2019-2020年高考数学大一轮复习第十二章复数算法推理与证明第2讲算法与程序框图课件文
2019版高考数学大一轮复习第十二章推理与证明、算法、复数第3节数学归纳法及其应用学.docx

第3节数学归纳法及其应用最新考纲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.I基础诊断回归教材,夯实基础知识梳理1.数学归纳法证明一个与正整数刀有关的命题,可按下列步骤进行:(1)(归纳奠基)证明当〃取第一个值灿GWNJ时命题成立;⑵(归纳递推)假设n=k(k»,圧NJ时命题成立,证明当〃=斤+1时命题也成立.只要完成这两个步骤,就可以断定命题对从必开始的所有正整数都成立.2.数学归纳法的框图表示[常用结论与微点提醒]1.数学归纳法证题时初始值处不一定是1.2.推证n=k+\时一定要用上n=k时的假设,否则不是数学归纳法.3.解“归纳一一猜想一一证明”题的关键是准确计算出前若干具体项,这是归纳、猜想的基础.诊断自测1•思考辨析(在括号内打“厂或“ X ”)(1)用数学归纳法证明问题时,第一步是验证时结论成立.()(2)所有与正整数有关的数学命题都必须用数学归纳法证明.()(3)用数学归纳法证明问题时,归纳假设可以不用.()(4)不论是等式还是不等式,用数学归纳法证明时,由n=k到/?=&+1时,项数都增加了一项.() 解析对于(1),有的证明问题第一步并不是验证刀=1时结论成立,如证明凸刀边形的内角和为(刀一2)・180°,第一步要验证〃=3时结论成立,所以(1)不正确;对于(2),有些命题也可以直接证明;对于(3),数学归纳法必须用归纳假设;对于(4),由n=k到刃=斤+1,有可能增加不止一项.答案(l)X (2)X (3)x (4)X2.(教材习题改编)在应用数学归纳法证明凸〃边形的对角线为寺7(/7—3)条时,第一步检验〃等于()A.1B. 2C. 3D.4解析三角形是边数最少的凸多边形,故笫一步应检验77=3.答案C3.用数学归纳法证明“1+2 + F+…+ 2”一' = 2”一的过程屮,第二步假设刀=&时等式成立,则当n=k+1时,应得到()A.l+2 + 22+- + 2*_2+2*_, = 2A+l-lB.l+2+22+-+2*+2*+1=2A-l+2mC.l+2+22+- + 2A_,+ 2/r+1 = 2A+l-lD.1+2+2?——2k~[+2k=2k+i~l解析观察可知等式的左边共刀项,故n=k+1时,应得到1 +2+22+-+2A_14-2A=2X+1-1.答案D4.---------------------------------------- 用数学归纳法证明1"+2" ---- (z?—l) ' + z?:'+(Z7—1)2H ---------------------------------- 2"+12=刀时,由n=£的假设到证明n=k+1时,等式左边应添加的式子是()A.(斤+1尸+2尸B. (A+l)2+A2C.(斤+1)2D.|(^+1)[2(Z T+1)2+1]解析由n=k到/?=&+1时,左边增加(k+DM.答案B5.用数学归纳法证明“当刀为正奇数时,/+/能被x+y整除”,当第二步假设n=2k~1 (斤WNJ命题为真时,进而需证刀= _____ 时,命题亦真.解析由于步长为2,所以2斤一1后一个奇数应为2斤+1.答案2£+1考点突破琦粘彩PPT2师讲解分类讲练,以例求法考点一 利用数学归纳法证明等式 【例1】用数学归纳法证明:1 _________ 一2n (2刀+2) =4 (刀+1) gNJ•证明(1)当;?=1时, 等式左边=2xix (2X1 + 2)=耳'等式右边=77占77詁' 等式左边=等式右边,所以等式成立.(2)假设&(圧N-且WM1)时等式成立,即有则当 n=k+\ 时,^<4 +4X6 +6X8+,,* + 2>l (2A+2) +2 (A+1) [2 (A+1) +2] _4 (A+l) +4 (A+l) (A+2)&+14 (A+1) (&+2) —4 (A+2)k+1_4[ (A+l) +1]・所以当n=k+1时,等式也成立, 由(1) (2)可知,对于一切刀GN”等式都成立. 规律方法 用数学归纳法证明等式应注意的两个问题(1)要弄清等式两边的构成规律,等式两边各有多少项,以及初始值久的值.⑵由n=k 到刀=&+1时,除考虑等式两边变化的项外还要充分利用n= k 时的式子,即充 分利用假设,止确写出归纳证明的步骤,从而使问题得以证明.【训练 1]设 /(/?) =1+£+! ---------- 丄(〃WNJ.求证:f(l) +f(2) H -------- A/?-1) =n\_ f{ri)—z 3 n1](刀22,门GN )・证明⑴当n=2时,左边= f(l)=l,(2)假设n=k(k22, AeN-)时,结论成立, 即 f(l) +f(2) +・・・ + £(&—1) ,那么,当n=k+l 时,f (1) + f (2) + …+ f (斤一 1) + f@=A[ra )-i]+ra )=(w+i )f (力一£=(«+i )・ f (£+1)=(A+1) f\k+1) 一 (k+1) = (k+1) [f(k+1)-1],・••当n=k+\时结论仍然成立._[2X4'4X6'6X812k (2斤+2) 一4 (斤+1)'k (k+2) +1 4"+1) (W+2) (&+1) 右边=2(1+扌一11,左边=右边,等式成立.由(1) (2)可知:AD + A2) +••• +An-1) =n[f(n)-l] (/?^2, /?eN ).考点二利用数学归纳法证明不等式(典例迁移)【例2】(经典母题)已知数列&},弘M0, $1 = 0,曰;+i + /+i —1 =金求证:当刀GN.时,②〈日??+】♦证明⑴当77=1时,因为日2是方程£ + $2—1= 0的正根,所以&2=^2 1'即日1〈曰2成立.(2)假设当n=kgN・,心1)时,058,所以£十1 —£= (£+2+日&+2一1) — (£+1 +越十1一1)=(越+2—越+1)(盼2+禺十1+1)〉0,又a A+l>c?A>0,所以禺+2 +越+1 + 1〉0,所以a+i<a-+2,即当n=k+1时,自K弘+i也成立.综上,可知必弘+1对任何用N,都成立.【迁移探究1]在例2中把题设条件中的妝20”改为“当详2时,必一1”,其余条件不变,求证:当Z7EN时,3卄5・证明(1)当〃=1时,因为&2是方程£+勺一1 = 0的根,又Vd2< —L所以日2=—,即必日:成立.(2)假设当n=kgN・,心)时,越+】<禺〈一1,所以£+1 — £= (£+2+越+2一1) — (£+1 + 禺+1—1)=(禺+2—越+1)(禺+2+/+】+1) >0,又禺+2< —1,如1〈一1,所以亦2 +越+i + l〈0,所以越+2—越+K0,即型+2〈盼1,即当n=k+1时,a n<a n+\也成立.综上可知a,Aa n+\对任何门WN〉都成立.【迁移探究2]本例的条件改为已知数列{/}屮,/ =臼〉2,对一•切/£N+,臼”〉0,禺+尸试证明禺>2.证明⑴当〃=1时,日]=日〉2,即/>2成立.(2)假设n=k 时,禺>2成立,那么&+! =2 (aXl) =2 *5一1)+ 占 +1,因为皿>2,所以禺一1>1,又因为函数尸X+丄在(1, +->)上单调递增,X 所以£ (越一1)+“[] +1>|(1 + 1) +1 = 2,即如】>2,所以当n=k+1吋,么>2成立,综上可知,/〉2对任何 XN 都成立. 规律方法 应用数学归纳法证明不等式应注意的问题(1)当遇到与正整数刀有关的不等式证明时,应用其他办法不容易证,则可考虑应用数学归 纳法.(2)用数学归纳法证明不等式的关键是由n=k 成立,推证n=k+\时也成立,证明时用上归纳假设后,可采用分析法、综合法、求差(求商)比较法、放缩法、构造函数法等证明方法. 【训练2】用数学归纳法证明:1+寺+吕 ------- A<2—-(/?EN-,心2).厶 5 II nI 5 1 3证明 ⑴当n=2时,1+歹=7〈2—空=另 命题成立. (2)假设n=k(J&2,且圧N )时命题成立,即1+寺+右+・・・+玄2—£当 宀+1时,1+*+*+・・・+土+ 屛])K2-* 由(1) (2)知原不等式在刀GN — 心2时均成立.考点三 归纳、猜想、证明,[ 1【例3】己知数列&}的前刀项和$满足:$=亍+—一1,且❺>0, /?eNu(1) 求日1, 52,日3,并猜想{編}的通项公式; (2) 证明(1)中的猜想.⑴解 当〃=1时,由己知得日1=¥ +丄一1,2 日1 即蔚+ 2日1一2 = 0.1 1 _ 17_7+7=2_7+7,命题成立.(A+1) 2<2•: 51=^3 —1 (日1>0)./?2 |当刀=2时,由己知得日I + G =^+ -------- L2 曰2将&=寸^_ 1代入并整理得£+2寸5$2—2 = 0. 日2=/—£ (他>0)・ 同理可得念=5—乐.猜想臼“=寸2刀+1 —y)2n — 1 (〃丘N ) •(2)证明 ①由(1)知,当刀=1, 2, 3时,通项公式成立.②假设当n=k(k 三3, &GNJ 时,通项公式成立, 即念=寸2斤+ ] —y]2k_L丄 TC c日&+】(13k1IB j dk+1 — Sk+1 — Sk=o I _厶 a 沽i 厶 cik将ak=yj2k+1 —yj2k — 1代入上式,整理得 £+1 + 2寸2«+1 盼 1—2 = 0,.*• <3A -+I =p2k+3 —y/2k+1, 即n= k+ 1吋通项公式成立.根据①②可矢口,对所有〃UN-, 8n=p2门+1 一寸2刀一 1成立.规律方法(1)利用数学归纳法可以探索与正整数刀有关的未知问题、存在性问题,其基本 模式是“归纳一猜想一证明”,即先rh 合情推理发现结论,然后经逻辑推理论证结论的正确 性.(2) “归纳一猜想一证明”的基本步骤是“试验一归纳一猜想一证明”.高屮阶段与数列结合的问题是最常见的问题.【训练3】设函数f{x) =ln(H-A ), g{x)=xf (A ),心0,其中尸(力是/V)的导函数. ⑴令 gi(x)=gd),=g(g 〃(x)),刀GN-,求 g“(x)的表达式;(2)若f32ag3恒成立,求实数日的取值范围.X解 由题设得,£(方=左匕$0).(1)由已知,g\ (方=]+ X’ 胡(x ) =g (gl (方)=— X 1 下而用数学归纳法证明.1+x /x l+2x' +l + x…,可猜想x① 当刀=1时,结论成立.② 假设心斤时结论成立,即从3=討石.那么,当n=k+1时,禺+1(0 =g (刃(劝)Xgk (x ) _______ " 口说、人沖亠1丄 (\ — —[丄/ /丄1、9即结i 匕成AL. 1十烘(Q | x 1十(&十1) xi +\ + kx根据①②可知,结论对刀WN 成立.⑵已知f (x ) 2白g3恒成立,即ln (l+x ) 2 ];丿亘成立• 设 0(x) =ln(l + x) —,m , z z x 1a x+1 — a则e (劝=左_(i+仍2=(1+力2, 当曰W1时,0' 3 20(仅当^=0, a=\时等号成立),•*. 0(力在[0, +8)上单调递增.又 </>(0)=0,:•巾32 0在[0, +8)上恒成立, ・・X1时,ln (l+畑讦声成立(仅当口时等号成立)・当 Q1 时,对 xG (0,日一 1]有 / C Y )W0,•••Q (x )在(0,日一1]上单调递减, ••• 0@—1)〈。
【配套K12】[学习](全国通用版)2019版高考数学大一轮复习 第十二章 推理与证明、算法、复数
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第1节 合情推理与演绎推理最新考纲 1.了解合情推理的含义,能利用归纳和类比等进行简单的推理,了解合情推理在数学发现中的作用;2.了解演绎推理的重要性,掌握演绎推理的基本模式,并能运用它们进行一些简单推理;3.了解合情推理和演绎推理之间的联系和差异.知 识 梳 理1.合情推理2.演绎推理(1) 定义:由概念的定义或一些真命题,依照一定的逻辑规则得到正确结论的过程,通常叫做演绎推理.简言之,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: ①大前提——已知的一般原理; ②小前提——所研究的特殊情况;③结论——根据一般原理,对特殊情况作出的判断.诊 断 自 测1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)(1)归纳推理得到的结论不一定正确,类比推理得到的结论一定正确.( ) (2)由平面三角形的性质推测空间四面体的性质,这是一种合情推理.( ) (3)在类比时,平面中的三角形与空间中的平行六面体作为类比对象较为合适.( ) (4)在演绎推理中,只要符合演绎推理的形式,结论就一定正确.( ) 解析 (1)类比推理的结论不一定正确.(3)平面中的三角形与空间中的四面体作为类比对象较为合适.(4)演绎推理是在大前提、小前提和推理形式都正确时,得到的结论一定正确. 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×2.数列2,5,11,20,x ,47,…中的x 等于( ) A.28 B.32 C.33D.27解析 5-2=3,11-5=6,20-11=9, 推出x -20=12,所以x =32. 答案 B3.正弦函数是奇函数,f (x )=sin(x 2+1)是正弦函数,因此f (x )=sin(x 2+1)是奇函数,以上推理( ) A.结论正确B.大前提不正确C.小前提不正确D.全不正确解析 f (x )=sin(x 2+1)不是正弦函数,所以小前提不正确. 答案 C4.(2018·咸阳模拟)观察下列式子:1×2<2,1×2+2×3<92,1×2+2×3+3×4<8,1×2+2×3+3×4+4×5<252,…,根据以上规律,第n (n ∈N +)个不等式是______________________.解析 根据所给不等式可得第n 个不等式是1×2+2×3+…+n ·(n +1)<(n +1)22.答案1×2+2×3+…+n ·(n +1)<(n +1)225.(教材习题改编)在等差数列{a n }中,若a 10=0,则有a 1+a 2+…+a n =a 1+a 2+…+a 19-n (n <19,n ∈N +)成立,类比上述性质,在等比数列{b n }中,若b 9=1,则b 1b 2b 3…b n =________. 答案 b 1b 2b 3…b 17-n (n <17,n ∈N +)考点一 归纳推理【例1】 (1)(2018·烟台一模)所有真约数(除本身之外的正约数)的和等于它本身的正整数叫做完全数(也称为完备数、完美数),如6=1+2+3;28=1+2+4+7+14;496=1+2+4+8+16+31+62+124+248,…,此外,它们都可以表示为2的一些连续正整数次幂之和,如6=21+22,28=22+23+24,…,按此规律,8 128可表示为__________. (2)(2018·济宁模拟)已知a i >0(i =1,2,3,…,n ),观察下列不等式:a 1+a 22≥a 1a 2;a 1+a 2+a 33≥3a 1a 2a 3;a 1+a 2+a 3+a 44≥4a 1a 2a 3a 4;……照此规律,当n ∈N +,n ≥2时,a 1+a 2+…+a nn≥________.解析 (1)由题意,如果2n-1是质数,则2n -1(2n -1)是完全数,例如:6=21+22=21(22-1),28=22+23+24=22(23-1),…;若2n -1(2n-1)=8 128,解得n =7,所以8 128可表示为26(27-1)=26+27+…+212.(2)根据题意有a 1+a 2+…a n n≥na 1a 2…a n (n ∈N +,n ≥2). 答案 (1)26+27+…+212(2)na 1a 2…a n 规律方法 归纳推理问题的常见类型及解题策略(1)与数字有关的等式的推理.观察数字特点,找出等式左右两侧的规律及符号可解. (2)与不等式有关的推理.观察每个不等式的特点,注意是纵向看,找到规律后可解. (3)与数列有关的推理.通常是先求出几个特殊现象,采用不完全归纳法,找出数列的项与项数的关系,列出即可.(4)与图形变化有关的推理.合理利用特殊图形归纳推理得出结论,并用赋值检验法验证其真伪性.【训练1】 (1)(2018·郑州一模)古希腊人常用小石子在沙滩上摆成各种形状来研究数,例如:他们研究过图中的1,3,6,10,…,由于这些数能够表示成三角形,故将其称为三角形数,由以上规律,知这些三角形数从小到大形成一个数列{a n },那么a 10的值为( ) A.45B.55C.65D.66(2)古希腊毕达哥拉斯学派的数学家研究过各种多边形数,如三角形数1,3,6,10,…,第n 个三角形数为n (n +1)2=12n 2+12n ,记第n 个k 边形数为N (n ,k )(k ≥3),以下列出了部分k 边形数中第n 个数的表达式: 三角形数 N (n ,3)=12n 2+12n ,正方形数 N (n ,4)=n 2, 五边形数 N (n ,5)=32n 2-12n ,六边形数 N (n ,6)=2n 2-n ……可以推测N (n ,k )的表达式,由此计算N (10,24)=____________. 解析 (1)第1个图中,小石子有1个, 第2个图中,小石子有3=1+2个, 第3个图中,小石子有6=1+2+3个, 第4个图中,小石子有10=1+2+3+4个, ……故第10个图中,小石子有1+2+3+…+10=10×112=55个,即a 10=55.