选修2-2_第2章推理与证明
第2章推理与证明
一、本章知识结构
二、内容安排
本章包括3节,约需8课时,具体分配如下(仅供参考):
2王新敞 1 合情推理与演绎推理约3课时
2王新敞 2 直接证明与间接证明约2课时
2王新敞 3 数学归纳法约2课时
章节复习小结约1课时
三、重点知识梳理
1.归纳推理与类比推理的区别与联系
(1)联系:归纳推理与类比推理都是合情推理,且归纳推理与类比推理得出的结论都不一定可靠.
(2)区别:归纳推理是由某类事物的部分对象具有某些特征,推出这类事物的全部对象都具有这些特征的一种推理,它是由特殊到一般、由部分到整体的推理.而类比推理是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.例如,已知甲、乙两类对象都具有性质a b c
,,,且甲还具有性质d,可以猜想乙也具有性质d,这种推理就是类比推理.类比推理是由特殊到特殊的推理.
2.合情推理与演绎推理的区别与联系
(1)区别:合情推理是根据已有的事实,经过观察、分析、比较、联想,再进行归纳、类比,然后提出猜想的推理.常用的合情推理有归纳推理和类比推理,由合情推理得到的结论都仅仅是猜想,未必可靠.演绎推理是从一般性的原理出发,推出某个特殊情况下的结论,这种推理是由一般到特殊的推理.由演绎推理得出的结论都是可靠的.在数学中,证明命题的正确性,都要用演绎推理.演绎推理的一般模式是三段论.
(2)联系:合情推理和演绎推理在发现、证明每一个数学结论的过程中都起着非常重要的作用.在数学结论及其证明思路的发现中,主要依靠合情推理.而数学结论的证明、数学体系的建立,则主要依靠演绎推理.因此在数学学科的发展中,这两种推理都是不可缺少的.3.综合法与分析法的区别
综合法与分析法是证明命题的两种最基本最常用的方法,用这两种方法证明命题的思路截然相反.综合法是利用已知条件和某些数学定义、定理、公理等,经过一系列的推理论证(即演绎推理),最后推导出所要证明的结论成立.而分析法则是从要证明的结论出发,逐步寻求使它成立的充分条件,直至最后,把要证明的结论归结为判定一个明显成立的条件.综合法“由因导果”,而分析法是“执果索因”.在实际应用中,经常要把综合法与分析
法结合起来使用.
4.反证法证题的一般步骤
(1)假设命题的结论不正确,即假设结论的反面正确;
(2)从这个假设出发,应用正确的推理方法,推出矛盾的结果;
(3)由矛盾判定假设不正确,从而肯定命题的结论正确.
5.如何正确选择综合法、分析法、反证法
(1)综合法常用于由已知推结论较易找到思路时.
(2)分析法常用于条件复杂,思考方向不明确,运用综合法较难证明时.
(3)单纯应用分析法证题并不多见,常常是用分析法找思路,用综合法写过程,因为综合法宜于表达,条理清晰.
(4)注意分析法的表述方法:“要证明…,只需证明…,因为…成立,所以…成立”,“为了证明…,只需证明…,即…,因此只需证明…”.
(5)在证明一些否定性命题,惟一性命题,或含有“至多”,“至少”等字句的命题时,正面证明较难,则考虑反证法,即“正难则反”.
(6)利用反证法证题时注意:①必须先否定结论,当结论的反面呈现多样性时,必须列出各种可能结论,缺少任何一种可能,反证都是不完全的.②反证法必须从否定结论进行推理,即应把结论的反面作为条件,且必须根据这一条件进行推证;否则,仅否定结论,不从结论的反面出发进行推理,就不是反证法.
第1课时 2.1.1.1合情推理
教学目标:
掌握归纳推理的技巧,并能运用解决实际问题。
通过“自主、合作与探究”实现“一切以学生为中心”的理念。
感受数学的人文价值,提高学生的学习兴趣,使其体会到数学学习的美感。
教学重点、难点:归纳推理及方法的总结、归纳推理的含义及其具体应用。
教学过程:
一、问题情境
(1)原理初探
①引入:“阿基米德曾对国王说,给我一个支点,我将撬起整个地球!”
②提问:大家认为可能吗?他为何敢夸下如此海口?理由何在?
③探究:他是怎么发现“杠杆原理”的?
阿基米德的灵感:A:一个小孩,为何轻轻松松就能提起一大桶水?B:修筑河堤时,奴隶们是怎样搬运巨石的?
正是基于这两个发现,阿基米德大胆地猜想,然后小心求证,终于发现了伟大的“杠杆原理”。
④思考:整个过程对你有什么启发?
