x ≠0,n ∈N*,n ≥2.求证:(1+x )n >1+nx .

例3 证明: 如果(n n 为正整数)个正数12,,,n a a a 的乘积121n a a a = , 那么它们的和12n a a a n +++ ≥. 例4 证明:2 2 2 111112(,2).2 3 ≥n N n n n + + +?+ <- ∈

例5.当2n ≥时,求证:1 + +++ > 选修4-5练习 §4.1.1数学归纳法证明不等式(1) 姓名 1、已知f(n)=(2n+7)·3n +9,存在自然数m,使得对任意n ∈N,都能使m 整除f(n),则最大的m 的 值为( ) A.30 B.26 C.36 D.6 2、.观察下列式子:2 2 2 2 2 1311511171, 1, 1222 3 32 3 4 4 + < + +< + ++<

(完整版)数学归纳法知识点大全(综合)

数学归纳法 数学归纳法是用于证明与正整数n 有关的数学命题的正确性的一种严格的推理方法.在数学竞赛中占有很重要的地位. (1)第一数学归纳法 设)(n P 是一个与正整数有关的命题,如果 ① 0n n =(N n ∈01.数学归纳法的基本形式)时,)(n P 成立; ②假设),(0N k n k k n ∈≥=成立,由此推得1+=k n 时,)(n P 也成立,那么,根据①②对一切正整数0n n ≥时,)(n P 成立. (2)第二数学归纳法 设)(n P 是一个与正整数有关的命题,如果 ①当0n n =(N n ∈0)时,)(n P 成立; ②假设),(0N k n k k n ∈≥≤成立,由此推得1+=k n 时,)(n P 也成立,那么,根据①②对一切正整数0n n ≥时,)(n P 成立. 2.数学归纳法的其他形式 (1)跳跃数学归纳法 ①当l n ,,3,2,1Λ=时,)(,),3(),2(),1(l P P P P Λ成立, ②假设k n =时)(k P 成立,由此推得l k n +=时,)(n P 也成立,那么,根据①②对一切正整数1≥n 时,)(n P 成立. (2)反向数学归纳法 设)(n P 是一个与正整数有关的命题,如果

① )(n P 对无限多个正整数n 成立; ②假设k n =时,命题)(k P 成立,则当1-=k n 时命题)1(-k P 也成立,那么根据①②对一切正整数1≥n 时,)(n P 成立. 例如,用数学归纳法证明: 为非负实数,有 在证明中,由 真,不易证出 真;然而却很容易证出 真,又容易证明不等式对无穷多个 (只要 型的自然数)为真;从而证明 ,不等式成立. (3)螺旋式归纳法 P (n ),Q (n )为两个与自然数 有关的命题,假如 ①P(n0)成立; ②假设 P(k) (k>n0)成立,能推出Q(k)成立,假设 Q(k)成立,能推出 P(k+1)成立; 综合(1)(2),对于一切自然数n (>n0),P(n),Q(n)都成立; (4)双重归纳法 设 是一个含有两上独立自然数 的命题. ① 与 对任意自然数 成立; ②若由 和 成立,能推出 成立; 根据(1)、(2)可断定, 对一切自然数 均成立. 3.应用数学归纳法的技巧 (1)起点前移:有些命题对一切大于等于1的正整数正整数n 都成立,但命题本身对0=n 也成立,而且验证起来比验证1=n 时容易,

数学归纳法的七种变式及其应用..

数学归纳法的七种变式及其应用 摘要:数学归纳法是解决与自然有关命题的一种行之有效的方法,又是数学证明 的又一种常用形式.数学归纳法不仅能够证明自然数命题,在实数中也广泛应用,还能对一些数学定理进行证明.在中学时学习了第一数学归纳法和第二数学归纳法,因而对一些命题进行了简单证明.在原有的基础上,给出了数学归纳法的另外五种变式,其中涉及到反向归纳法、二重归纳法、螺旋式归纳法、跳跃归纳法和关于实数的连续归纳法,并简单的举例说明了每种变式在数学各分支的应用.这就突破了数学归纳法仅在自然数中的应用,为今后的数学命题证明提供了一种行之有效的证明方法——数学归纳法. 关键词:数学归纳法;七种变式;应用 1引言 归纳法是由特殊事例得出一般结论的归纳推理方法,一般性结论的正确性依赖于各个个别论断的正确性。数学归纳法的本质[]4 是证明一个命题对于所有的自然数都是成立 的.由于它在本质上是与数的概念联系在一起,所以数学归纳法可以运用到数学的各个分支,例如:证明等式、不等式,三角函数,数的整除,在几何中的应用等. 数学归纳法的基本思想是用于证明与自然数有关的命题的正确性的证明方法,如第一数学归纳法,操作步骤简单明了.在第一数学归纳法的基础上,又衍生出了第二数学归纳法,反向归纳法,二重归纳法等证明方法.从而可以解决更多的数学命题. 2 数学归纳法的变式及应用 2.1 第一数学归纳法 设()p n 是一个含有正整数n 的命题,如果满足: 1) ()1p 成立(即当1n =时命题成立); 2)只要假设()p k 成立(归纳假设),由此就可证得()1p k +也成立(k 是自然数),就能保证对于任意的自然数n ,命题()p n 都成立. 通常所讨论的命题不都全是与全体自然数有关,而是从某个自然数a 开始的,因此,将第一类数学归纳法修改为: 设()p n 是一个含有正整数n 的命题(n a ≥,*a N ∈), 如果 1)当n =a 时,()p a 成立;

相关文档
最新文档