(2)三角形数 N (n ,3)=12n 2+12n =n 2+n2,正方形数 N (n ,4)=n 2=2n 2-0·n2,五边形数 N (n ,5)=32n 2-12n =3n 2-n2,六边形数 N (n ,6)=2n 2-n =4n 2-2n2,k 边形数 N (n ,k )=(k -2)n 2-(k -4)n2,所以N (10,24)=22×102-20×102=2 200-2002=1 000.答案 (1)B (2)1 000 考点二 类比推理【例2】 (1)(一题多解)若数列{a n }是等差数列,则数列{b n }⎝⎛⎭⎪⎫b n =a 1+a 2+…+a n n 也为等差数列.类比这一性质可知,若正项数列{c n }是等比数列,且{d n }也是等比数列,则d n 的表达式应为( ) A.d n =c 1+c 2+…+c nnB.d n =c 1·c 2·…·c nnC.d n =n c n 1+c n 2+…+c n nnD.d n =nc 1·c 2·…·c n(2)(2018·湖北八校联考)祖暅是我国南北朝时代的数学家,是祖冲之的儿子.他提出了一条原理:“幂势既同,则积不容异.”这里的“幂”指水平截面的面积,“势”指高.这句话的意思是:两个等高的几何体若在所有等高处的水平截面的面积相等,则这两个几何体体积相等.设由椭圆y 2a 2+x 2b2=1(a >b >0)所围成的平面图形绕y 轴旋转一周后,得一橄榄状的几何体(称为椭球体)(如图),课本中介绍了应用祖暅原理求球体体积公式的方法,请类比此法,求出椭球体体积,其体积等于________.解析 (1)法一 从商类比开方,从和类比积,则算术平均数可以类比几何平均数,故d n 的表达式为d n =nc 1·c 2·…·c n .法二 若{a n }是等差数列,则a 1+a 2+…+a n =na 1+n (n -1)2d ,∴b n =a 1+(n -1)2d =d2n+a 1-d2,即{b n }为等差数列;若{c n }是等比数列,则c 1·c 2·…·c n =c n1·q1+2+…+(n -1)=c n 1·qn (n -1)2,∴d n =n c 1·c 2·…·c n =c 1·q n -12,即{d n }为等比数列,故选D. (2)椭圆的长半轴长为a ,短半轴长为b ,现构造两个底面半径为b ,高为a 的圆柱,然后在圆柱内挖去一个以圆柱下底面圆心为顶点,圆柱上底面为底面的圆锥,根据祖暅原理得出椭球体的体积V =2(V 圆柱-V 圆锥)=2⎝ ⎛⎭⎪⎫π×b 2×a -13π×b 2a =43πb 2a .答案 (1)D (2)43πb 2a规律方法 1.进行类比推理,应从具体问题出发,通过观察、分析、联想进行类比,提出猜想.其中找到合适的类比对象是解题的关键.2.类比推理常见的情形有平面与空间类比;低维的与高维的类比;等差数列与等比数列类比;数的运算与向量的运算类比;圆锥曲线间的类比等.【训练2】 (1)(2017·安徽江南十校联考)我国古代数学名著《九章算术》中割圆术有:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣.”其体现的是一种无限与有限的转化过程,比如在2+2+2+…中“…”即代表无限次重复,但原式却是个定值x ,这可以通过方程2+x =x 确定出来x =2,类似地不难得到1+11+11+…=( ) A.-5-12B.5-12C.1+52D.1-52(2)如图(1)所示,点O 是△ABC 内任意一点,连接AO ,BO ,CO ,并延长交对边于A 1,B 1,C 1,则OA 1AA 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1=1,类比猜想:点O 是空间四面体VBCD 内的任意一点,如图(2)所示,连接VO ,BO ,CO ,DO 并延长分别交面BCD ,VCD ,VBD ,VBC 于点V 1,B 1,C 1,D 1,则有________________.解析 (1)令1+11+11+…=x (x >0),即1+1x =x ,即x 2-x -1=0,解得x =1+52(x =1-52舍),故1+11+11+…=1+52,故选C.(2)利用类比推理,猜想应有OV 1VV 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1+OD 1DD 1=1. 用“体积法”证明如下:OV 1VV 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1+OD 1DD 1=V O -BCD V V -BCD +V O -VCD V B -VCD +V O -VBD V C -VBD +V O -VBC V D -VBC =V V -BCDV V -BCD=1. 答案 (1)C (2)OV 1VV 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1+OD 1DD 1=1 考点三 演绎推理【例3】 数列{a n }的前n 项和记为S n ,已知a 1=1,a n +1=n +2nS n (n ∈N +).证明: (1)数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是等比数列;(2)S n +1=4a n .证明 (1)∵a n +1=S n +1-S n ,a n +1=n +2nS n , ∴(n +2)S n =n (S n +1-S n ),即nS n +1=2(n +1)S n . ∴S n +1n +1=2·S n n ,又S 11=1≠0,(小前提) 故⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是以1为首项,2为公比的等比数列.(结论) (大前提是等比数列的定义,这里省略了) (2)由(1)可知S n +1n +1=4·S n -1n -1(n ≥2), ∴S n +1=4(n +1)·S n -1n -1=4·n -1+2n -1·S n -1 =4a n (n ≥2),(小前提)又a 2=3S 1=3,S 2=a 1+a 2=1+3=4=4a 1,(小前提) ∴对于任意正整数n ,都有S n +1=4a n .(结论)(第(2)问的大前提是第(1)问的结论以及题中的已知条件)规律方法 演绎推理是从一般到特殊的推理;其一般形式是三段论,应用三段论解决问题时,应当首先明确什么是大前提和小前提,如果前提是显然的,则可以省略.【训练3】 (2017·全国Ⅱ卷)甲、乙、丙、丁四位同学一起去向老师询问成语竞赛的成绩.老师说:你们四人中有2位优秀,2位良好,我现在给甲看乙、丙的成绩,给乙看丙的成绩,给丁看甲的成绩.看后甲对大家说:我还是不知道我的成绩.根据以上信息,则( ) A.乙可以知道四人的成绩 B.丁可以知道四人的成绩 C.乙、丁可以知道对方的成绩 D.乙、丁可以知道自己的成绩解析 由甲说:“我还是不知道我的成绩”可推知甲看到乙、丙的成绩为“1个优秀,1个良好”.乙看丙的成绩,结合甲的说法,丙为“优秀”时,乙为“良好”;丙为“良好”时,乙为“优秀”,可得乙可以知道自己的成绩、丁看甲的成绩,结合甲的说法,甲为“优秀”时,丁为“良好”;甲为“良好”时,丁为“优秀”,可得丁可以知道自己的成绩.答案 D基础巩固题组(建议用时:30分钟)一、选择题1.观察一列算式:1⊗1,1⊗2,2⊗1,1⊗3,2⊗2,3⊗1,1⊗4,2⊗3,3⊗2,4⊗1,…,则式子3⊗5是第( )A.22项B.23项C.24项D.25项解析两数和为2的有1个,和为3的有2个,和为4的有3个,和为5的有4个,和为6的有5个,和为7的有6个,前面共有21个,3⊗5为和为8的第3项,所以为第24项,故选C.答案 C2.命题“有些有理数是无限循环小数,整数是有理数,所以整数是无限循环小数”是假命题,推理错误的原因是( )A.使用了归纳推理B.使用了类比推理C.使用了“三段论”,但推理形式错误D.使用了“三段论”,但小前提错误解析由“三段论”的推理方式可知,该推理的错误原因是推理形式错误.答案 C3.观察(x2)′=2x,(x4)′=4x3,(cos x)′=-sin x,由归纳推理得:若定义在R上的函数f(x)满足f(-x)=f(x),记g(x)为f(x)的导函数,则g(-x)=( )A.f(x)B.-f(x)C.g(x)D.-g(x)解析由已知得偶函数的导函数为奇函数,故g(-x)=-g(x).答案 D4.观察下列各式:a+b=1,a2+b2=3,a3+b3=4,a4+b4=7,a5+b5=11,…,则a10+b10等于( ) A.28B.76C.123D.199解析 观察规律,归纳推理.从给出的式子特点观察可推知,等式右端的值,从第三项开始,后一个式子的右端值等于它前面两个式子右端值的和,照此规律,则a 10+b 10=123. 答案 C5.老师带甲、乙、丙、丁四名学生去参加自主招生考试,考试结束后老师向四名学生了解考试情况,四名学生回答如下: 甲说:“我们四人都没考好”; 乙说:“我们四人中有人考的好”; 丙说:“乙和丁至少有一人没考好”; 丁说:“我没考好”.结果,四名学生中有两人说对了,则四名学生中说对的两人是( ) A.甲,丙B.乙,丁C.丙,丁D.乙,丙解析 甲与乙的关系是对立事件,二人说话矛盾,必有一对一错,如果丁正确,则丙也是对的,所以丁错误,可得丙正确,此时乙正确. 答案 D6.(2018·郑州调研)平面内凸四边形有2条对角线,凸五边形有5条对角线,凸六边形有9条对角线,以此类推,凸13边形对角线的条数为( ) A.42B.65C.143D.169解析 可以通过列表归纳分析得到.∴凸13边形有2+3+4+…+11=13×102=65条对角线.答案 B7.(2018·青岛模拟)如图所示,椭圆中心在坐标原点,F 为左焦点,当FB →⊥AB →时,其离心率为5-12,此类椭圆被称为“黄金椭圆”.类比“黄金椭圆”,可推算出“黄金双曲线”的离心率e 等于( )A.5+12B.5-12C.5-1D.5+1解析 设“黄金双曲线”方程为x 2a 2-y 2b2=1,则B (0,b ),F (-c ,0),A (a ,0). 在“黄金双曲线”中,因为FB →⊥AB →, 所以FB →·AB →=0.又FB →=(c ,b ),AB →=(-a ,b ). 所以b 2=ac . 又b 2=c 2-a 2, 所以c 2-a 2=ac .在等号两边同除以a 2,得e =5+12. 答案 A8.如图,有一个六边形的点阵,它的中心是1个点(算第1层),第2层每边有2个点,第3层每边有3个点,…,依此类推,如果一个六边形点阵共有169个点,那么它的层数为( ) A.6B.7C.8D.9解析 由题意知,第1层的点数为1,第2层的点数为6,第3层的点数为2×6,第4层的点数为3×6,第5层的点数为4×6,…,第n (n ≥2,n ∈N +)层的点数为6(n -1).设一个点阵有n (n ≥2,n ∈N +)层,则共有的点数为1+6+6×2+…+6(n -1)=1+6+6(n -1)2×(n -1)=3n 2-3n +1,由题意得3n 2-3n +1=169,即(n +7)·(n -8)=0, 所以n =8,故共有8层. 答案 C 二、填空题9.仔细观察下面○和●的排列规律:○ ● ○○ ● ○○○ ● ○○○○ ● ○○○○○ ● ○○○○○○ ●…,若依此规律继续下去,得到一系列的○和●,那么在前120个○和●中,●的个数是________. 解析 进行分组○●|○○●|○○○●|○○○○●|○○○○○●|○○○○○○●|…,则前n 组两种圈的总数是f (n )=2+3+4+…+(n +1)=n (n +3)2,易知f (14)=119,f (15)=135,故n =14.答案 14 10.观察下列等式:13=12,13+23=32,13+23+33=62,13+23+33+43=102,…,根据上述规律,第n 个等式为________. 解析 观察所给等式左右两边的构成易得第n 个等式为13+23+…+n 3=⎣⎢⎡⎦⎥⎤n (n +1)22=n 2(n +1)24. 答案 13+23+…+n 3=n 2(n +1)2411.(2018·重庆模拟)在等差数列{a n }中,若公差为d ,且a 1=d ,那么有a m +a n = a m +n ,类比上述性质,写出在等比数列{a n }中类似的性质:____________________________________________________________________.解析 等差数列中两项之和类比等比数列中两项之积,故在等比数列中,类似的性质是“在等比数列{a n }中,若公比为q ,且a 1=q ,则a m ·a n =a m +n .”答案 在等比数列{a n }中,若公比为q ,且a 1=q ,则a m ·a n =a m +n12.已知点A (x 1,ax 1),B (x 2,ax 2)是函数y =a x(a >1)的图象上任意不同两点,依据图象可知,线段AB 总是位于A ,B 两点之间函数图象的上方,因此有结论ax 1+ax 22>a x 1+x 22成立.运用类比思想方法可知,若点A (x 1,sin x 1),B (x 2,sin x 2)是函数y =sin x (x ∈(0,π))的图象上任意不同两点,则类似地有________成立.解析 对于函数y =a x(a >1)的图象上任意不同两点A , B ,依据图象可知,线段AB 总是位于A ,B 两点之间函数图象的上方,因此有结论ax 1+ax 22>a x 1+x 22成立;对于函数y =sin x (x ∈(0,π))的图象上任意不同的两点A (x 1,sin x 1),B (x 2,sin x 2),线段AB 总是位于A ,B 两点之间函数图象的下方,类比可知应有sin x 1+sin x 22<sin x 1+x 22成立. 答案 sin x 1+sin x 22<sin x 1+x 22能力提升题组(建议用时:15分钟)13.(2018·包头调研)设等比数列{a n }的公比为q ,其前n 项和为S n ,前n 项之积为T n ,并且满足条件:a 1>1,a 2 016a 2 017>1,a 2 016-1a 2 017-1<0,下列结论中正确的是( ) A.q <0B.a 2 016a 2 018-1>0C.T 2 016是数列{T n }中的最大项D.S 2 016>S 2 017解析 由a 1>1,a 2 016a 2 017>1得q >0,由a 2 016-1a 2 017-1<0,a 1>1得a 2 016>1,a 2 017<1,0<q <1,故数列{a n }的前2 016项都大于1,从第2 017项起都小于1,因此T 2 016是数列{T n }中的最大项. 答案 C14.(2018·郑州模拟)如图所示,一回形图,其回形通道的宽和OB1的长均为1,且各回形线之间或相互平行、或相互垂直.设回形线与射线OA 交于A 1,A 2,A 3,…,从点O 到点A 1的回形线为第1圈(长为7),从点A 1到点A 2的回形线为第2圈,从点A 2到点A 3的回形线为第3圈…,依此类推,第8圈的长为________.解析 第1圈的长为2(1+2)+1=7,第2圈的长为2(3+4)+1=15,第3圈的长为2(5+6)+1=23,则第n 圈的长为2[(2n -1)+2n ]+1=8n -1,当n =8时,第8圈的长度为8×8-1=63.答案 6315.若P 0(x 0,y 0)在椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)外,过P 0作椭圆的两条切线的切点为P 1,P 2,则切点弦P 1P 2所在的直线方程是x 0x a 2+y 0y b 2=1,那么对于双曲线则有如下命题:若P 0(x 0,y 0)在双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)外,过P 0作双曲线的两条切线,切点为P 1,P 2,则切点弦P 1P 2所在直线的方程是________.解析 设P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2),则P 1,P 2的切线方程分别是x 1x a 2-y 1y b 2=1,x 2x a 2-y 2yb 2=1. 因为P 0(x 0,y 0)在这两条切线上,故有x 1x 0a 2-y 1y 0b 2=1,x 2x 0a 2-y 2y 0b 2=1, 这说明P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2)在直线x 0x a 2-y 0y b 2=1上, 故切点弦P 1P 2所在的直线方程是x 0x a 2-y 0y b 2=1. 答案 x 0x a 2-y 0y b 2=1 16.(2017·北京卷)某学习小组由学生和教师组成,人员构成同时满足以下三个条件:(1)男学生人数多于女学生人数;(2)女学生人数多于教师人数;(3)教师人数的两倍多于男学生人数.①若教师人数为4,则女学生人数的最大值为________.②该小组人数的最小值为________.解析 设男学生人数为x ,女学生人数为y ,教师人数为z ,由已知得⎩⎪⎨⎪⎧x >y ,y >z ,2z >x ,且x ,y ,z 均为正整数.①当z =4时,8>x >y >4,∴x 的最大值为7,y 的最大值为6,故女学生人数的最大值为6.②x >y >z >x 2,当x =3时,条件不成立,当x =4时,条件不成立,当x =5时,5>y >z >52,此时z =3,y =4.∴该小组人数的最小值为12.答案 ①6 ②12。