⑤启发:在教师的引导下归纳出:“科学离不开生活,离不开观察,也离不开猜想和证明”。
追逐先辈的足迹,接触数学皇冠上最璀璨的明珠—“歌德巴赫猜想”。
链接:
世界近代三大数学难题之一。哥德巴赫是德国一位中学教师,也是一位著名的数学家,
生于1690年,1725年当选为俄国彼得堡科学院院士。1742年,哥德巴赫在教学中发现,每个不小于6的偶数都是两个素数(只能被和它本身整除的数)之和。如6=3+3,12=5+7等等。公元1742年6月7日哥德巴赫(Goldbach)写信给当时的大数学家欧拉(Euler),提出了以下的猜想: (a) 任何一个≥6之偶数,都可以表示成两个奇质数之和。 (b) 任何一个≥9之奇数,都可以表示成三个奇质数之和。
这就是着名的哥德巴赫猜想。欧拉在6月30日给他的回信中说,他相信这个猜想是正确的,但他不能证明。叙述如此简单的问题,连欧拉这样首屈一指的数学家都不能证明,这个猜想便引起了许多数学家的注意。从提出这个猜想至今,许多数学家都不断努力想攻克它,但都没有成功。当然曾经有人作了些具体的验证工作,例如: 6 = 3 + 3, 8 = 3 + 5, 10 = 5 + 5 = 3 + 7, 12 = 5 + 7, 14 = 7 + 7 = 3 + 11,16 = 5 + 11, 18 = 5 + 13, . . . . 等等。有人对33×108以内且大过6之偶数一一进行验算,哥德巴赫猜想(a)都成立。但验格的数学证明尚待数学家的努力。从此,这道著名的数学难题引起了世界上成千上万数学家的注意。200年过去了,没有人证明它。哥德巴赫猜想由此成为数学皇冠上一颗可望不可及的“明珠”。到了20世纪20年代,才有人开始向它靠近。1920年、挪威数学家布爵用一种古老的筛选法证明,得出了一个结论:每一个比大的偶数都可以表示为(99)。这种缩小包围圈的办法很管用,科学家们于是从(9十9)开始,逐步减少每个数里所含质数因子的个数,直到最后使每个数里都是一个质数为止,这样就证明了“哥德巴赫”。
思考:其他偶数是否也有类似的规律?讨论:组织学生进行交流、探讨。
检验:2和4可以吗?为什么不行?
归纳:通过刚才的探究,由学生归纳“归纳推理”的定义及特点。
3.数学建构
这种由某类事物的部分对象具有某些特征,推出该类事物的全部对象都具有这些特征的推理,或者由个别事实概栝出一般结论的推理,称为归纳推理.(简称;归纳)。简言之,归纳推理是由部分到整体、由特殊到一般的推理。
归纳推理的一般步骤:⑴ 对有限的资料进行观察、分析、归纳整理;⑵ 提出带有规律性的结论,即猜想;⑶ 检验猜想。
4.师生活动
例1 前提:蛇是用肺呼吸的,鳄鱼是用肺呼吸的,海龟是用肺呼吸的,蜥蜴是用肺呼吸的。蛇、鳄鱼、海龟、蜥蜴都是爬行动物.
结论:所有的爬行动物都是用肺呼吸的。
例 2 前提:三角形的内角和是1800,凸四边形的内角和是3600,凸五边形的内角和是5400,……,结论:凸n 边形的内角和是(n —2)×1800。
例3
,333232,232232,131232++<++<++< 探究:上述结论都成立吗? 强调:归纳推理的结果不一定成立! —— “ 一切皆有可能!”
5.提高巩固
{}数列的通项公式。试归纳出这个且的第一项:已知数列
例,......),2,1(1,1411=+==+n a a a a a n
n n n ①探索:先让学生独立进行思考。
②活动:“千里走单骑” — 鼓励学生说出自己的解题思路。
(,,)a b m
③活动:“圆桌会议” — 鼓励其他同学给予评价,对在哪里?错在哪里?还有没有更好的方法?
【设计意图】:提供一个舞台, 让学生展示自己的才华,这将极大地调动学生的积极性,增强学生的荣誉感,培养学生独立分析问题和解决问题的能力,体现了“自主探究”,同时,也锻炼了学生敢想、敢说、敢做的能力。
【一点心得】:在“千里走单骑”和“圆桌会议”的探究活动中,教师一定要以“鼓励和表扬”为主,面带微笑,消除学生的恐惧感,提高学生的自信心.