2019学年高中一轮复习理数:第十二章 推理与证明、算法、复数含解析

第十二章⎪⎪⎪ 推理与证明、算法、复数第一节 合情推理与演绎推理本节主要包括2个知识点:1.合情推理;2.演绎推理.突破点(一) 合情推理[基本知识][基本能力]1.判断题(1)归纳推理得到的结论不一定正确,类比推理得到的结论一定正确.( )(2)由平面三角形的性质推测空间四面体的性质,这是一种合情推理.( )(3)在类比时,平面中的三角形与空间中的平行六面体作为类比对象较为合适.( )答案:(1)× (2)√ (3)×2.填空题(1)已知数列{a n }中,a 1=1,n ≥2时,a n =a n -1+2n -1,依次计算a 2,a 3,a 4后,猜想a n 的表达式是a n =________.解析:a 1=1,a 2=4,a 3=9,a 4=16,猜想a n =n 2.答案:n 2(2)由“半径为R 的圆内接矩形中,正方形的面积最大”,推理出“半径为R 的球的内接长方体中,正方体的体积最大”是合情推理中的________推理.答案:类比(3)观察下列不等式:①12<1;②12+16<2;③12+16+112< 3. 则第5个不等式为____________________________________________________.答案:12+16+112+120+130< 5[全析考法]运用归纳推理时的一般步骤(1)通过观察特例发现某些相似性(特例的共性或一般规律);(2)把这种相似性推广到一个明确表述的一般命题(猜想);(3)对所得出的一般性命题进行检验.类型(一) 与数字有关的推理[例1] (1)给出以下数对序列:(1,1)(1,2)(2,1)(1,3)(2,2)(3,1)(1,4)(2,3)(3,2)(4,1)……记第i 行的第 j 个数对为a ij ,如a 43=(3,2),则a nm =( )A .(m ,n -m +1)B .(m -1,n -m )C .(m -1,n -m +1)D .(m ,n -m ) (2)(2018·兰州模拟)观察下列式子:1,1+2+1,1+2+3+2+1,1+2+3+4+3+2+1,…,由以上可推测出一个一般性结论:对于n ∈N *,则1+2+…+n +…+2+1=________.[解析] (1)由前4行的特点,归纳可得:若a nm =(a ,b ),则a =m ,b =n -m +1,∴a nm =(m ,n -m +1).(2)由1=12,1+2+1=4=22,1+2+3+2+1=9=32,1+2+3+4+3+2+1=16=42,…,归纳猜想可得1+2+…+n +…+2+1=n 2.[答案] (1)A (2)n 2解决此类问题时,需要细心观察,寻求相邻项及项与序号之间的关系,同时还要联系相关的知识,如等差数列、等比数列等. [易错提醒]类型(二) 与式子有关的推理[例2] (1)(2016·山东高考)观察下列等式:⎝⎛⎭⎫sin π3-2+⎝⎛⎭⎫sin 2π3-2=43×1×2;。
高中数学知识点总结(第十二章复数、算法、推理与证明 第二节 算法与程序框图)

第二节算法与程序框图一、基础知识1.算法(1)算法通常是指按照一定规则解决某一类问题的明确和有限的步骤.(2)应用:算法通常可以编成计算机程序,让计算机执行并解决问题.2.程序框图程序框图又称流程图,是一种用程序框、流程线及文字说明来表示算法的图形.3.三种基本逻辑结构(1)顺序结构定义由若干个依次执行的步骤组成程序框图(2)条件结构定义算法的流程根据条件是否成立有不同的流向,条件结构就是处理这种过程的结构程序框图(3)循环结构定义从算法某处开始,按照一定的条件反复执行某些步骤,反复执行的步骤称为循环体程序框图直到型循环结构先循环,后判断,条件满足时终止循环.当型循环结构先判断,后循环,条件满足时执行循环.三种基本逻辑结构的适用情境(1)顺序结构:要解决的问题不需要分类讨论.(2)条件结构:要解决的问题需要分类讨论.(3)循环结构:要解决的问题要进行许多重复的步骤,且这些步骤之间有相同的规律.[解题技法]顺序结构和条件结构的运算方法(1)顺序结构是最简单的算法结构,语句与语句之间、框与框之间是按从上到下的顺序进行的.解决此类问题,只需分清运算步骤,赋值量及其范围进行逐步运算即可.(2)条件结构中条件的判断关键是明确条件结构的功能,然后根据“是”的分支成立的条件进行判断.(3)对于条件结构,无论判断框中的条件是否成立,都只能执行两个分支中的一个,不能同时执行两个分支[解题技法]循环结构的一般思维分析过程(1)分析进入或退出循环体的条件,确定循环次数.(2)结合初始条件和输出结果,分析控制循环的变量应满足的条件或累加、累乘的变量的表达式.(3)辨析循环结构的功能.[解题技法]程序框图完善问题的求解方法(1)先假设参数的判断条件满足或不满足;(2)运行循环结构,一直到运行结果与题目要求的输出结果相同为止;(3)根据此时各个变量的值,补全程序框图.。
2020年高考数学一轮复习考点与题型总结:第十二章 复数、算法、推理与证明含答案

第十二章复数、算法、推理与证明第一节 数系的扩充与复数的引入一、基础知识1.复数的有关概念 (1)复数的概念:形如a +b i(a ,b ∈R )的数叫复数,其中a ,b 分别是它的实部和虚部.若b =0,则a +b i 为实数;若b ≠0,则a +b i 为虚数;若a =0且b ≠0,则a +b i 为纯虚数.一个复数为纯虚数,不仅要求实部为0,还需要求虚部不为0.(2)复数相等:a +b i =c +d i ⇔a =c 且b =d (a ,b ,c ,d ∈R ). (3)共轭复数:a +b i 与c +d i 共轭⇔a =c ,b =-d (a ,b ,c ,d ∈R ). (4)复数的模:向量OZ ―→的模r 叫做复数z =a +b i(a ,b ∈R )的模,记作|z |或|a +b i|,即|z |=|a +b i|=a 2+b 2. 2.复数的几何意义 (1)复数z =a +b i复平面内的点Z (a ,b )(a ,b ∈R ).复数z =a +b i (a ,b ∈R )的对应点的坐标为(a ,b ),而不是(a ,b i ).(2)复数z =a +b i(a ,b ∈R ) 平面向量OZ ―→.3.复数的运算(1)复数的加、减、乘、除运算法则设z 1=a +b i ,z 2=c +d i(a ,b ,c ,d ∈R ),则 ①加法:z 1+z 2=(a +b i)+(c +d i)=(a +c )+(b +d )i ; ②减法:z 1-z 2=(a +b i)-(c +d i)=(a -c )+(b -d )i ; ③乘法:z 1·z 2=(a +b i)·(c +d i)=(ac -bd )+(ad +bc )i ;④除法:z 1z 2=a +b i c +d i =(a +b i )(c -d i )(c +d i )(c -d i )=ac +bd c 2+d 2+bc -ad c 2+d 2i(c +d i ≠0).(2)复数加法的运算定律设z 1,z 2,z 3∈C ,则复数加法满足以下运算律:①交换律:z 1+z 2=z 2+z 1;②结合律:(z 1+z 2)+z 3=z 1+(z 2+z 3).二、常用结论(1)(1±i)2=±2i ,1+i 1-i =i ,1-i1+i=-i. (2)-b +a i =i(a +b i).(3)i 4n =1,i 4n +1=i ,i 4n +2=-1,i 4n +3=-i(n ∈N *);i 4n +i 4n +1+i 4n +2+i 4n +3=0(n ∈N *). (4)z ·z =|z |2=|z |2,|z 1·z 2|=|z 1|·|z 2|,⎪⎪⎪⎪z 1z 2=|z 1||z 2|,|z n |=|z |n.考点一 复数的四则运算[典例] (1)(2017·山东高考)已知i 是虚数单位,若复数z 满足z i =1+i ,则z 2=( ) A .-2i B .2i C .-2D .2(2)(2019·山东师大附中模拟)计算:(2+i )(1-i )21-2i =( )A .2B .-2C .2iD .-2i[解析] (1)∵z i =1+i , ∴z =1+i i =1i +1=1-i.∴z 2=(1-i)2=1+i 2-2i =-2i.(2)(2+i )(1-i )21-2i =-(2+i )2i 1-2i =2-4i1-2i =2,故选A.[答案] (1)A (2)A[解题技法] 复数代数形式运算问题的解题策略(1)复数的加法、减法、乘法运算可以类比多项式的运算,可将含有虚数单位i 的看作一类同类项,不含i 的看作另一类同类项,分别合并即可.(2)复数的除法运算是分子、分母同乘以分母的共轭复数,即分母实数化,解题中要注意把i 的幂写成最简形式.[题组训练]1.(2019·合肥质检)已知i 为虚数单位,则(2+i )(3-4i )2-i =( )A .5B .5iC .-75-125iD .-75+125i解析:选A 法一:(2+i )(3-4i )2-i =10-5i2-i =5,故选A.法二:(2+i )(3-4i )2-i =(2+i )2(3-4i )(2+i )(2-i )=(3+4i )(3-4i )5=5,故选A.2.(2018·济南外国语学校模块考试)已知(1-i )2z =1+i(i 为虚数单位),则复数z 等于( )A .1+iB .1-iC .-1+iD .-1-i解析:选D 由题意,得z =(1-i )21+i =-2i1+i =-1-i ,故选D.3.已知复数z =i +i 2+i 3+…+i 2 0181+i ,则复数z =________.解析:因为i 4n +1+i 4n +2+i 4n +3+i 4n +4=i +i 2+i 3+i 4=0, 而2 018=4×504+2,所以z =i +i 2+i 3+…+i 2 0181+i =i +i 21+i =-1+i 1+i =(-1+i )(1-i )(1+i )(1-i )=2i2=i.答案:i考点二 复数的有关概念[典例] (1)(2019·湘东五校联考)已知i 为虚数单位,若复数z =a1-2i +i(a ∈R )的实部与虚部互为相反数,则a =( )A .-5B .-1C .-13D .-53(2)(2018·全国卷Ⅰ)设z =1-i1+i +2i ,则|z |=( )A .0 B.12 C .1D. 2[解析] (1)z =a 1-2i +i =a (1+2i )(1-2i )(1+2i )+i =a 5+2a +55i ,∵复数z =a1-2i +i(a ∈R )的实部与虚部互为相反数,∴-a 5=2a +55,解得a =-53.故选D.(2)∵z =1-i 1+i +2i =(1-i )2(1+i )(1-i )+2i = -2i 2+2i =i ,∴|z |=1.故选C. [答案] (1)D (2)C[解题技法] 紧扣定义解决复数概念、共轭复数问题(1)求一个复数的实部与虚部,只需将已知的复数化为代数形式z =a +b i(a ,b ∈R ),则该复数的实部为a ,虚部为b .(2)求一个复数的共轭复数,只需将此复数整理成标准的代数形式,实部不变,虚部变为相反数,即得原复数的共轭复数.复数z 1=a +b i 与z 2=c +d i 共轭⇔a =c ,b =-d (a ,b ,c ,d ∈R ).[题组训练]1.(2019·山西八校第一次联考)已知a ,b ∈R ,i 为虚数单位,若3-4i 3=2-b ia +i ,则a +b 等于( )A .-9B .5C .13D .9解析:选A 由3-4i 3=2-b i a +i ,得3+4i =2-b ia +i,即(a +i)(3+4i)=2-b i ,(3a -4)+(4a +3)i =2-b i ,则⎩⎪⎨⎪⎧ 3a -4=2,4a +3=-b ,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =-11,故a +b =-9.故选A. 2.(2019·贵阳适应性考试)设z 是复数z 的共轭复数,满足z =4i1+i,则|z |=( ) A .2 B .2 2 C.22D.12解析:选B 法一:由z =4i1+i =4i (1-i )(1+i )(1-i )=2+2i ,得|z |=|z |=22+22=22,故选B.法二:由模的性质,得|z |=|z |=⎪⎪⎪⎪4i 1+i =|4i||1+i|=42=2 2.故选B.3.若复数z =a 2-a -2+(a +1)i 为纯虚数(i 为虚数单位),则实数a 的值是________. 解析:由于z =a 2-a -2+(a +1)i 为纯虚数,因此a 2-a -2=0且a +1≠0,解得a =2. 答案:2考点三 复数的几何意义[典例] (1)如图,在复平面内,复数z 1,z 2对应的向量分别是OA ―→,OB ―→,若zz 2=z 1,则z 的共轭复数z =( )A.12+32i B.12-32i C .-12+32iD .-12-32i(2)复数z =4i 2 018-5i1+2i (其中i 为虚数单位)在复平面内对应的点在( )A .第一象限B .第二象限C .第三象限D .第四象限[解析] (1)由题意知z 1=1+2i ,z 2=-1+i ,故z (-1+i)=1+2i , 即z =1+2i -1+i =(1+2i )(1+i )(-1+i )(1+i )=1-3i 2=12-32i ,z =12+32i ,故选A.(2)z =4i 2 018-5i1+2i =4×i 2 016·i 2-5i (1-2i )(1+2i )(1-2i )=-4-5(2+i )5=-6-i ,故z 在复平面内对应的点在第三象限. [答案] (1)A (2)C[解题技法] 对复数几何意义的再理解(1)复数z 、复平面上的点Z 及向量OZ ―→相互联系,即z =a +b i(a ,b ∈R )⇔Z (a ,b )⇔OZ ―→.(2)由于复数、点、向量之间建立了一一对应的关系,因此可把复数、向量与解析几何联系在一起,解题时可运用数形结合的方法,使问题的解决更加直观.[题组训练]1.(2019·安徽知名示范高中联考)已知复数z 满足(2-i)z =i +i 2,则z 在复平面内对应的点位于( ) A .第一象限 B .第二象限 C .第三象限D .第四象限解析:选B z =i +i 22-i =-1+i 2-i =(-1+i )(2+i )(2-i )(2+i )=-3+i 5=-35+15i ,则复数z 在复平面内对应的点为⎝⎛⎭⎫-35,15,该点位于第二象限.故选B.2.若复数z 满足|z -i|≤2(i 为虚数单位),则z 在复平面内所对应的图形的面积为________. 解析:设z =x +y i(x ,y ∈R ),由|z -i|≤2得|x +(y -1)i|≤2,所以x 2+(y -1)2≤ 2,所以x 2+(y -1)2≤2,所以z 在复平面内所对应的图形是以点(0,1)为圆心,以2为半径的圆及其内部,它的面积为2π.答案:2π3.已知复数z =2+a i1+2i ,其中a 为整数,且z 在复平面内对应的点在第四象限,则a 的最大值为________.解析:因为z =2+a i 1+2i =(2+a i )(1-2i )(1+2i )(1-2i )=2+2a +(a -4)i5,所以z 在复平面内对应的点为⎝⎛⎭⎫2+2a 5,a -45,所以⎩⎨⎧2+2a5>0,a -45<0,解得-1<a <4,又a 为整数,所以a 的最大值为3.答案:3[课时跟踪检测]1.(2019·广州五校联考)1+2i(1-i )2=( )A .-1-12iB .1+12iC .-1+12iD .1-12i解析:选C1+2i (1-i )2=1+2i -2i=(1+2i )i 2=-2+i 2=-1+12i ,选C.2.(2018·洛阳第一次统考)已知a ∈R ,i 为虚数单位,若a -i1+i 为纯虚数,则a 的值为( )A .-1B .0C .1D .2解析:选C ∵a -i 1+i =(a -i )(1-i )(1+i )(1-i )=a -12-a +12i 为纯虚数,∴a -12=0且a +12≠0,解得a =1,故选C.3.(2018·甘肃诊断性考试)如图所示,向量OZ 1―→,OZ 2―→所对应的复数分别为z 1,z 2,则z 1·z 2=( )A .4+2iB .2+iC .2+2iD .3+i解析:选A 由图可知,z 1=1+i ,z 2=3-i ,则z 1·z 2=(1+i)(3-i)=4+2i ,故选A.4.若复数z 1=4+29i ,z 2=6+9i ,其中i 是虚数单位,则复数(z 1-z 2)i 的实部为( ) A .-20 B .-2 C .4D .6解析:选A 因为(z 1-z 2)i =(-2+20i)i =-20-2i ,所以复数(z 1-z 2)i 的实部为-20.5.(2019·太原模拟)若复数z =1+m i1+i 在复平面内对应的点在第四象限,则实数m 的取值范围是( )A .(-1,1)B .(-1,0)C .(1,+∞)D .(-∞,-1)解析:选A 法一:因为z =1+m i 1+i =(1+m i )(1-i )(1+i )(1-i )=1+m 2+m -12i 在复平面内对应的点为⎝⎛⎭⎫1+m 2,m -12,且在第四象限,所以⎩⎨⎧1+m2>0,m -12<0,解得-1<m <1,故选A.法二:当m =0时,z =11+i =1-i (1+i )(1-i )=12-12i ,在复平面内对应的点在第四象限,所以排除选项B 、C 、D ,故选A.6.(2018·昆明高三摸底)设复数z 满足(1+i)z =i ,则z 的共轭复数 z =( ) A.12+12i B.12-12i C .-12+12iD .-12-12i解析:选B 法一:∵(1+i)z =i ,∴z =i1+i =i (1-i )(1+i )(1-i )=1+i 2=12+12i ,∴复数z 的共轭复数z =12-12i ,故选B.法二:∵(1+i)z =i ,∴z =i 1+i =2i2(1+i )=(1+i )22(1+i )=1+i 2=12+12i ,∴复数z 的共轭复数z =12-12i ,故选B.法三:设z =a +b i(a ,b ∈R ),∵(1+i)z =i ,∴(1+i)(a +b i)=i ,∴(a -b )+(a +b )i =i ,由复数相等的条件得⎩⎪⎨⎪⎧a -b =0,a +b =1,解得a =b =12,∴z =12+12i ,∴复数z 的共轭复数z =12-12i ,故选B.7.设复数z 满足i(z +1)=-3+2i(i 是虚数单位),则复数z 对应的点位于复平面内( ) A .第一象限 B .第二象限 C .第三象限D .第四象限解析:选A 由i(z +1)=-3+2i ,得z =-3+2i i -1=3i 2+2ii -1=2+3i -1=1+3i ,它在复平面内对应的点为(1,3),位于第一象限.8.已知复数z =m i1+i ,z ·z =1,则正数m 的值为( )A. 2 B .2 C.22D.12解析:选A 法一:z =m i 1+i =m i (1-i )(1+i )(1-i )=m 2+m 2i ,z =m 2-m 2i ,z ·z =m 22=1,则正数m =2,故选A.法二:由题意知|z |=|m i||1+i|=|m |2,由z ·z =|z |2,得m 22=1,则正数m =2,故选A.9.已知a ,b ∈R ,i 是虚数单位,若(1+i)(1-b i)=a ,则ab 的值为________.解析:因为(1+i)(1-b i)=1+b +(1-b )i =a ,所以⎩⎪⎨⎪⎧ 1+b =a ,1-b =0.解得⎩⎪⎨⎪⎧b =1,a =2,所以a b =2.答案:210.复数|1+2i|+⎝ ⎛⎭⎪⎫1-3i 1+i 2=________.解析:原式=12+(2)2+(1-3i )2(1+i )2=3+-2-23i2i =3+i -3=i.答案:i11.(2019·重庆调研)已知i 为虚数单位,复数z =1+3i2+i ,复数|z |=________.解析:法一:因为z =1+3i 2+i =(1+3i )(2-i )(2+i )(2-i )=5+5i5=1+i ,所以|z |=12+12= 2.法二:|z |=⎪⎪⎪⎪⎪⎪1+3i 2+i =|1+3i||2+i|=105= 2.答案: 212.已知复数z =3+i(1-3i )2,z 是z 的共轭复数,则z ·z =________.解析:∵z =3+i (1-3i )2=3+i-2-23i=3+i -2(1+3i )=(3+i )(1-3i )-2(1+3i )(1-3i )=23-2i -8=-34+14i ,∴z ·z =|z |2=316+116=14. 答案:1413.计算:(1)(-1+i )(2+i )i 3;(2)(1+2i )2+3(1-i )2+i ;(3)1-i (1+i )2+1+i (1-i )2; (4)1-3i (3+i )2. 解:(1)(-1+i )(2+i )i 3=-3+i-i=-1-3i.(2)(1+2i )2+3(1-i )2+i =-3+4i +3-3i 2+i =i2+i =i (2-i )5=15+25i.(3)1-i (1+i )2+1+i (1-i )2=1-i 2i +1+i -2i =1+i -2+-1+i2=-1.(4)1-3i (3+i )2=(3+i )(-i )(3+i )2=-i 3+i=(-i )(3-i )4=-14-34i.第二节 算法与程序框图一、基础知识1.算法(1)算法通常是指按照一定规则解决某一类问题的明确和有限的步骤.(2)应用:算法通常可以编成计算机程序,让计算机执行并解决问题.2.程序框图程序框图又称流程图,是一种用程序框、流程线及文字说明来表示算法的图形.3.三种基本逻辑结构(1)顺序结构定义由若干个依次执行的步骤组成程序框图(2)条件结构定义算法的流程根据条件是否成立有不同的流向,条件结构就是处理这种过程的结构程序框图(3)循环结构定义从算法某处开始,按照一定的条件反复执行某些步骤,反复执行的步骤称为循环体程序框图直到型循环结构先循环,后判断,条件满足时终止循环.当型循环结构先判断,后循环,条件满足时执行循环.三种基本逻辑结构的适用情境(1)顺序结构:要解决的问题不需要分类讨论.(2)条件结构:要解决的问题需要分类讨论.(3)循环结构:要解决的问题要进行许多重复的步骤,且这些步骤之间有相同的规律.考点一顺序结构和条件结构[例1](2019·沈阳质检)已知一个算法的程序框图如图所示,当输出的结果为0时,输入的实数x的值为()A.-3 B.-3或9C.3或-9 D.-3或-9[解析]当x≤0时,y=⎝⎛⎭⎫1x-8=0,x=-3;当x>0时,y=2-log3x=0,x=9.故x=-3或x=9,选2B.[答案] B[例2]某程序框图如图所示,现输入如下四个函数,则可以输出的函数为()A .f (x )=cos x x ⎝⎛⎭⎫-π2<x <π2,且x ≠0 B .f (x )=2x -12x +1C .f (x )=|x |xD .f (x )=x 2ln(x 2+1)[解析] 由程序框图知该程序输出的是存在零点的奇函数,选项A 、C 中的函数虽然是奇函数,但在给定区间上不存在零点,故排除A 、C.选项D 中的函数是偶函数,故排除D.选B.[答案] B[解题技法] 顺序结构和条件结构的运算方法(1)顺序结构是最简单的算法结构,语句与语句之间、框与框之间是按从上到下的顺序进行的.解决此类问题,只需分清运算步骤,赋值量及其范围进行逐步运算即可.(2)条件结构中条件的判断关键是明确条件结构的功能,然后根据“是”的分支成立的条件进行判断. (3)对于条件结构,无论判断框中的条件是否成立,都只能执行两个分支中的一个,不能同时执行两个分支.[题组训练]1.半径为r 的圆的面积公式为S =πr 2,当r =5时,计算面积的流程图为( )解析:选D 因为输入和输出框是平行四边形,故计算面积的流程图为D. 2.运行如图所示的程序框图,可输出B =______,C =______.解析:若直线x +By +C =0与直线x +3y -2=0平行,则B =3,且C ≠-2, 若直线x +3y +C =0与圆x 2+y 2=1相切,则|C |12+(3)2=1,解得C =±2,又C ≠-2,所以C =2. 答案:3 2考点二 循环结构考法(一) 由程序框图求输出(输入)结果[例1] (2018·天津高考)阅读如图所示的程序框图,运行相应的程序,若输入N 的值为20,则输出T 的值为( )A .1B .2C .3D .4[解析] 输入N 的值为20, 第一次执行条件语句,N =20, i =2,Ni=10是整数,∴T =0+1=1,i =3<5;第二次执行条件语句,N =20,i =3,N i =203不是整数,∴i =4<5;第三次执行条件语句,N =20,i =4,Ni =5是整数,∴T =1+1=2,i =5,此时i ≥5成立,∴输出T =2. [答案] B[例2] (2019·安徽知名示范高中联考)执行如图所示的程序框图,如果输出的n =2,那么输入的 a 的值可以为( )A .4B .5C .6D .7[解析] 执行程序框图,输入a ,P =0,Q =1,n =0,此时P ≤Q 成立,P =1,Q =3,n =1,此时P ≤Q 成立,P =1+a ,Q =7,n =2.因为输出的n 的值为2,所以应该退出循环,即P >Q ,所以1+a >7,结合选项,可知a 的值可以为7,故选D.[答案] D[解题技法] 循环结构的一般思维分析过程 (1)分析进入或退出循环体的条件,确定循环次数.(2)结合初始条件和输出结果,分析控制循环的变量应满足的条件或累加、累乘的变量的表达式. (3)辨析循环结构的功能. 考法(二) 完善程序框图[例1] (2018·武昌调研考试)执行如图所示的程序框图,如果输入的a 依次为2,2,5时,输出的s 为17,那么在判断框中可以填入( )A .k <n?B .k >n?C .k ≥n?D .k ≤n?[解析] 执行程序框图,输入的a =2,s =0×2+2=2,k =1;输入的a =2,s =2×2+2=6,k =2;输入的a =5,s =2×6+5=17,k =3,此时结束循环,又n =2,所以判断框中可以填“k >n ?”,故选B.[答案] B[例2] (2018·全国卷Ⅱ)为计算S =1-12+13-14+…+199-1100,设计了如图所示的程序框图,则在空白框中应填入( )A .i =i +1B .i =i +2C .i =i +3D .i =i +4[解析] 由题意可将S 变形为S =⎝⎛⎭⎫1+13+…+199-⎝⎛⎭⎫12+14+…+1100,则由S =N -T ,得N =1+13+…+199,T =12+14+…+1100.据此,结合N =N +1i ,T =T +1i +1易知在空白框中应填入i =i +2.故选B. [答案] B[解题技法] 程序框图完善问题的求解方法 (1)先假设参数的判断条件满足或不满足;(2)运行循环结构,一直到运行结果与题目要求的输出结果相同为止; (3)根据此时各个变量的值,补全程序框图.[题组训练]1.(2018·凉山质检)执行如图所示的程序框图,设输出的数据构成的集合为A ,从集合A 中任取一个元素a ,则函数y =x a ,x ∈[0,+∞)是增函数的概率为( )A.47B.45C.35D.34解析:选C 执行程序框图,x =-3,y =3;x =-2,y =0;x =-1,y =-1;x =0,y =0;x =1,y =3;x =2,y =8;x =3,y =15;x =4,退出循环.则集合A 中的元素有-1,0,3,8,15,共5个,若函数y =x a ,x ∈[0,+∞)为增函数,则a >0,所以所求的概率为35.2.(2019·珠海三校联考)执行如图所示的程序框图,若输出的n 的值为4,则p 的取值范围是( )A.⎝⎛⎦⎤34,78B.⎝⎛⎭⎫516,+∞C.⎣⎡⎭⎫516,78D.⎝⎛⎦⎤516,78解析:选A S =0,n =1;S =12,n =2;S =12+122=34,n =3;满足条件,所以p >34,继续执行循环体;S=34+123=78,n =4;不满足条件,所以p ≤78.输出的n 的值为4,所以34<p ≤78,故选A. 3.(2019·贵阳适应性考试)某程序框图如图所示,若该程序运行后输出的值是137,则整数a 的值为( )A .6B .7C .8D .9解析:选A 先不管a 的取值,直接运行程序.首先给变量S ,k 赋值,S =1,k =1,执行S =S +1k (k +1),得S =1+11×2,k =2;执行S =1+11×2+12×3,k =3;……继续执行,得S =1+11×2+12×3+…+1k (k +1)=1+⎝⎛⎭⎫1-12+⎝⎛⎭⎫12-13+…+⎝⎛⎭⎫1k -1k +1=2-1k +1,由2-1k +1=137得k =6,所以整数a =6,故选A.考点三 基本算法语句[典例] 执行如图程序语句,输入a =2cos 2 019π3,b =2tan 2 019π4,则输出y 的值是( )INPUT a ,b IF a<b THENy =a(a +b) ELSEy =a 2-b END IF PRINT y ENDA .3B .4C .6D .-1[解析] 根据条件语句可知程序运行后是计算y =⎩⎪⎨⎪⎧a (a +b ),a <b ,a 2-b ,a ≥b ,且a =2cos 2 019π3=2cos π=-2,b =2tan 2 019π4=2tan 3π4=-2.因为a ≥b ,所以y =a 2-b =(-2)2-(-2)=6, 即输出y 的值是6.[答案] C[变透练清]1. 执行如图所示的程序,输出的结果是________.i =11S =1DOS =S*ii =i -1LOOP UNTIL i<9PRINT S END解析:程序反映出的算法过程为 i =11⇒S =11×1,i =10; i =10⇒S =11×10,i =9; i =9⇒S =11×10×9,i =8;i =8<9退出循环,执行“PRINT S ”. 故S =990. 答案:9902.阅读如图所示的程序.a 的值是________. 解析:由题意可得程序的功能是计算并输出a =⎩⎪⎨⎪⎧2+a ,a >2,a ×a ,a ≤2的值, 当a >2时,由2+a =9得a =7; 当a ≤2时,由a 2=9得a =-3, 综上知,a =7或a =-3. 答案:-3或7[课时跟踪检测]1.(2019·湖北八校联考)对任意非零实数a ,b ,定义a *b 的运算原理如图所示,则(log222)*⎝⎛⎭⎫18-23=( )A .1B .2C .3D .4解析:选A 因为log222=3,⎝⎛⎭⎫18-23=4,3<4,所以输出4-13=1,故选A. 2.执行如图所示的程序框图,则输出的x ,y 分别为( )A .90,86B .94,82C .98,78D .102,74解析:选C 第一次执行循环体,y =90,s =867+15,不满足退出循环的条件,故x =90;第二次执行循环体,y =86,s =907+433,不满足退出循环的条件,故x =94;第三次执行循环体,y =82,s =947+413,不满足退出循环的条件,故x =98;第四次执行循环体,y =78,s =27,满足退出循环的条件,故x =98,y =78.3.(2018·云南民族大学附属中学二模)执行如图所示的程序框图,若输出的k 的值为6,则判断框内可填入的条件是( )A .s >12?B .s >710?C .s >35?D .s >45?解析:选B s =1,k =9,满足条件;s =910,k =8,满足条件;s =45,k =7,满足条件;s =710,k =6,不满足条件.输出的k =6,所以判断框内可填入的条件是“s >710?”.故选B.4.(2019·合肥质检)执行如图所示的程序框图,如果输出的k 的值为3,则输入的a 的值可以是( )A .20B .21C .22D .23解析:选A 根据程序框图可知,若输出的k =3,则此时程序框图中的循环结构执行了3次,执行第1次时,S =2×0+3=3,执行第2次时,S =2×3+3=9,执行第3次时,S =2×9+3=21,因此符合题意的实数a 的取值范围是9≤a <21,故选A.5.(2019·重庆质检)执行如图所示的程序框图,如果输入的x =0,y =-1,n =1,则输出x ,y 的值满足( )A .y =-2xB .y =-3xC .y =-4xD .y =-8x解析:选C 初始值x =0,y =-1,n =1,x =0,y =-1,x 2+y 2<36,n =2,x =12,y =-2,x 2+y 2<36,n =3,x =32,y =-6,x 2+y 2>36,退出循环,输出x =32,y =-6,此时x ,y 满足y =-4x ,故选C.6.(2018·南宁二中、柳州高中联考)执行如图所示的程序框图,若输出的结果s =132,则判断框中可以填( )A .i ≥10?B .i ≥11?C .i ≤11?D .i ≥12?解析:选B 执行程序框图,i =12,s =1;s =12×1=12,i =11;s =12×11=132,i =10.此时输出的s =132,则判断框中可以填“i ≥11?”.7.(2019·漳州八校联考)执行如图所示的程序,若输出的y 的值为1,则输入的x 的值为( )INPUT xIF x>=1 THEN y =x 2ELSEy =-x 2+1END IF PRINT y ENDA .0B .1C .0或1D .-1,0或1解析:选C 当x ≥1时,由x 2=1得x =1或x =-1(舍去);当x <1时,由-x 2+1=1得x =0.∴输入的x 的值为0或1.8.执行如图所示的程序框图,若输入的n =4,则输出的s =( )A.10 B.16C.20 D.35解析:选C执行程序框图,第一次循环,得s=4,i=2;第二次循环,得s=10,i=3;第三次循环,得s=16,i=4;第四次循环,得s=20,i=5.不满足i≤n,退出循环,输出的s=20.9.(2018·洛阳第一次统考)已知某算法的程序框图如图所示,则该算法的功能是()A.求首项为1,公差为2的等差数列的前2 018项和B.求首项为1,公差为2的等差数列的前2 019项和C.求首项为1,公差为4的等差数列的前1 009项和D.求首项为1,公差为4的等差数列的前1 010项和解析:选D由程序框图得,输出的S=(2×1-1)+(2×3-1)+(2×5-1)+…+(2×2 019-1),可看作数列{2n-1}的前2 019项中所有奇数项的和,即首项为1,公差为4的等差数列的前1 010项和.故选D.10.(2018·郑州第一次质量测试)执行如图所示的程序框图,若输出的结果是7,则判断框内m的取值范围是()A.(30,42] B.(30,42)C.(42,56] D.(42,56)解析:选A k=1,S=2,k=2;S=2+4=6,k=3;S=6+6=12,k=4;S=12+8=20,k=5;S=20+10=30,k=6;S=30+12=42,k=7,此时不满足S=42<m,退出循环,所以30<m≤42,故选A.11.