⑵能力培养(例2拓展)
?,2
1,32,1,2:44321=====n a a a a a 求拓展例 ①思考:怎么求n a ?组织学生进行探究,寻找规律。
②归纳:由学生讨论,归纳技巧,得到技巧②和③。
技巧②:有整数和分数时,往往将整数化为分数.
技巧③:当分子分母都在变化时,往往统一分子 (或分母),再寻找另一部分的变化规律.
6.课堂小结
(1)归纳推理是由部分到整体,从特殊到一般的推理。通常归纳的个体数目越多,越具有代表性,那么推广的一般性命题也会越可靠,它是一种发现一般性规律的重要方法。
(2)归纳推理的一般步骤:通过观察个别情况发现某些相同的性质,从已知的相同性质中推出一个明确表述的一般命题(猜想)证明.
第2课时 2.1.1.2类比推理
教学目标:
通过对已学知识的回顾,认识类比推理这一种合情推理的基本方法,并把它用于对问题的发现中去。
类比推理是从特殊到特殊的推理,是寻找事物之间的共同或相似性质,类比的性质相似性越多,相似的性质与推测的性质之间的关系就越相关,从而类比得出的结论就越可靠。
正确认识合情推理在数学中的重要作用,养成从小开始认真观察事物、分析问题、发现事物之间的质的联系的良好个性品质,善于发现问题,探求新知识。
教学重点、难点:能利用类比进行简单的推理。用类比进行推理,做出猜想。
教学过程:
一、问题情境
从一个传说说起:春秋时代鲁国的公输班(后人称鲁班,被认为是木匠业的祖师)一次去林中砍树时被一株齿形的茅草割破了手,这桩倒霉事却使他发明了锯子.
他的思路是这样的:茅草是齿形的;茅草能割破手.我需要一种能割断木头的工具;它也可以是齿形的.这个推理过程是归纳推理吗?
二、数学活动
我们再看几个类似的推理实例。
例1.试根据等式的性质猜想不等式的性质。
等式的性质: 猜想不等式的性质:
(1) a=b ?a+c=b+c; (1) a >b ?a+c >b+c;
(2) a=b ? ac=bc; (2) a >b ? ac >bc;
(3) a=b ?a 2=b 2; (3) a >b ?a 2>b 2;
例2.试将平面上的圆与空间的球进行类比.
圆的定义:平面内到一个定点的距离等于定长的点的集合.
球的定义:到一个定点的距离等于定长的点的集合.
圆 球
弦←→截面圆
直径←→大圆
周长←→表面积
面积←→体积
☆上述两个例子均是这种由两个(两类)对象之间在某些方面的相似或相同,推演出他们在其他方面也相似或相同;或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(简称类比).
简言之,类比推理是由特殊到特殊的推理.
类比推理的一般步骤:
⑴ 找出两类对象之间可以确切表述的相似特征;
⑵ 用一类对象的已知特征去推测另一类对象的特征,从而得出一个猜想;
⑶ 检验猜想。即
例3.在平面上,设h a ,h b ,h c 是三角形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p a ,p b ,p c ,我们可以得到结论:1=++c
c b b a a h p h p h p 试通过类比,写出在空间中的类似结论.
巩固提高
1.已知两个圆①x2+y2=1:与②x2+(y-3)2=1,则由①式减去②式可得上述两圆的对称轴方程.将上述命题在曲线仍然为圆的情况下加以推广,即要求得到一个更一般的命题,而已知命题应成为所推广命题的一个特例,推广的命题为------------------------- ----
---------------------------------------------------------------------------------------------
2.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.
猜想新结论
么这个数列叫做等和数列,这个常数叫做该数列的公和。已知数列{}a n 是等和数列,且a 12=,公和为5,那么a 18的值为_____,这个数列的前n 项和S n 的计算公式为_____. 课堂小结
1.类比推理是从特殊到特殊的推理,是寻找事物之间的共同或相似性质。类比的性质相似性越多,相似的性质与推测的性质之间的关系就越相关,从而类比得出的结论就越可靠。
2. 类比推理的一般步骤:
①找出两类事物之间的相似性或者一致性。
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)
第3课时 2.1.2.1演绎推理
教学目标:了解演绎推理 的含义;能正确地运用演绎推理 进行简单的推理。了解合情
推理与演绎推理之间的联系与差别。
教学重点、难点:正确地运用演绎推理,进行简单的推理;了解合情推理与演绎推理之间的联系与差别。
教学过程:
一、复习:合情推理
归纳推理 从特殊到一般
类比推理 从特殊到特殊
从具体问题出发――观察、分析比较、联想――归纳。类比――提出猜想
二、问题情境。
观察与思考
1所有的金属都能导电,铜是金属, 所以,铜能够导电
2.一切奇数都不能被2整除, (2100+1)是奇数, 所以, (2100+1)不能被2整除.