(2019·石家庄调研)20世纪70年代,流行一种游戏——角谷猜想,规则如下:任意写出一个自然数n ,按照以下的规律进行变换,如果n 是奇数,则下一步变成3n +1;如果n 是偶数,则下一步变成n2.这种游戏的魅力在于无论你写出一个多么庞大的数字,最后必然会落在谷底,更准确地说是落入底部的4-2-1循环,而永远也跳不出这个圈子,下列程序框图就是根据这个游戏而设计的,如果输出的i 值为6,则输入的n 值为( )A .5或16B .16C .5或32D .4或5或32解析:选C 若n =5,执行程序框图,n =16,i =2;n =8,i =3;n =4,i =4;n =2,i =5;n =1,i =6,结束循环,输出的i =6.若n =32,执行程序框图,n =16,i =2;n =8,i =3;n =4,i =4;n =2,i =5;n =1,i =6,结束循环,输出的i =6.当n =4或16时,检验可知不正确,故输入的n =5或32,故选C.12.(2018·贵阳第一学期检测)我国明朝数学家程大位著的《算法统宗》里有一道闻名世界的题目:“一百馒头一百僧,大僧三个更无争.小僧三人分一个,大小和尚各几丁?”如图所示的程序框图反映了对此题的一个求解算法,则输出的n 的值为( )A .20B .25C .30D .35解析:选B 法一:执行程序框图,n =20,m =80,S =60+803=8623≠100;n =21,m =79,S =63+793=8913≠100;n =22,m =78,S =66+783=92≠100;n =23,m =77,S =69+773=9423≠100;n =24,m =76,S =72+763=9713≠100;n =25,m =75,S =75+753=100,退出循环.所以输出的n =25.法二:设大和尚有x 个,小和尚有y 个, 则⎩⎪⎨⎪⎧x +y =100,3x +13y =100,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =25,y =75, 根据程序框图可知,n 的值即大和尚的人数,所以n =25.13.已知函数y =lg|x -3|,如图所示程序框图表示的是给定x 值,求其相应函数值y 的算法.请将该程序框图补充完整.其中①处应填________,②处应填________.解析:由y =lg|x -3|=⎩⎪⎨⎪⎧lg (x -3),x >3,lg (3-x ),x <3及程序框图知,①处应填x <3?,②处应填y =lg(x -3).答案:x <3? y =lg(x -3)14.执行如图所示的程序框图,若输入的N =20,则输出的S =________.解析:依题意,结合题中的程序框图知,当输入的N =20时,输出S 的值是数列{2k -1}的前19项和,即19(1+37)2=361.答案:36115.执行如图所示的程序框图,则输出的λ是________.解析:依题意,若λa +b 与b 垂直,则有(λa +b )·b =4(λ+4)-2(-3λ-2)=0,解得λ=-2;若λa +b 与b 平行,则有-2(λ+4)=4(-3λ-2),解得λ=0.结合题中的程序框图可知,输出的λ是-2.答案:-216.执行如图所示的程序框图,如果输入的x ,y ∈R ,那么输出的S 的最大值为________.解析:当条件x ≥0,y ≥0,x +y ≤1不成立时,输出S 的值为1,当条件x ≥0,y ≥0,x +y ≤1成立时,⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,y ≥0,x +y ≤1表输出S =2x +y ,下面用线性规划的方法求此时S 的最大值.作出不等式组示的平面区域如图中阴影部分所示,由图可知当直线S =2x +y 经过点M (1,0)时S 最大,其最大值为2×1+0=2,故输出S 的最大值为2.答案:2第三节 合情推理与演绎推理一、基础知识1.合情推理(1)归纳推理①定义: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,或者由个别事实概括出一般结论的推理,称为归纳推理(简称归纳).②特点:由部分到整体、由个别到一般的推理.(2)类比推理①定义: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(简称类比).②特点:由特殊到特殊的推理.类比推理的注意点在进行类比推理时要尽量从本质上去类比,不要被表面现象迷惑,如果只抓住一点表面现象的相似甚至假象就去类比,那么就会犯机械类比的错误.(3)合情推理归纳推理和类比推理都是根据已有的事实,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,我们把它们统称为合情推理.合情推理的关注点(1)合情推理是合乎情理的推理.(2)合情推理既可以发现结论也可以发现思路与方向.2.演绎推理(1)演绎推理从一般性的原理出发,推出某个特殊情况下的结论,我们把这种推理称为演绎推理.简言之,演绎推理是由一般到特殊的推理.↓演绎推理:常用来证明和推理数学问题,解题时应注意推理过程的严密性,书写格式的规范性.(2)“三段论”是演绎推理的一般模式,包括:①大前提——已知的一般原理;②小前提——所研究的特殊情况;③结论——根据一般原理,对特殊情况做出的判断.二、常用结论(1)合情推理的结论是猜想,不一定正确;演绎推理在大前提、小前提和推理形式都正确时,得到的结论一定正确.(2)合情推理是发现结论的推理;演绎推理是证明结论的推理. 考点一 归纳推理考法(一) 与数字有关的推理[典例] 《聊斋志异》中有这样一首诗:“挑水砍柴不堪苦,请归但求穿墙术.得诀自诩无所阻,额上坟起终不悟.”在这里,我们称形如以下形式的等式具有“穿墙术”:223=223,3 38= 338,4 415=4415,5 524= 5524,…,则按照以上规律,若99n= 99n具有“穿墙术”,则n =( ) A .25 B .48 C .63 D .80[解析] 由223=223,338=338,4415=4415,5524= 5524,…, 可得若99n = 99n具有“穿墙术”,则n =92-1=80. [答案] D考法(二) 与式子有关的推理[典例] 已知f (x )=xe x ,f 1(x )=f ′(x ),f 2(x )=[f 1(x )]′,…,f n +1(x )=[f n (x )]′,n ∈N *,经计算:f 1(x )=1-x e x ,f 2(x )=x -2e x ,f 3(x )=3-xe x,…,照此规律,则f n (x )=________. [解析] 因为导数分母都是e x,分子为(-1)n(x -n ),所以f n (x )=(-1)n (x -n )e x .[答案] (-1)n (x -n )e x考法(三) 与图形有关的推理[典例] 分形几何学是数学家伯努瓦·曼德尔布罗在20世纪70年代创立的一门新的数学学科,它的创立为解决传统科学众多领域的难题提供了全新的思路.按照如图(1)所示的分形规律可得如图(2)所示的一个树形图.若记图(2)中第n 行黑圈的个数为a n ,则a 2 019=________.[解析] 根据题图(1)所示的分形规律,可知1个白圈分形为2个白圈1个黑圈,1个黑圈分形为1个白圈2个黑圈,把题图(2)中的树形图的第1行记为(1,0),第2行记为(2,1),第3行记为(5,4),第4行的白圈数为2×5+4=14,黑圈数为5+2×4=13,所以第4行的“坐标”为(14,13),同理可得第5行的“坐标”为(41,40),第6行的“坐标”为(122,121),….各行黑圈数乘2,分别是0,2,8,26,80,…,即1-1,3-1,9-1,27-1,81-1,…,所以可以归纳出第n 行的黑圈数a n =3n -1-12(n ∈N *),所以a 2 019=32 018-12.[答案] 32 018-12[题组训练]1.(2019·兰州实战性测试)观察下列式子:1,1+2+1,1+2+3+2+1,1+2+3+4+3+2+1,…,由以上可推测出一个一般性结论:对于n ∈N *,则1+2+…+n +…+2+1=________.解析:由1=12,1+2+1=4=22,1+2+3+2+1=9=32,1+2+3+4+3+2+1=16=42,…,归纳猜想可得1+2+…+n +…+2+1=n 2.答案:n 22.某种平面分形图如图所示,一级分形图是由一点出发的三条线段,长度均为1,两两夹角为120°;二级分形图是在一级分形图的每条线段的末端出发再生成两条长度为原来13的线段,且这两条线段与原线段两两夹角为120°,…,依此规律得到n 级分形图.则n 级分形图中共有________条线段.解析:分形图的每条线段的末端出发再生成两条线段, 由题图知,一级分形图有3=3×2-3条线段, 二级分形图有9=3×22-3条线段, 三级分形图中有21=3×23-3条线段, 按此规律n 级分形图中的线段条数a n =3×2n -3. 答案:3×2n -3考点二 类比推理[典例] 我国古代称直角三角形为勾股形,并且直角边中较小者为勾,另一直角边为股,斜边为弦.若a ,b ,c 为直角三角形的三边,其中c 为斜边,则a 2+b 2=c 2,称这个定理为勾股定理.现将这一定理推广到立体几何中:在四面体O -ABC 中,∠AOB =∠BOC =∠COA =90°,S 为顶点O 所对面△ABC 的面积,S 1,S 2,S 3分别为侧面△OAB ,△OAC ,△OBC 的面积,则下列选项中对于S ,S 1,S 2,S 3满足的关系描述正确的为( )A .S 2=S 21+S 22+S 23B .S 2=1S 21+1S 22+1S 23C .S =S 1+S 2+S 3D .S =1S 1+1S 2+1S 3S 2=⎝⎛⎭⎫12BC ·AD 2=[解析] 如图,作OD ⊥BC 于点D ,连接AD ,则AD ⊥BC ,从而⎝⎛⎭⎫12OB ·OA 2+14BC 2·AD 2=14BC 2·(OA 2+OD 2)=14(OB 2+OC 2)·OA 2+ 14BC 2·OD 2=⎝⎛⎭⎫12OC ·OA 2+⎝⎛⎭⎫12BC ·OD 2=S 21+S 22+S 23. [答案] A[题组训练]1.给出下面类比推理(其中Q 为有理数集,R 为实数集,C 为复数集):①“若a ,b ∈R ,则a -b =0⇒a =b ”类比推出“a ,c ∈C ,则a -c =0⇒a =c ”;②“若a ,b ,c ,d ∈R ,则复数a +b i =c +d i ⇒a =c ,b =d ”类比推出“a ,b ,c ,d ∈Q ,则a +b 2=c +d 2⇒a =c ,b =d ”;③“a ,b ∈R ,则a -b >0⇒a >b ”类比推出“若a ,b ∈C ,则a -b >0⇒a >b ”; ④“若x ∈R ,则|x |<1⇒-1<x <1”类比推出“若z ∈C ,则|z |<1⇒-1<z <1”. 其中类比结论正确的个数为( ) A .1 B .2 C .3D .4解析:选B 类比结论正确的有①②.2.设等差数列{a n }的前n 项和为S n ,则S 3,S 6-S 3,S 9-S 6,S 12-S 9成等差数列.类比以上结论:设等比数列{b n }的前n 项积为T n ,则T 3,________,________,T 12T 9成等比数列.解析:等比数列{b n }的前n 项积为T n , 则T 3=b 1b 2b 3,T 6=b 1b 2…b 6,T 9=b 1b 2…b 9, T 12=b 1b 2…b 12,所以T 6T 3=b 4b 5b 6,T 9T 6=b 7b 8b 9,T 12T 9=b 10b 11b 12,所以T 3,T 6T 3,T 9T 6,T 12T 9的公比为q 9,因此T 3,T 6T 3,T 9T 6,T 12T 9成等比数列.答案:T 6T 3 T 9T 6考点三 演绎推理[典例] 数列{a n }的前n 项和记为S n ,已知a 1=1,a n +1=n +2n S n(n ∈N *).证明:(1)数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是等比数列;(2)S n +1=4a n .[证明] (1)∵a n +1=S n +1-S n ,a n +1=n +2n S n ,∴(n +2)S n =n (S n +1-S n ),即nS n +1=2(n +1)S n . 故S n +1n +1=2·S nn ,(小前提)∴⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是以1为首项,2为公比的等比数列.(结论)(大前提是等比数列的定义) (2)由(1)可知S n +1n +1=4·S n -1n -1(n ≥2),∴S n +1=4(n +1)·S n -1n -1=4·n -1+2n -1·S n -1=4a n (n ≥2).(小前提) 又∵a 2=3S 1=3,S 2=a 1+a 2=1+3=4=4a 1,(小前提) ∴对于任意正整数n ,都有S n +1=4a n .(结论) [解题技法] 演绎推理问题求解策略(1)演绎推理是由一般到特殊的推理,常用的一般模式为三段论.(2)演绎推理的前提和结论之间有着某种蕴含关系,解题时要找准正确的大前提,一般地,若大前提不明确时,可找一个使结论成立的充分条件作为大前提.[题组训练]1.正弦函数是奇函数,f (x )=sin(x 2+1)是正弦函数,因此f (x )=sin(x 2+1)是奇函数,以上推理( ) A .结论正确 B .大前提不正确 C .小前提不正确D .全不正确解析:选C 因为f (x )=sin(x 2+1)不是正弦函数,所以小前提不正确.2.已知函数y =f (x )满足:对任意a ,b ∈R ,a ≠b ,都有af (a )+bf (b )>af (b )+bf (a ),试证明:f (x )为R 上的单调增函数.证明:设x 1,x 2∈R ,取x 1<x 2,则由题意得x 1f (x 1)+x 2f (x 2)>x 1f (x 2)+x 2f (x 1), ∴x 1[f (x 1)-f (x 2)]+x 2[f (x 2)-f (x 1)]>0, (x 2-x 1)[f (x 2)-f (x 1)]>0,∵x 1<x 2,∴f (x 2)-f (x 1)>0,f (x 2)>f (x 1). ∴y =f (x )为R 上的单调增函数.考点四 逻辑推理问题[典例] (2019·安徽示范高中联考)某参观团根据下列要求从A ,B ,C ,D ,E 五个镇选择参观地点:①若去A 镇,也必须去B 镇;②D ,E 两镇至少去一镇;③B ,C 两镇只去一镇;④C ,D 两镇都去或者都不去;⑤若去E镇,则A,D两镇也必须去.则该参观团至多去了()A.B,D两镇B.A,B两镇C.C,D两镇D.A,C两镇[解析]假设去A镇,则也必须去B镇,但去B镇则不能去C镇,不去C镇则也不能去D镇,不去D镇则也不能去E镇,D,E镇都不去则不符合条件.故若去A镇则无法按要求完成参观.同理,假设不去A镇去B镇,同样无法完成参观.要按照要求完成参观,一定不能去B镇,而不去B镇的前提是不去A镇.故A,B两镇都不能去,则一定不能去E镇,所以能去的地方只有C,D两镇.故选C.[答案] C[解题技法] 逻辑推理问题求解的2种途径求解此类推理性试题,要根据所涉及的人与物进行判断,通常有两种途径:(1)根据条件直接进行推理判断;(2)假设一种情况成立或不成立,然后以此为出发点,联系条件,判断是否与题设条件相符合.[题组训练]1.数学老师给同学们出了一道证明题,以下四人中只有一人说了真话,只有一人会证明此题.甲:“我不会证明.”乙:“丙会证明.”丙:“丁会证明.”丁:“我不会证明.”根据以上条件,可以判断会证明此题的人是()A.甲B.乙C.丙D.丁解析:选A四人中只有一人说了真话,只有一人会证明此题,由丙、丁的说法知丙与丁中有一个人说的是真话,若丙说了真话,则甲必是假话,矛盾;若丁说了真话,则甲说的是假话,甲就是会证明的那个人,符合题意,故选A.2.(2019·大连模拟)甲、乙、丙、丁、戊和己6人围坐在一张正六边形的小桌前,每边各坐一人.已知:①甲与乙正面相对;②丙与丁不相邻,也不正面相对.若己与乙不相邻,则以下选项正确的是()A.若甲与戊相邻,则丁与己正面相对B.甲与丁相邻C.戊与己相邻D.若丙与戊不相邻,则丙与己相邻解析:选D由题意可得到甲、乙位置的示意图如图(1),因此,丙和丁的座位只可能是1和2,3和4,4和3,2和1,由己和乙不相邻可知,己只能在1或2,故丙和丁只能在3和4,4和3,示意图如图(2)和图(3),由此可排除B、C两项.对于A项,若甲与戊相邻,则己与丁可能正面相对,也可能不正面相对,排除A.对于D项,若丙与戊不相邻,则戊只能在丙的对面,则己与丙相邻,正确.故选D.。
(全国通用版)2019版高考数学大一轮复习 第十二章 推理与证明、算法、复数 第3节 数学归纳法及其应用学案

第3节数学归纳法及其应用最新考纲 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.知识梳理1.数学归纳法证明一个与正整数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n0(n0∈N+)时命题成立;(2)(归纳递推)假设n=k(k≥n0,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,就可以断定命题对从n0开始的所有正整数n都成立.2.数学归纳法的框图表示[常用结论与微点提醒]1.数学归纳法证题时初始值n0不一定是1.2.推证n=k+1时一定要用上n=k时的假设,否则不是数学归纳法.3.解“归纳——猜想——证明”题的关键是准确计算出前若干具体项,这是归纳、猜想的基础.诊断自测1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)(1)用数学归纳法证明问题时,第一步是验证n=1时结论成立.( )(2)所有与正整数有关的数学命题都必须用数学归纳法证明.( )(3)用数学归纳法证明问题时,归纳假设可以不用.( )(4)不论是等式还是不等式,用数学归纳法证明时,由n=k到n=k+1时,项数都增加了一项.( )解析对于(1),有的证明问题第一步并不是验证n=1时结论成立,如证明凸n边形的内角和为(n-2)·180°,第一步要验证n=3时结论成立,所以(1)不正确;对于(2),有些命题也可以直接证明;对于(3),数学归纳法必须用归纳假设;对于(4),由n=k到n=k+1,有可能增加不止一项.答案 (1)× (2)× (3)× (4)×2.(教材习题改编)在应用数学归纳法证明凸n 边形的对角线为12n (n -3)条时,第一步检验n等于( ) A.1B.2C.3D.4解析 三角形是边数最少的凸多边形,故第一步应检验n =3. 答案 C3.用数学归纳法证明“1+2+22+…+2n -1=2n-1(n ∈N +)”的过程中,第二步假设n =k 时等式成立,则当n =k +1时,应得到( ) A.1+2+22+…+2k -2+2k -1=2k +1-1B.1+2+22+…+2k +2k +1=2k-1+2k +1C.1+2+22+…+2k -1+2k +1=2k +1-1D.1+2+22+…+2k -1+2k =2k +1-1解析 观察可知等式的左边共n 项,故n =k +1时,应得到1+2+22+…+2k -1+2k =2k +1-1. 答案 D4.用数学归纳法证明12+22+…+(n -1)2+n 2+(n -1)2+…+22+12=n (2n 2+1)3时,由n=k 的假设到证明n =k +1时,等式左边应添加的式子是( ) A.(k +1)2+2k 2B.(k +1)2+k 2C.(k +1)2D.13(k +1)[2(k +1)2+1] 解析 由n =k 到n =k +1时,左边增加(k +1)2+k 2. 答案 B5.用数学归纳法证明“当n 为正奇数时,x n+y n能被x +y 整除”,当第二步假设n =2k -1(k ∈N +)命题为真时,进而需证n =________时,命题亦真. 解析 由于步长为2,所以2k -1后一个奇数应为2k +1. 答案 2k +1考点一 利用数学归纳法证明等式 【例1】 用数学归纳法证明:12×4+14×6+16×8+…+12n (2n +2)=n 4(n +1)(n ∈N +). 证明 (1)当n =1时,等式左边=12×1×(2×1+2)=18,等式右边=14(1+1)=18,等式左边=等式右边,所以等式成立. (2)假设n =k (k ∈N +且k ≥1)时等式成立,即有 12×4+14×6+16×8+…+12k (2k +2)=k 4(k +1), 则当n =k +1时,12×4+14×6+16×8+…+12k (2k +2)+12(k +1)[2(k +1)+2]=k 4(k +1)+14(k +1)(k +2)=k (k +2)+14(k +1)(k +2)=(k +1)24(k +1)(k +2)=k +14(k +2)=k +14[(k +1)+1]. 所以当n =k +1时,等式也成立,由(1)(2)可知,对于一切n ∈N +,等式都成立. 规律方法 用数学归纳法证明等式应注意的两个问题(1)要弄清等式两边的构成规律,等式两边各有多少项,以及初始值n 0的值.(2)由n =k 到n =k +1时,除考虑等式两边变化的项外还要充分利用n =k 时的式子,即充分利用假设,正确写出归纳证明的步骤,从而使问题得以证明.【训练1】 设f (n )=1+12+13+…+1n (n ∈N +).求证:f (1)+f (2)+…+f (n -1)=n [f (n )-1](n ≥2,n ∈N +).证明 (1)当n =2时,左边=f (1)=1,右边=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12-1=1,左边=右边,等式成立.(2)假设n =k (k ≥2,k ∈N +)时,结论成立, 即f (1)+f (2)+…+f (k -1)=k [f (k )-1], 那么,当n =k +1时,f (1)+f (2)+…+f (k -1)+f (k )=k [f (k )-1]+f (k )=(k +1)f (k )-k =(k +1)·⎣⎢⎡⎦⎥⎤f (k +1)-1k +1-k =(k +1)f (k +1)-(k +1)=(k +1)[f (k +1)-1], ∴当n =k +1时结论仍然成立.由(1)(2)可知:f (1)+f (2)+…+f (n -1)=n [f (n )-1](n ≥2,n ∈N +). 考点二 利用数学归纳法证明不等式(典例迁移)【例2】 (经典母题)已知数列{a n },a n ≥0,a 1=0,a 2n +1+a n +1-1=a 2n ,求证:当n ∈N +时,a n <a n +1.证明 (1)当n =1时,因为a 2是方程a 22+a 2-1=0的正根,所以a 2=5-12,即a 1<a 2成立. (2)假设当n =k (k ∈N +,k ≥1)时,0≤a k <a k +1,所以a 2k +1-a 2k =(a 2k +2+a k +2-1)-(a 2k +1+a k +1-1)=(a k +2-a k +1)(a k +2+a k +1+1)>0,又a k +1>a k ≥0,所以a k +2+a k +1+1>0,所以a k +1<a k +2,即当n =k +1时,a n <a n +1也成立. 综上,可知a n <a n +1对任何n ∈N +都成立.【迁移探究1】 在例2中把题设条件中的“a n ≥0”改为“当n ≥2时,a n <-1”,其余条件不变,求证:当n ∈N +时,a n +1<a n .证明 (1)当n =1时,因为a 2是方程a 22+a 2-1=0的根,又∵a 2<-1,所以a 2=-1-52,即a 2<a 1成立.(2)假设当n =k (k ∈N +,k ≥1)时,a k +1<a k <-1,所以a 2k +1-a 2k =(a 2k +2+a k +2-1)-(a 2k +1+a k +1-1)=(a k +2-a k +1)(a k +2+a k +1+1)>0,又a k +2<-1,a k +1<-1,所以a k +2+a k +1+1<0,所以a k +2-a k +1<0,即a k +2<a k +1,即当n =k +1时,a n <a n +1也成立.综上可知a n <a n +1对任何n ∈N +都成立.【迁移探究2】 本例的条件改为已知数列{a n }中,a 1=a >2,对一切n ∈N +,a n >0,a n +1=a 2n2(a n -1),试证明a n >2.证明 (1)当n =1时,a 1=a >2,即a n >2成立. (2)假设n =k 时,a k >2成立,那么a k +1=a 2k 2(a k -1)=12·a 2ka k -1=12⎣⎢⎡⎦⎥⎤(a k -1)+1a k -1+1,因为a k >2,所以a k -1>1,又因为函数y =x +1x在(1,+∞)上单调递增,所以12⎣⎢⎡⎦⎥⎤(a k -1)+1a k -1+1>12(1+1)+1=2, 即a k +1>2,所以当n =k +1时,a n >2成立,综上可知,a n >2对任何n ∈N +都成立. 规律方法 应用数学归纳法证明不等式应注意的问题(1)当遇到与正整数n 有关的不等式证明时,应用其他办法不容易证,则可考虑应用数学归纳法.(2)用数学归纳法证明不等式的关键是由n =k 成立,推证n =k +1时也成立,证明时用上归纳假设后,可采用分析法、综合法、求差(求商)比较法、放缩法、构造函数法等证明方法. 【训练2】 用数学归纳法证明:1+122+132+…+1n 2<2-1n (n ∈N +,n ≥2).证明 (1)当n =2时,1+122=54<2-12=32,命题成立.(2)假设n =k (k ≥2,且k ∈N +)时命题成立, 即1+122+132+…+1k 2<2-1k.当n =k +1时,1+122+132+…+1k 2+1(k +1)2<2-1k +1(k +1)2<2-1k +1k (k +1)=2-1k +1k -1k +1=2-1k +1,命题成立.由(1)(2)知原不等式在n ∈N +,n ≥2时均成立.考点三 归纳、猜想、证明【例3】 已知数列{a n }的前n 项和S n 满足:S n =a n 2+1a n-1,且a n >0,n ∈N +.(1)求a 1,a 2,a 3,并猜想{a n }的通项公式; (2)证明(1)中的猜想.(1)解 当n =1时,由已知得a 1=a 12+1a 1-1,即a 21+2a 1-2=0.∴a 1=3-1(a 1>0).当n =2时,由已知得a 1+a 2=a 22+1a 2-1,将a 1=3-1代入并整理得a 22+23a 2-2=0. ∴a 2=5-3(a 2>0). 同理可得a 3=7- 5.猜想a n =2n +1-2n -1(n ∈N +).(2)证明 ①由(1)知,当n =1,2,3时,通项公式成立. ②假设当n =k (k ≥3,k ∈N +)时,通项公式成立, 即a k =2k +1-2k -1. 由于a k +1=S k +1-S k =a k +12+1a k +1-a k 2-1a k, 将a k =2k +1-2k -1代入上式,整理得a 2k +1+22k +1a k +1-2=0,∴a k +1=2k +3-2k +1, 即n =k +1时通项公式成立.根据①②可知,对所有n ∈N +,a n =2n +1-2n -1成立.规律方法 (1)利用数学归纳法可以探索与正整数n 有关的未知问题、存在性问题,其基本模式是“归纳—猜想—证明”,即先由合情推理发现结论,然后经逻辑推理论证结论的正确性.(2)“归纳—猜想—证明”的基本步骤是“试验—归纳—猜想—证明”.高中阶段与数列结合的问题是最常见的问题.【训练3】 设函数f (x )=ln(1+x ),g (x )=xf ′(x ),x ≥0,其中f ′(x )是f (x )的导函数. (1)令g 1(x )=g (x ),g n +1(x )=g (g n (x )),n ∈N +,求g n (x )的表达式; (2)若f (x )≥ag (x )恒成立,求实数a 的取值范围. 解 由题设得,g (x )=x1+x(x ≥0).(1)由已知,g 1(x )=x1+x ,g 2(x )=g (g 1(x ))=x1+x 1+x 1+x=x 1+2x ,g 3(x )=x1+3x,…,可猜想g n (x )=x1+nx. 下面用数学归纳法证明.①当n =1时,g 1(x )=x1+x ,结论成立.②假设n =k 时结论成立,即g k (x )=x1+kx .那么,当n =k +1时,g k +1(x )=g (g k (x ))=g k (x )1+g k (x )=x1+kx 1+x 1+kx =x1+(k +1)x,即结论成立. 根据①②可知,结论对n ∈N +成立.(2)已知f (x )≥ag (x )恒成立,即ln(1+x )≥ax1+x 恒成立.设φ(x )=ln(1+x )-ax1+x (x ≥0),则φ′(x )=11+x -a (1+x )2=x +1-a(1+x )2,当a ≤1时,φ′(x )≥0(仅当x =0,a =1时等号成立), ∴φ(x )在[0,+∞)上单调递增. 又φ(0)=0,∴φ(x )≥0在[0,+∞)上恒成立, ∴a ≤1时,ln(1+x )≥ax1+x恒成立(仅当x =0时等号成立). 当a >1时,对x ∈(0,a -1]有φ′(x )≤0, ∴φ(x )在(0,a -1]上单调递减, ∴φ(a -1)<φ(0)=0.即a >1时,存在x >0,使φ(x )<0, ∴ln(1+x )≥ax1+x不恒成立,综上可知,实数a 的取值范围是(-∞,1].基础巩固题组 (建议用时:40分钟)一、选择题1.用数学归纳法证明1+2+3+…+n 2=n 4+n 22,则当n =k +1时左端应在n =k 的基础上加上( )A.k 2+1 B.(k +1)2C.(k +1)4+4(k +1)22D.(k 2+1)+(k 2+2)+…+(k +1)2解析 观察可知,等式的左端是n 2个连续自然数的和,当n =k 时为1+2+3+…+k 2,当n =k +1时为1+2+3+…+k 2+(k 2+1)+(k 2+2)+…+(k +1)2. 答案 D2.(2018·岳阳模拟)用数学归纳法证明不等式1+12+14+…+12n -1>12764(n ∈N +)成立,其初始值至少应取( ) A.7B.8C.9D.10解析 左边求和可得1+12+14+…+12n -1=1-12n1-12=2-12n -1,右边=12764=2-164,故2-12n -1>2-164,即12n -1<164=126,所以2n -1>26,解得n >7. 所以初始值至少应取8. 答案 B3.凸n 多边形有f (n )条对角线,则凸(n +1)边形的对角线的条数f (n +1)为( ) A.f (n )+n +1 B.f (n )+n C.f (n )+n -1D.f (n )+n -2解析 边数增加1,顶点也相应增加1个,它与和它不相邻的n -2个顶点连接成对角线,原来的一条边也成为对角线,因此,对角线增加n -1条. 答案 C4.对于不等式n 2+n <n +1(n ∈N +),某同学用数学归纳法证明的过程如下: (1)当n =1时,12+1<1+1,不等式成立.(2)假设当n =k (k ∈N +)时,不等式k 2+k <k +1成立,当n =k +1时,(k +1)2+k +1=k 2+3k +2<(k 2+3k +2)+(k +2)=(k +2)2=(k +1)+1.∴当n =k +1时,不等式成立,则上述证法( ) A.过程全部正确 B.n =1验得不正确 C.归纳假设不正确D.从n =k 到n =k +1的推理不正确解析 在n =k +1时,没有应用n =k 时的假设,不是数学归纳法. 答案 D5.利用数学归纳法证明“(n +1)(n +2)·…·(n +n )=2n×1×3×…×(2n -1),n ∈N +”时,从“n =k ”变到“n =k +1”时,左边应增乘的因式是( ) A.2k +1B.2(2k +1)C.2k +1k +1D.2k +3k +1解析 当n =k (k ∈N +)时,左式为(k +1)(k +2)·…·(k +k );当n =k +1时,左式为(k +1+1)·(k +1+2)·…·(k +1+k -1)·(k +1+k )·(k +1+k +1),则左边应增乘的式子是(2k +1)(2k +2)k +1=2(2k +1).答案 B 二、填空题6.(2018·日照模拟)用数学归纳法证明:“1+12+13+…+12n -1<n (n ∈N +,n >1)”时,由n=k (k >1)不等式成立,推理n =k +1时,左边应增加的项数是________. 解析 当n =k 时,不等式的左边有2k-1项,当n =k +1时,不等式左边应有 2k +1-1项,故左边应增加的项数是(2k +1-1)-(2k -1)=2k.答案 2k7.(2018·九江模拟)已知f (n )=1+12+13+…+1n (n ∈N +),经计算得f (4)>2,f (8)>52,f (16)>3,f (32)>72,则其一般结论为________.解析 观察规律可知f (22)>2+22,f (23)>3+22,f (24)>4+22,f (25)>5+22,…,故得一般结论为f (2n)>n +22(n ≥2,n ∈N +). 答案 f (2n )>n +22(n ≥2,n ∈N +)8.设平面内有n 条直线(n ≥3),其中有且仅有两条直线互相平行,任意三条直线不过同一点.若用f (n )表示这n 条直线交点的个数,则f (4)=________;当n >4时,f (n )=________(用n 表示).解析 由题意知f (3)=2,f (4)=5,f (5)=9,可以归纳出每增加一条直线,交点增加的个数为原有直线的条数.所以f (4)-f (3)=3,f (5)-f (4)=4, 猜测得出f (n )-f (n -1)=n -1(n ≥4). 有f (n )-f (3)=3+4+…+(n -1), 所以f (n )=12(n +1)(n -2).答案 5 12(n +1)(n -2)三、解答题9.用数学归纳法证明:121×3+223×5+…+n 2(2n -1)(2n +1)=n (n +1)2(2n +1)(n ∈N +). 证明 (1)当n =1时,左边=121×3=13,右边=1×(1+1)2×(2×1+1)=13,左边=右边,等式成立.(2)假设n =k (k ≥1,k ∈N +)时,等式成立.即121×3+223×5+…+k 2(2k -1)(2k +1)=k (k +1)2(2k +1), 当n =k +1时,左边=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)=k (k +1)(2k +3)+2(k +1)22(2k +1)(2k +3)=(k +1)(k +2)2(2k +3),右边=(k +1)(k +1+1)2[2(k +1)+1]=(k +1)(k +2)2(2k +3),左边=右边,等式成立. 