3.三角函数都是周期函数, tan α 是三角函数, 所以,tan α是 周期函数。 提出问题 :像这样的推理是合情推理吗?
三、学生活动 :
1.所有的金属都能导电 ←————大前提
铜是金属, ←-----小前提
所以,铜能够导电 ←――结论
2.一切奇数都不能被2整除 ←————大前提
(2100+1)是奇数,←――小前提
所以, (2100+1)不能被2整除. ←―――结论
3.三角函数都是周期函数, ←——大前提
tan α 是三角函数, ←――小前提
所以,tan α是 周期函数。←――结论
四、建构数学
演绎推理的定义:从一般性的原理出发,推出某个特殊情况下的结论,这种推理称为演绎推理.
1.演绎推理是由一般到特殊的推理;
2.“三段论”是演绎推理的一般模式;包括
⑴大前提---已知的一般原理;
⑵小前提---所研究的特殊情况;
⑶结论-----据一般原理,对特殊情况做出的判断.
三段论的基本格式
M —P (M 是P ) (大前提)
S —M (S 是M ) (小前提)
S —P (S 是P ) (结论)
3.三段论推理的依据,用集合的观点来理解:
若集合M 的所有元素都具有性质P,S 是M 的一个子集,那么S 中所有元素也都具有性质P.
五、数学运用
恢复成完全三段论。的图象是一条抛物线”、把“函数例112++=x x y 解:二次函数的图象是一条抛物线 (大前提)
(小前提)
是二次函数函数12++=x x y 结论)
的图象是一条抛物线(所以,函数12++=x x y
例2.已知lg2=m,计算lg0.8
解 (1) lgan=nlga(a>0)---------大前提
lg8=lg23————小前提
lg8=3lg2————结论
lg(a/b)=lga-lgb(a>0,b>0)——大前提
lg0.8=lg(8/10)——-小前提 lg0.8=lg(8/10)——结论
例3.如图;在锐角三角形ABC 中,AD ⊥BC, BE ⊥AC,
D,E 是垂足,求证AB 的中点M 到D,E 的距离相等
解: (1)因为有一个内角是只直角的三角形是直角三角形,——大前提
在△ABC 中,AD ⊥BC,即∠ADB=90°——-小前提
所以△ABD 是直角三角形——结论
(2)因为直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半,——大前提
因为 DM 是直角三角形斜边上的中线,——小前提
所以 DM= 2
1 AB ——结论 同理 EM= AB
所以 DM=EM.
六、 回顾小结:
演绎推理具有如下特点:
(1)演绎的前提是一般性原理,演绎所得的结论是蕴涵于前提之中的个别、特殊事实,结论完全蕴涵于前提之中。
(2)在演绎推理中,前提与结论之间存在必然的联系.只要前提是真实的,推理的形式是正确的,那么结论也必定是正确的。因而演绎推理是数学中严格证明的工具。
(3)演绎推理是一种收敛性的思维方法,它较少创造性,但却具有条理清晰、令人信服的论证作用,有助于科学的理论化和系统化。
演绎推理错误的主要原因是
(1)大前提不成立;(2)小前提不符合大前提的条件。
第4课时 2.2.1综合法与分析法
教学目标:结合已经学过的数学实例,了解直接证明的两种基本方法:分析法和综合法;了解分析法和综合法的思考过程、特点。多让学生举命题的例子,培养他们的辨析能力;以及培养他们的分析问题和解决问题的能力;
教学重点、难点:了解分析法和综合法的思考过程、特点;分析法和综合法的思考过程、特点
教学设想:分析法和综合法的思考过程、特点. “变形”是解题的关键,是最重一步。因式分解、配方、凑成若干个平方和等是“变形”的常用方法。
教学过程:
一、学生探究过程:
证明的方法
分析法和综合法是思维方向相反的两种思考方法。在数学解题中,分析法是从数学题的待证结论或需求问题出发,一步一步地探索下去,最后达到题设的已知条件。综合法则是从数学题的已知条件出发,经过逐步的逻辑推理,最后达到待证结论或需求问题。对于解答证明来说,分析法表现为执果索因,综合法表现为由果导因,它们是寻求解题思路的两种基本思考方法,应用十分广泛。
例1.设a 、b 是两个正实数,且a ≠b ,求证:a 3+b 3>a 2b+ab 2.