即对所有n ∈N +,原式都成立.10.已知点P n (a n ,b n )满足a n +1=a n ·b n +1,b n +1=b n1-4a 2n(n ∈N +),且点P 1的坐标为(1,-1). (1)求过点P 1,P 2的直线l 的方程;(2)试用数学归纳法证明:对于n ∈N +,点P n 都在(1)中的直线l 上.(1)解 由题意得a 1=1,b 1=-1, b 2=-11-4×1=13,a 2=1×13=13,∴P 2⎝ ⎛⎭⎪⎫13,13. ∴直线l 的方程为y +113+1=x -113-1,即2x +y -1=0. (2)证明 ①当n =1时,2a 1+b 1=2×1+(-1)=1成立.②假设n =k (k ≥1且k ∈N +)时,2a k +b k =1成立.则2a k +1+b k +1=2a k ·b k +1+b k +1=b k1-4a 2k ·(2a k +1)=b k1-2a k =1-2a k 1-2a k=1, ∴当n =k +1时,2a k +1+b k +1=1也成立.由①②知,对于n ∈N +,都有2a n +b n =1,即点P n 在(1)中的直线l 上.能力提升题组(建议用时:20分钟)11.设f (x )是定义在正整数集上的函数,且f (x )满足:“当f (k )≥k 2成立时,总可推出f (k +1)≥(k +1)2成立”.那么,下列命题总成立的是( )A.若f (1)<1成立,则f (10)<100成立B.若f (2)<4成立,则f (1)≥1成立C.若f (3)≥9成立,则当k ≥1时,均有f (k )≥k 2成立D.若f (4)≥16成立,则当k ≥4时,均有f (k )≥k 2成立解析 由条件可知不等式的性质只对大于等于号成立,所以A 错误;若f (1)≥1成立,则得到f (2)≥4,与f (2)<4矛盾,所以B 错误;当f (3)≥9成立,无法推导出f (1),f (2),所以C 错误;若f (4)≥16成立,则当k ≥4时,均有f (k )≥k 2成立,正确.答案 D12.设数列{a n }的前n 项和为S n ,且对任意的自然数n 都有:(S n -1)2=a n S n ,通过计算S 1,S 2,S 3,猜想S n =________________.解析 由(S 1-1)2=S 21,得S 1=12;由(S 2-1)2=(S 2-S 1)S 2,得S 2=23; 由(S 3-1)2=(S 3-S 2)S 3,得S 3=34. 猜想S n =n n +1. 答案 nn +113.已知数列{a n }满足a 1=a >2,a n =a n -1+2(n ≥2,n ∈N +).(1)求证:对任意n ∈N +,a n >2恒成立;(2)判断数列{a n }的单调性,并说明你的理由.(3)设S n 为数列{a n }的前n 项和,求证:当a =3时,S n <2n +43. (1)证明 用数学归纳法证明a n >2(n ∈N +):①当n =1时,a 1=a >2,结论成立;②假设n =k (k ≥1)时结论成立,即a k >2,则n =k +1时,a k +1=a k +2>2+2=2,所以n =k +1时,结论成立.故由①②及数学归纳法原理,知对一切的n ∈N +,都有a n >2成立.(2)解 {a n }是单调递减的数列.因为a 2n +1-a 2n =a n +2-a 2n =-(a n -2)(a n +1),又a n >2,所以a 2n +1-a 2n <0,所以a n +1<a n .这说明{a n }是单调递减的数列.(3)证明 由a n +1=a n +2,得a 2n +1=a n +2,所以a 2n +1-4=a n -2.根据(1)知a n >2(n ∈N +,所以a n +1-2a n -2=1a n +1+2<14, 所以a n +1-2<14(a n -2)<⎝ ⎛⎭⎪⎫142(a n -1-2)<…<⎝ ⎛⎭⎪⎫14n ·(a 1-2).所以,当a =3时,a n +1-2<⎝ ⎛⎭⎪⎫14n , 即a n +1<⎝ ⎛⎭⎪⎫14n+2.当n =1时,S 1=3<2+43, 当n ≥2时, S n =3+a 2+a 3+…+a n<3+⎝ ⎛⎭⎪⎫14+2+⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫142+2+…+⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫14n -1+2=3+2(n -1)+141-14⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫14n -1=2n +1+13⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫14n -1<2n +43.综上,当a =3时,S n <2n +43(n ∈N +).。
高考数学大一轮复习 第十二章 推理与证明、算法、复数教师用书 理

第十二章| 推理与证明、算法、复数第一节合情推理与演绎推理本节主要包括2个知识点:1.合情推理;2.演绎推理.突破点(一) 合情推理运用归纳推理时的一般步骤(1)通过观察特例发现某些相似性(特例的共性或一般规律);(2)把这种相似性推广到一个明确表述的一般命题(猜想);(3)对所得出的一般性命题进行检验.类型(一) 与数字有关的推理[例1] 给出以下数对序列:(1,1)(1,2)(2,1)(1,3)(2,2)(3,1)(1,4)(2,3)(3,2)(4,1)……记第i行的第j个数对为a ij,如a43=(3,2),则a nm=( )A .(m ,n -m +1)B .(m -1,n -m )C .(m -1,n -m +1)D .(m ,n -m )[解析] 由前4行的特点,归纳可得:若a nm =(a ,b ),则a =m ,b =n -m +1,∴a nm =(m ,n -m +1).[答案] A [易错提醒]解决此类问题时,需要细心观察,寻求相邻项及项与序号之间的关系,同时还要联系相关的知识,如等差数列、等比数列等.类型(二) 与式子有关的推理[例2] (1)(2016·山东高考)观察下列等式:⎝ ⎛⎭⎪⎫sin π3-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2π3-2=43×1×2; ⎝ ⎛⎭⎪⎫sin π5-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2π5-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 3π5-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 4π5-2=43×2×3; ⎝ ⎛⎭⎪⎫sin π7-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2π7-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 3π7-2+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 6π7-2=43×3×4; ⎝ ⎛⎭⎪⎫sin π9-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2π9-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 3π9-2+…+⎝⎛⎭⎪⎫sin 8π9-2=43×4×5; …… 照此规律,⎝ ⎛⎭⎪⎫sin π2n +1-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2π2n +1-2+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2n π2n +1-2=________. (2)已知x ∈(0,+∞),观察下列各式:x +1x ≥2,x +4x 2=x 2+x 2+4x 2≥3,x +27x 3=x 3+x 3+x 3+27x 3≥4,…,类比得x +a xn ≥n +1(n ∈N *),则a =________. [解析] (1)观察前4个等式,由归纳推理可知⎝ ⎛⎭⎪⎫sin π2n +1-2+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2π2n +1-2+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫sin 2n π2n +1-2=43×n ×(n +1)=4n n +3.(2)第一个式子是n =1的情况,此时a =11=1;第二个式子是n =2的情况,此时a =22=4;第三个式子是n =3的情况,此时a =33=27,归纳可知a =n n.[答案] (1)4nn +3(2)n n[方法技巧]与式子有关的推理类型及解法(1)与等式有关的推理.观察每个等式的特点,找出等式左右两侧的规律及符号后可解.(2)与不等式有关的推理.观察每个不等式的特点,注意是纵向看,找到规律后可解.类型(三) 与图形有关的推理[例3] 某种树的分枝生长规律如图所示,第1年到第5年的分枝数分别为1,1,2,3,5,则预计第10年树的分枝数为( )A.21 B.34 C.52 D.55[解析] 因为2=1+1,3=2+1,5=3+2,即从第三项起每一项都等于前两项的和,所以第10年树的分枝数为21+34=55.[答案] D[方法技巧]与图形有关的推理的解法与图形变化相关的归纳推理,解决的关键是抓住相邻图形之间的关系,合理利用特殊图形,找到其中的变化规律,得出结论,可用赋值检验法验证其真伪性.类比推理1.类比推理的应用一般分为类比定义、类比性质和类比方法,常用技巧如下:类比定义在求解由某种熟悉的定义产生的类比推理型试题时,可以借助原定义来求解类比性质从一个特殊式子的性质、一个特殊图形的性质入手,提出类比推理型问题,求解时要认真分析两者之间的联系与区别,深入思考两者的转化过程是求解的关键类比方法有一些处理问题的方法具有类比性,我们可以把这种方法类比应用到其他问题的求解中,注意知识的迁移2.平面中常见的元素与空间中元素的类比:平面点线圆三角形角面积周长…空间线面球三棱锥二面角体积表面积…[例4] 如图,在梯形ABCD中,AB∥CD,AB=a,CD=b(a>b).若EF ∥AB ,EF 到CD 与AB 的距离之比为m ∶n ,则可推算出:EF =ma +nbm +n.用类比的方法,推想出下面问题的结果.在上面的梯形ABCD 中,分别延长梯形的两腰AD 和BC 交于O 点,设△OAB ,△ODC 的面积分别为S 1,S 2,则△OEF 的面积S 0与S 1,S 2的关系是( )A .S 0=mS 1+nS 2m +n B .S 0=nS 1+mS 2m +n C.S 0=m S 1+n S 2m +nD.S 0=n S 1+m S 2m +n[解析] 在平面几何中类比几何性质时,一般是由平面几何中点的性质类比推理线的性质;由平面几何中线段的性质类比推理面积的性质.故由EF =ma +nbm +n类比到关于△OEF 的面积S 0与S 1,S 2的关系是S 0=m S 1+n S 2m +n.[答案] C [方法技巧]类比推理的步骤和方法(1)类比推理是由特殊到特殊的推理,其一般步骤为: ①找出两类事物之间的相似性或一致性;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). (2)类比推理的关键是找到合适的类比对象.平面几何中的一些定理、公式、结论等,可以类比到立体几何中,得到类似的结论.能力练通 抓应用体验的“得”与“失”1.[考点二]由代数式的乘法法则类比推导向量的数量积的运算法则: ①“mn =nm ”类比得到“a·b =b·a ”;②“(m +n )t =mt +nt ”类比得到“(a +b )·c =a·c +b·c ”; ③“(m ·n )t =m (n ·t )”类比得到“(a·b )·c =a·(b·c )”; ④“t ≠0,mt =xt ⇒m =x ”类比得到“p ≠0,a·p =x·p ⇒a =x ”; ⑤“|m ·n |=|m |·|n |”类比得到“|a·b|=|a|·|b|”; ⑥“ac bc =a b ”类比得到“a·c b·c =ab”.以上的式子中,类比得到的结论正确的个数是( ) A .1 B .2 C .3 D .4解析:选B ①②正确,③④⑤⑥错误.2.[考点二]在平面几何中有如下结论:正三角形ABC 的内切圆面积为S 1,外接圆面积为S 2,则S 1S 2=14,推广到空间可以得到类似结论:已知正四面体P ABC 的内切球体积为V 1,外接球体积为V 2,则V 1V 2=( )A.18B.19C.164D.127解析:选D 正四面体的内切球与外接球的半径之比为1∶3,故V 1V 2=127.3.[考点一·类型(一)]两旅客坐火车外出旅游,希望座位连在一起,且有一个靠窗,已知火车上的座位如图所示,则下列座位号码符合要求的应当是( )A .48,49B .62,63C .75,76D .84,85解析:选D 由已知图形中座位的排序规律可知,被5除余1的数和能被5整除的座位号靠窗,由于两旅客希望座位连在一起,且有一个靠窗,分析选项中的4组座位号知,A 、B 两组座位号都不靠窗,C 中两个座位没有连在一起,只有D 符合条件.4.[考点一·类型(二)]设n 为正整数,f (n )=1+12+13+…+1n ,计算得f (2)=32,f (4)>2,f (8)>52,f (16)>3,观察上述结果,可推测一般的结论为________.解析:∵f (21)=32,f (22)>2=42,f (23)>52,f (24)>62,∴归纳得f (2n )≥n +22(n ∈N *).答案:f (2n)≥n +22(n ∈N *)5.[考点一·类型(三)]蜜蜂被认为是自然界中最杰出的建筑师,单个蜂巢可以近似地看作是一个正六边形,如图为一组蜂巢的截面图.其中第一个图有1个蜂巢,第二个图有7个蜂巢,第三个图有19个蜂巢,按此规律,以f (n )表示第n 个图的蜂巢总数.则f (4)=________,f (n )=________.解析:因为f (1)=1,f (2)=7=1+6,f (3)=19=1+6+12,所以f (4)=1+6+12+18=37,所以f (n )=1+6+12+18+…+6(n -1)=3n 2-3n +1.答案:37 3n 2-3n +1突破点(二) 演绎推理演绎推理(1)定义:从一般性的原理出发,推出某个特殊情况下的结论,我们把这种推理称为演绎推理.(2)模式:“三段论”是演绎推理的一般模式,包括: ①大前提——已知的一般原理; ②小前提——所研究的特殊情况;③结论——根据一般原理,对特殊情况做出的判断. (3)特点:演绎推理是由一般到特殊的推理.[典例] 数列{a n }的前n 项和记为S n ,已知a 1=1,a n +1=2nS n (n ∈N *).证明: (1)数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是等比数列;(2)S n +1=4a n .[证明] (1)∵a n +1=S n +1-S n ,a n +1=n +2nS n , ∴(n +2)S n =n (S n +1-S n ), 即nS n +1=2(n +1)S n . 故S n +1n +1=2·S nn,(小前提) 故⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是以2为公比,1为首项的等比数列.(结论) (大前提是等比数列的定义)(2)由(1)可知数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是等比数列,(大前提)所以S n +1n +1=4·S n -1n -1(n ≥2), 即S n +1=4(n +1)·S n -1n -1=4·n -1+2n -1·S n -1 =4a n (n ≥2).又a 2=3S 1=3,S 2=a 1+a 2=1+3=4=4a 1,(小前提) 所以对于任意正整数n ,都有S n +1=4a n .(结论) [方法技巧]演绎推理的推证规则(1)演绎推理是从一般到特殊的推理,其一般形式是三段论,应用三段论解决问题时,应当首先明确什么是大前提和小前提,如果前提是显然的,则可以省略,本例中,等比数列的定义在解题中是大前提,由于它是显然的,因此省略不写.(2)在推理论证过程中,一些稍复杂一点的证明题常常要由几个三段论才能完成.能力练通 抓应用体验的“得”与“失” 1.已知函数f (x )=-aa x +a(a >0,且a ≠1).(1)证明:函数y =f (x )的图象关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-12对称;(2)求f (-2)+f (-1)+f (0)+f (1)+f (2)+f (3)的值.解:(1)证明:函数f (x )的定义域为全体实数,任取一点(x ,y ),它关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-12对称的点的坐标为(1-x ,-1-y ).