证明:(用分析法思路书写)
要证 a 3+b 3>a 2b+ab 2成立,
只需证(a+b)(a 2-ab+b 2)>ab(a+b)成立,
即需证a 2-ab+b 2>ab 成立。(∵a+b >0)
只需证a 2-2ab+b 2>0成立,
即需证(a-b)2>0成立。
而由已知条件可知,a ≠b ,有a-b ≠0,所以(a-b)2>0显然成立,由此命题得证。 (以下用综合法思路书写)
∵a ≠b ,∴a-b ≠0,∴(a-b)2>0,即a2-2ab+b2>0
亦即a2-ab+b2>ab
由题设条件知,a+b >0,∴(a+b)(a2-ab+b2)>(a+b)ab
即a3+b3>a2b+ab2,由此命题得证
例2.若实数1≠x ,求证:24223(1)(1).x x x x ++>++
证明:采用差值比较法:
24223(1)(1)x x x x ++-++=2424233331222x x x x x x x ++------
=432(1)x x x --+
=222(1)(1)x x x -++=2
213
2(1)[()].24
x x -++ ,043)21(,0)1(,122>++>-≠x x x 且从而 ∴ 22132(1)[()]0,24x x -++>∴24223(1)(1).x x x x ++>++ 例3.已知,,a b R +∈求证.a b b a
a b a b ≥
本题可以尝试使用差值比较和商值比较两种方法进行。
证明:(1) 差值比较法:注意到要证的不等式关于,a b 对称,不妨设0.a b ≥> 0
()0a b b a b b a b a b a b a b a b a b a
b ---≥∴-=-≥,
从而原不等式得证。
(2)商值比较法:设0,a b ≥> 1,0,a a b b ≥-≥ () 1.a b a b b a a b a a b b
-∴=≥故原不等式得证。 注:比较法是证明不等式的一种最基本、最重要的方法。
用比较法证明不等式的步骤是:作差(或作商)、变形、判断符号。
讨论:若题设中去掉1x ≠这一限制条件,要求证的结论如何变换?
巩固练习:第81页练习1 , 2 , 3 , 4
课后作业:第84页 1,2, 3
教学反思:本节课学习了分析法和综合法的思考过程、特点. “变形”是解题的关键,是最重一步。因式分解、配方、凑成若干个平方和等是“变形”的常用方法。
第5课时 2.2.2反证法
教学目标:知识与技能:结合已经学过的数学实例,了解间接证明的一种基本方法──反证法;了解反证法的思考过程、特点。多让学生举命题的例子,培养他们的辨析能力;以及培养他们的分析问题和解决问题的能力;
教学重点、难点:了解反证法的思考过程、特点;反证法的思考过程、特点.
教学设想:利用反证法证明不等式的第三步所称的矛盾结果,通常是指所推出的结果与已
知公理、定义、定理或已知条件、已证不等式,以及与临时假定矛盾等各种情况。 教学过程:
学生探究过程:
反证法: 反证法是一种间接证法,它是先提出一个与命题的结论相反的假设,然后,从这个假设出发,经过正确的推理,导致矛盾,从而否定相反的假设,达到肯定原命题正确的一种方法。反证法可以分为归谬反证法(结论的反面只有一种)与穷举反证法(结论的反面不只一种)。
用反证法证明一个命题的步骤,大体上分为:(1)反设;(2)归谬;(3)结论。
反设是反证法的基础,为了正确地作出反设,掌握一些常用的互为否定的表述形式是有必要的,例如:是/不是;存在/不存在;平行于/不平行于;垂直于/不垂直于;等于/不等于;大(小)于/不大(小)于;都是/不都是;至少有一个/一个也没有;至少有n 个/至多有(n 一1)个;至多有一个/至少有两个;唯一/至少有两个。
归谬是反证法的关键,导出矛盾的过程没有固定的模式,但必须从反设出发,否则推导将成为无源之水,无本之木。推理必须严谨。导出的矛盾有如下几种类型:与已知条件矛盾;与已知的公理、定义、定理、公式矛盾;与反设矛盾;自相矛盾。
例1.
例2.已知0a b >>>n N ∈且1n >)
例3.设332a b +=,求证 2.a b +≤
证明:假设2a b +>,则有2a b >-,从而
32333228126,
61286(1) 2.
a b b b a b b b b >-+-+>-+=-+ 因为26(1)22b -+≥,所以332a b +>,这与题设条件332a b +=矛盾,所以,原不
等式2a b +≤成立。
例4.设二次函数2()f x x px q =++,求证:(1),(2),(3)f f f 中至少有一个不小于12. 证明:假设(1),(2),(3)f f f 都小于12
,则 (1)2(2)(3) 2.f f f ++< (1) 另一方面,由绝对值不等式的性质,有 (1)2(2)(3)(1)2(2)(3)f f f f f f ++≥-+
(1)2(42)(93)2p q p q p q =++-+++++= (2)
(1)、(2)两式的结果矛盾,所以假设不成立,原来的结论正确。
注意:诸如本例中的问题,当要证明几个代数式中,至少有一个满足某个不等式时,通常采用反证法进行。
议一议:一般来说,利用反证法证明不等式的第三步所称的矛盾结果,通常是指所推出的结果与已知公理、定义、定理或已知条件、已证不等式,以及与临时假定矛盾等各种情况。试根据上述两例,讨论寻找矛盾的手段、方法有什么特点?
例5.设0 < a, b, c < 1,求证:(1 - a)b, (1 - b)c, (1 - c)a,不可能同时大于14
证:设(1 - a)b >1
4
, (1 - b)c >
1
4
, (1 - c)a >
1
4
,
则三式相乘:ab < (1 - a)b?(1 - b)c?(1 - c)a <1
64
①
又∵0 < a, b, c < 1 ∴
2
(1)1 0(1)
24
a a
a a
-+
??
<-≤=
??
??
同理:
1
(1)
4
b b
-≤,
1
(1)
4
c c
-≤
以上三式相乘:(1 - a)a?(1 - b)b?(1 - c)c≤1
64
与①矛盾,∴原式成立
例6.已知a + b + c > 0,ab + bc + ca > 0,abc > 0,求证:a, b, c > 0
证:设a < 0, ∵abc > 0, ∴bc < 0
又由a + b + c > 0, 则b + c = -a > 0
∴ab + bc + ca = a(b + c) + bc < 0 与题设矛盾
又若a = 0,则与abc > 0矛盾,∴必有a > 0
同理可证:b > 0, c > 0
巩固练习:第83页练习3、4、5、6
课后作业:第84页4、5、6
教学反思:
反证法是一种间接证法,它是先提出一个与命题的结论相反的假设,然后,从这个假设出发,经过正确的推理,导致矛盾,从而否定相反的假设,达到肯定原命题正确的一种方法。反证法可以分为归谬反证法(结论的反面只有一种)与穷举反证法(结论的反面不只一种)。用反证法证明一个命题的步骤,大体上分为:(1)反设;(2)归谬;(3)结论。
反设是反证法的基础,为了正确地作出反设,掌握一些常用的互为否定的表述形式是有必要的,例如:是/不是;存在/不存在;平行于/不平行于;垂直于/不垂直于;等于/不等于;大(小)于/不大(小)于;都是/不都是;至少有一个/一个也没有;至少有n个/至多有(n一1)个;至多有一个/至少有两个;唯一/至少有两个。
归谬是反证法的关键,导出矛盾的过程没有固定的模式,但必须从反设出发,否则推导将成为无源之水,无本之木。推理必须严谨。导出的矛盾有如下几种类型:与已知条件矛盾;与已知的公理、定义、定理、公式矛盾;与反设矛盾;自相矛盾。
第6课时 2.3.1数学归纳法(1)
教学目标:
1.了解数学归纳法的原理,理解数学归纳法的一般步骤。
2.掌握数学归纳法证明问题的方法。
3.能用数学归纳法证明一些简单的数学命题。
教学重点:掌握数学归纳法的原理及证明问题的方法。
教学难点:能用数学归纳法证明一些简单的数学命题。
教学过程:
1.华罗庚的“摸球实验”。
2.“多米诺骨牌实验”。
问题:如何保证所摸的球都是红球?多米诺骨牌全部倒下?处了利用完全归纳法全部枚举之外,是否还有其它方法?
数学归纳法:数学归纳法实际上是一种以数学归纳法原理为依据的演绎推理,它将一个无穷的归纳过程转化为一个有限步骤的演绎过程,是处理自然数问题的有力工具。
数学归纳法的本质:无穷的归纳→有限的演绎(递推关系)
数学归纳法公理:
(1)(递推奠基):当n 取第一个值n 0结论正确;
(2)(递推归纳):假设当n =k (k ∈N *,且k ≥n 0)时结论正确;(归纳假设)
证明当n =k +1时结论也正确。(归纳证明)
由(1),(2)可知,命题对于从n 0开始的所有正整数n 都正确。
例1.以知数列{a n }的公差为d ,求证:1(1)n a a n d =+-
说明:①归纳证明时,利用归纳假设创造递推条件,寻求f(k+1)与f(k)的递推关系,是解题的关键。②数学归纳法证明的基本形式;
练习1.用数学归纳法证明
21427310(31)(1)n n n n ?+?+?+
++=+ 例2:用数学归纳法证明11111231
n n n ++???≥+++(n ∈N,n ≥2) 说明:注意从n=k 到n=k+1时,添加项的变化。
练习2.用数学归纳法证明:111111111234212122n n n n n
-+-++-=+++-++ (1)当n=1时,左边有_____项,右边有_____项;
(2)当n=k 时,左边有_____项,右边有_____项;
(3)当n=k+1时,左边有_____项,右边有_____项;
(4)等式的左右两边,由n=k 到n=k+1时有什么不同?
变题: 用数学归纳法证明
21111222
n ++???< (n ∈N +) 例3:设f(n)=1+11123n ++???,求证n+f(1)+f(2)+…f(n-1)=nf(n) (n ∈N,n ≥2) 说明:注意分析f(k)和f(k+1)的关系。
课堂小结
1.数学归纳法公理:
(1)(递推奠基):当n 取第一个值n 0结论正确;
(2)(递推归纳):假设当n =k (k ∈N *,且k ≥n 0)时结论正确;(归纳假设)
证明当n =k +1时结论也正确。(归纳证明)
由(1),(2)可知,命题对于从n 0开始的所有正整数n 都正确。
2. 注意从n=k 到n=k+1时,添加项的变化。利用归纳假设创造递推条件,寻求f(k+1)与f(k)的递推关系.
【反馈练习】
1.用数学归纳法证明3k ≥n 3(n ≥3,n ∈N )第一步应验证( )
A n =1
B n =2
C n =3
D n =4 2.用数学归纳法证明()111112312n n n N n +
+++<∈>-且第二步证明从“k 到
k+1”,左端增加的项数是( )
A. 12k + B 12k - C 2k D 12k - 3.若n 为大于1的自然数,求证 24
13212111>+++++n n n 证明 (1)当n =2时,2413127221121>=+++ (2)假设当n =k 时成立,即2413212111>+++++k k k 2413)1)(12(2124132
2112124131122112124131
111221*********,1>+++=+-++=+-++++>+-++++++++++++=k k k k k k k k k k k k k k k n 时则当 4.用数学归纳法证明()()
()()()*+++=????-∈n n 1n 2n n 2132n 1,n N
第7课时 2.3.2数学归纳法(2)
教学目标: 1.了解数学归纳法的原理,理解数学归纳法的一般步骤。
2.掌握数学归纳法证明问题的方法,能用数学归纳法证明一些简单的数学命题
3.能通过“归纳-猜想-证明”处理问题。
教学重点、难点:能用数学归纳法证明一些简单的数学命题;归纳→猜想→证明。 教学过程:
问题1:数学归纳法的基本思想?
以数学归纳法原理为依据的演绎推理,它将一个无穷归纳(完全归纳)的过程,转化为一个有限步骤的演绎过程。(递推关系)
问题2:数学归纳法证明命题的步骤?
(1)递推奠基:当n 取第一个值n 0结论正确;
(2)递推归纳:假设当n=k(k ∈N *,且k ≥n 0)时结论正确;(归纳假设)
证明当n=k+1时结论也正确。(归纳证明)
由(1),(2)可知,命题对于从n 0开始的所有正整数n 都正确。
数学归纳法是直接证明的一种重要方法,应用十分广泛,主要体现在与正整数有关的恒等式、不等式;数的整除性、几何问题;探求数列的通项及前n 项和等问题。 问题3:用数学归纳法证明:(31)71n n +-能被9整除。
法一:配凑递推假设:
法二:计算f(k+1)-f(k),避免配凑。
说明:①归纳证明时,利用归纳假设创造条件,是解题的关键。
②注意从“n=k 到n=k+1”时项的变化。
例1.求证: 121(1)n n a a +-++能被2
1a a ++整除(n ∈N +)。 例2.数列{a n }中,1n n a a +>,a 1=1且211()2()10n n n n a a a a ++--++=
(1)求234,,a a a 的值;
(2)猜想{a n }的通项公式,并证明你的猜想。
说明:用数学归纳法证明问题的常用方法:归纳→猜想→证明
变题:设数列{a n }满足211n n n a a na +=-+,n ∈N +,
(1)当a 1=2时,求234,,a a a ,并猜想{a n }的一个通项公式;
(2)当a 1≥3时,证明对所有的n ≥1,有
①a n ≥n+2 ②1211111112
n a a a ++≤+++ 例3.平面内有n 条直线,其中任何两条不平行,任何三条直线不共点,问:这n 条直线将平面分成多少部分?
变题:平面内有n 个圆,其中每两个圆都相交与两点,且每三个圆都不相交于同一点,求
证:这n 个圆把平面分成n 2+n+2个部分。
例4.设函数f(x)是满足不等式122log log (32)21k x x k -+-≥-,(k ∈N +)的自然数x 的个数;
(1)求f(x)的解析式;
(2)记S n =f(1)+f(2)+…+f(n),求S n 的解析式;
(3)令Pn =n 2+n-1 (n ∈N +),试比较Sn 与Pn 的大小。
课堂小结
1.猜归法是发现与论证的完美结合
数学归纳法证明正整数问题的一般方法:归纳→猜想→证明。
2.两个注意:
(1)是否用了归纳假设? (2)从n=k 到n=k+1时关注项的变化?
反馈练习
1.观察下列式子 222221311511171,1,1222332344
+<++<+++<…则可归纳出____ 112)
1(131211:222++<+++++n n n 答案(n ∈N *) 2.用数学归纳法证明
()24,2n n n N n *≥≥∈ 3.已知数列1111......14477103231n n ???-+,,,,,,()()
计算1234S S S S ,,,,根据计算结果,猜想n S 的表达式,并用数学归纳法证明。
4.是否存在常数a 、b 、c ,使等式
33332123an bn c n n n n n n ++++++=???????? ? ? ? ???????
?? 对一切n N *∈都成立?并证明你的结论.
第7课时章节复习小结
教学目标:
1.了解本章知识结构。
2.进一步感受和体会常用的思维模式和证明方法,形成对数学的完整认识。
3.认识数学本质,把握数学本质,增强创新意识,提高创新能力。
教学重点:进一步感受和体会常用的思维模式和证明方法,形成对数学的完整认识。教学难点:认识数学本质,把握数学本质,增强创新意识,提高创新能力
教学过程:
我们从逻辑上分析归纳、类比、演绎的推理形式及特点;揭示了分析法、综合法、数学归纳法和反证法的思维过程及特点。通过学习,进一步感受和体会常用的思维模式和证明方法,形成对数学的完整认识。
三、例题评析
例1.如图第n个图形是由正n+2边形“扩展”而来,(n=1,2,3,…)。则第n-2个图形中共有________个顶点。
变题:黑白两种颜色的正六边形地面砖按如图的规律拼成若干个图案:
则第n个图案中有白色地面砖块。
第1个第2个第3个
例2.长方形的对角线与过同一个顶点的两边所成的角为,αβ,则22cos sin αβ+
=1,将长方形与长方体进行类比,可猜测的结论为:_______________________; 变题1:已知,m 是非零常数,x ∈R,且有()f x m +=
1()1()f x f x +-,问f(x)是否是周期函数?若是,求出它的一个周期,若不是,说明理由。
变题2.数列}{n a 的前n 项和记为S n ,已知).3,2,1(2,111 =+=
=+n S n n a a n n 证明: (Ⅰ)数列}{
n S n 是等比数列;(Ⅱ).41n n a S =+ 例3.设f(x)=ax 2+bx+c(a ≠0),若函数f(x+1)与函数f(x)的图象关于y 轴对称,求证:
1()2
f x +
为偶函数。 例4.设S n =1+111...23+++n (n>1,n ∈N),求证:212n n S >+ (2,n n N ≥∈) 评析:数学归纳法证明不等式时,经常用到“放缩”的技巧。
变题:是否存在a 、b 、c 使得等式1·22+2·32+…+n(n+1)2=
12
)1(+n n (an 2+bn+c) 对于一切正整数n 都成立?证明你的结论。
解 假设存在a 、b 、c 使题设的等式成立, 这时令n=1,2,3,有?????===∴????
?????++=++=++=10113 3970)24(2122)(614c b a c b a c b a c b a 于是,对n=1,2,3下面等式成立
1·22+2·32+…+n(n+1)2=
)10113(12)1(2+++n n n n 记S n =1·22+2·32+…+n(n+1)2
(1)n=1时,等式以证,成立。
(2)设n=k 时上式成立,即S k =
12
)1(+k k (3k 2+11k+10) 那么S k+1=S k +(k+1)(k+2)2=2
)1(+k k (k+2)(3k+5)+(k+1)(k+2)2 =12
)2)(1(++k k (3k 2+5k+12k+24) =12)2)(1(++k k [3(k+1)2+11(k+1)+10] 也就是说,等式对n=k+1也成立
综上所述,当a=3,b=11,c=10时,题设对一切自然数n 均成立
四、课堂小结
体会常用的思维模式和证明方法。
五、反馈练习
1.在R 上定义运算).1(:y x y x -=??若不等式1)()(<+?-a x a x 对任意实数x 成立, 则
A .11<<-a