(大前提)由已知y =-aa x +a,则-1-y =-1+aa x+a =-a xa x+a ,f (1-x )=-aa 1-x +a =-aa a x+a =-a ·a x a +a ·a x =-a xa x+a ,(小前提) ∴-1-y =f (1-x ),即函数y =f (x )的图象关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-12对称.(结论)(2)由(1)知-1-f (x )=f (1-x ), 即f (x )+f (1-x )=-1.∴f (-2)+f (3)=-1,f (-1)+f (2)=-1,f (0)+f (1)=-1. 故f (-2)+f (-1)+f (0)+f (1)+f (2)+f (3)=-3.2.已知函数y =f (x )满足:对任意a ,b ∈R ,a ≠b ,都有af (a )+bf (b )>af (b )+bf (a ),试证明:f (x )为R 上的单调增函数.证明:设任意x 1,x 2∈R ,取x 1<x 2,则由题意得x 1f (x 1)+x 2f (x 2)>x 1f (x 2)+x 2f (x 1),所以x 1[f (x 1)-f (x 2)]+x 2[f (x 2)-f (x 1)]>0,[f (x 2)-f (x 1)](x 2-x 1)>0, 因为x 1<x 2,即x 2-x 1>0,所以f (x 2)-f (x 1)>0,即f (x 2)>f (x 1).(小前提) 所以y =f (x )为R 上的单调增函数.(结论)[全国卷5年真题集中演练——明规律] 1.(2016·全国甲卷)有三张卡片,分别写有1和2,1和3,2和3.甲,乙,丙三人各取走一张卡片,甲看了乙的卡片后说:“我与乙的卡片上相同的数字不是2”,乙看了丙的卡片后说:“我与丙的卡片上相同的数字不是1”,丙说:“我的卡片上的数字之和不是5”,则甲的卡片上的数字是________.解析:由丙所言可能有两种情况.一种是丙持有“1和2”,结合乙所言可知乙持有“2和3”,从而甲持有“1和3”,符合甲所言情况;另一种是丙持有“1和3”,结合乙所言可知乙持有“2和3”,从而甲持有“1和2”,不符合甲所言情况.故甲持有“1和3”.答案:1和32.(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:我们三个去过同一城市. 由此判断乙去过的城市为________.解析:由于甲、乙、丙三人去过同一城市,而甲没有去过B 城市,乙没有去过C 城市,因此三人去过的同一城市应为A ,而甲去过的城市比乙多,但没去过B 城市,所以甲去过A ,C 城市,乙去过的城市应为A.答案:A[课时达标检测] 重点保分课时——一练小题夯双基,二练题点过高考[练基础小题——强化运算能力]1.(1)已知a 是三角形一边的长,h 是该边上的高,则三角形的面积是12ah ,如果把扇形的弧长l ,半径r 分别看成三角形的底边长和高,可得到扇形的面积为12lr ;(2)由1=12,1+3=22,1+3+5=32,可得到1+3+5+…+2n -1=n 2,则(1)(2)两个推理过程分别属于( )A .类比推理、归纳推理B .类比推理、演绎推理C .归纳推理、类比推理D .归纳推理、演绎推理解析:选A (1)由三角形的性质得到扇形的性质有相似之处,此种推理为类比推理;(2)由特殊到一般,此种推理为归纳推理,故选A.2.“因为指数函数y =a x是增函数(大前提),而y =⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 是指数函数(小前提),所以y=⎝ ⎛⎭⎪⎫13x是增函数(结论)”,上面推理的错误在于( ) A .大前提错导致结论错 B .小前提错导致结论错 C .推理形式错导致结论错 D .大前提和小前提都错导致结论错解析:选A y =a x是增函数这个大前提是错误的,从而导致结论错误.3.观察下列各式:a +b =1,a 2+b 2=3,a 3+b 3=4,a 4+b 4=7,a 5+b 5=11,…,则a 10+b 10=( )A .121B .123C .231D .211解析:选B 令a n =a n+b n,则a 1=1,a 2=3,a 3=4,a 4=7,…,得a n +2=a n +a n +1,从而a 6=18,a 7=29,a 8=47,a 9=76,a 10=123.4.下面图形由小正方形组成,请观察图1至图4的规律,并依此规律,写出第n 个图形中小正方形的个数是________.解析:由题图知第1个图形的小正方形个数为1,第2个图形的小正方形个数为1+2,第3个图形的小正方形个数为1+2+3,第4个图形的小正方形个数为1+2+3+4,…,则第n 个图形的小正方形个数为1+2+3+…+n =n n +2.答案:n n +25.在平面几何中:△ABC 中∠C 的角平分线CE 分AB 所成线段的比为 AC BC =AE BE.把这个结论类比到空间:在三棱锥A BCD 中(如图),DEC 平分二面角A CD B 且与AB 相交于E ,则得到类比的结论是_____________________.解析:由平面中线段的比转化为空间中面积的比可得AE EB =S △ACDS △BCD. 答案:AE EB =S △ACDS △BCD[练常考题点——检验高考能力]一、选择题1.给出下面类比推理(其中Q 为有理数集,R 为实数集,C 为复数集):①“若a ,b ∈R ,则a -b =0⇒a =b ”类比推出“a ,b ∈C ,则a -b =0⇒a =b ”; ②“若a ,b ,c ,d ∈R ,则复数a +b i =c +d i ⇒a =c ,b =d ”类比推出“a ,b ,c ,d ∈Q ,则a +b 2=c +d 2⇒a =c ,b =d ”;③“a ,b ∈R ,则a -b >0⇒a >b ”类比推出“若a ,b ∈C ,则a -b >0⇒a >b ”; ④“若x ∈R ,则|x |<1⇒-1<x <1”类比推出“若z ∈C ,则|z |<1⇒-1<z <1”. 其中类比结论正确的个数为( ) A .1 B .2 C .3D .4解析:选B 类比结论正确的有①②.复数不能比较大小,③④错误.2.已知“整数对”按如下规律排成一列:(1,1),(1,2),(2,1),(1,3),(2,2),(3,1),(1,4),(2,3),(3,2),(4,1),…,则第60个“整数对”是( )A .(7,5)B .(5,7)C .(2,10)D .(10,1)解析:选B 依题意,把“整数对”的和相同的分为一组,不难得知第n 组中每个“整数对”的和均为n +1,且第n 组共有n 个“整数对”,这样的前n 组一共有n n +2个“整数对”,注意到+2<60<+2,因此第60个“整数对”处于第11组(每个“整数对”的和为12的组)的第5个位置,结合题意可知每个“整数对”的和为12的组中的各对数依次为:(1,11),(2,10),(3,9),(4,8),(5,7),…,因此第60个“整数对”是(5,7).3.观察下列各式:55=3 125,56=15 625,57=78 125,58=390 625,59=1 953 125,……,则52 016的末四位数字为( )A .3 125B .5 625C .0 625D .8 125解析:选C 55=3 125 ,56=15 625,57=78 125,58=390 625,59=1 953 125,……,可得59与55的后四位数字相同,由此可归纳出5m +4k与5m (k ∈N *,m =5,6,7,8)的后四位数字相同,又2 016=4×502+8,所以52 016与58的后四位数字相同,为0 625,故选C.4.若数列{a n }是等差数列,则数列{b n }⎝⎛⎭⎪⎫b n =a 1+a 2+…+a n n 也为等差数列.类比这一性质可知,若正项数列{c n }是等比数列,且{d n }也是等比数列,则d n 的表达式应为( )A .d n =c 1+c 2+…+c nnB .d n =c 1·c 2·…·c nnC .d n = n c n 1+c n 2+…+c n nnD .d n =nc 1·c 2·…·c n解析:选 D 若{a n }是等差数列,则a 1+a 2+…+a n =na 1+n n -2d ,∴b n =a 1+n -2d =d 2n +a 1-d 2,即{b n }为等差数列;若{c n }是等比数列,则c 1·c 2·…·c n =c n 1·q1+2+…+(n -1)=c n1·qn n -2,∴d n =n c 1·c 2·…·c n =c 1·qn -12,即{d n }为等比数列,故选D.5.古希腊人常用小石子在沙滩上摆成各种形状来研究数.比如:他们研究过图1中的1,3,6,10,…,由于这些数能够表示成三角形,将其称为三角形数;类似地,称图2中的1,4,9,16,…,这样的数为正方形数.下列数中既是三角形数又是正方形数的是( )A .289B .1 024C .1 225D .1 378解析:选C 观察三角形数:1,3,6,10,…,记该数列为{a n },则a 1=1,a 2=a 1+2,a 3=a 2+3,…a n =a n -1+n .∴a 1+a 2+…+a n =(a 1+a 2+…+a n -1)+(1+2+3+…+n ),∴a n =1+2+3+…+n =n n +2,观察正方形数:1,4,9,16,…,记该数列为{b n },则b n =n 2.把四个选项的数字,分别代入上述两个通项公式,可知使得n 都为正整数的只有 1 225.6.某市为了缓解交通压力,实行机动车辆限行政策,每辆机动车每周一到周五都要限行一天,周末(周六和周日)不限行.某公司有A ,B ,C ,D ,E 五辆车,保证每天至少有四辆车可以上路行驶.已知E 车周四限行,B 车昨天限行,从今天算起,A ,C 两车连续四天都能上路行驶,E 车明天可以上路,由此可知下列推测一定正确的是( )A .今天是周六B .今天是周四C .A 车周三限行D .C 车周五限行解析:选B 因为每天至少有四辆车可以上路行驶,E 车明天可以上路,E 车周四限行,所以今天不是周三;因为B 车昨天限行,所以今天不是周一,也不是周日;因为A ,C 两车连续四天都能上路行驶,所以今天不是周五,周二和周六,所以今天是周四,选B.二、填空题7.对于实数x ,[x ]表示不超过x 的最大整数,观察下列等式: [ 1 ]+[ 2 ]+[ 3 ]=3,[ 4 ]+[ 5 ]+[ 6 ]+[7 ]+[8 ]=10,[9 ]+[10 ]+[11 ]+[12 ]+[13 ]+[14 ]+[15 ]=21, ……按照此规律第n 个等式的等号右边的结果为________.解析:因为[ 1 ]+[ 2 ]+[ 3 ]=1×3,[ 4 ]+[ 5 ]+[ 6 ]+[7 ]+[8 ]=2×5,[9 ]+[10 ]+[11 ]+[12 ]+[13 ]+[14 ]+[15 ]=3×7,……,以此类推,第n 个等式的等号右边的结果为n (2n +1),即2n 2+n .答案:2n 2+n8.如果函数f (x )在区间D 上是凸函数,那么对于区间D 内的任意x 1,x 2,…,x n ,都有f x 1+f x 2+…+f x n n ≤f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1+x 2+…+x n n .若y =sinx 在区间(0,π)上是凸函数,那么在△ABC 中,sin A +sin B +sin C 的最大值是________.解析:由题意知,凸函数满足f x 1+f x 2+…+f x n n ≤f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1+x 2+…+x n n ,又y =sin x 在区间(0,π)上是凸函数,则sin A +sin B +sin C ≤3sin A +B +C3=3sinπ3=332. 答案:3329.设函数f (x )=xx +2(x >0),观察:f 1(x )=f (x )=xx +2,f 2(x )=f (f 1(x ))=x3x +4, f 3(x )=f (f 2(x ))=x7x +8, f 4(x )=f (f 3(x ))=x15x +16,……根据以上事实,由归纳推理可得:当n ∈N *且n ≥2时,f n (x )=f (f n -1(x ))=________.解析:根据题意知,各式中分子都是x ,分母中的常数项依次是2,4,8,16,…,可知f n (x )的分母中常数项为2n,分母中x 的系数为2n-1,故f n (x )=f (f n -1(x ))=xn-x +2n.答案:xn-x +2n10.如图,将平面直角坐标系中的格点(横、纵坐标均为整数的点)按如下规则标上数字标签:原点处标0,点(1,0)处标1,点(1,-1)处标2,点(0,-1)处标3,点(-1,-1)处标4,点(-1,0)处标5,点(-1,1)处标6,点(0,1)处标7,依此类推,则标签为2 0172的格点的坐标为________.解析:因为点(1,0)处标1=12,点(2,1)处标9=32,点(3,2)处标25=52,点(4,3)处标49=72,依此类推得点(1 009,1 008)处标2 0172.答案:(1 009,1 008) 三、解答题11.在Rt △ABC 中,AB ⊥AC ,AD ⊥BC 于D ,求证:1AD2=1AB2+1AC 2.在四面体ABCD 中,类比上述结论,你能得到怎样的猜想?并说明理由.解:如图所示,由射影定理AD 2=BD ·DC ,AB 2=BD ·BC ,AC 2=BC ·DC ,∴1AD2=1BD ·DC=BC 2BD ·BC ·DC ·BC =BC 2AB 2·AC 2. 又BC 2=AB 2+AC 2,∴1AD 2=AB 2+AC 2AB 2·AC 2=1AB 2+1AC 2. 猜想,在四面体ABCD 中,AB 、AC 、AD 两两垂直,AE ⊥平面BCD ,则1AE2=1AB2+1AC2+1AD 2.证明:如图,连接BE 并延长交CD 于F ,连接AF .∵AB ⊥AC ,AB ⊥AD ,AC ∩AD =A , ∴AB ⊥平面ACD . ∵AF ⊂平面ACD , ∴AB ⊥AF .在Rt △ABF 中,AE ⊥BF , ∴1AE2=1AB2+1AF 2.∵AB ⊥平面ACD , ∴AB ⊥CD . ∵AE ⊥平面BCD , ∴AE ⊥CD .又AB ∩AE =A , ∴CD ⊥平面ABF , ∴CD ⊥AF . ∴在Rt △ACD 中1AF2=1AC2+1AD 2,∴1AE2=1AB2+1AC2+1AD 2.12.某同学在一次研究性学习中发现,以下五个式子的值都等于同一个常数: ①sin 213°+cos 217°-sin 13°cos 17°; ②sin 215°+cos 215°-sin 15°cos 15°; ③sin 218°+cos 212°-sin 18°cos 12°; ④sin 2(-18°)+cos 248°-sin(-18°)cos 48°; ⑤sin 2(-25°)+cos 255°-sin(-25°)cos 55°. (1)试从上述五个式子中选择一个,求出这个常数;(2)根据(1)的计算结果,将该同学的发现推广为三角恒等式,并证明你的结论. 解:(1)选择②式,计算如下:sin 215°+cos 215°-sin 15°cos 15°=1-12sin 30°=1-14=34.(2)三角恒等式为sin 2α+cos 2(30°-α)-sin α·cos(30°-α)=34.证明如下:sin 2α+cos 2(30°-α)-sin α·cos(30°-α)=sin 2α+(cos 30°cos α+sin 30°sin α)2-sin α·(cos 30°cos α+sin 30°sin α)=sin 2α+34cos 2α+32sin αcos α+14sin 2α-32sin αcos α-12sin 2α=34sin 2α+34cos 2α=34.第二节直接证明与间接证明、数学归纳法突破点(一) 直接证明P 已知⇒Q 1→Q 1⇒Q 2→…→Q n ⇒Q 结论Q 结论⇐P 1→P 1⇐P 2→…→得到一个明显成立的条件综合法是从已知条件出发,逐步推向结论,综合法的适用范围是:(1)定义明确的问题,如证明函数的单调性、奇偶性,求证无条件的等式或不等式; (2)已知条件明确,并且容易通过分析和应用条件逐步逼近结论的题型. [例1] (2017·武汉模拟)已知函数f (x )=(λx +1)ln x -x +1. (1)若λ=0,求f (x )的最大值;(2)若曲线y =f (x )在点(1,f (1))处的切线与直线x +y +1=0垂直,证明:f xx -1>0. [解] (1)f (x )的定义域为(0,+∞). 当λ=0时,f (x )=ln x -x +1.本节主要包括3个知识点: 1.直接证明; 2.间接证明;数学归纳法.则f ′(x )=1x-1,令f ′(x )=0,解得x =1.当0<x <1时,f ′(x )>0,故f (x )在(0,1)上是增函数; 当x >1时,f ′(x )<0,故f (x )在(1,+∞)上是减函数. 故f (x )在x =1处取得最大值f (1)=0.(2)证明:由题可得,f ′(x )=λln x +λx +1x-1.由题设条件,得f ′(1)=1,即λ=1. ∴f (x )=(x +1)ln x -x +1.由(1)知,ln x -x +1<0(x >0,且x ≠1).当0<x <1时,x -1<0,f (x )=(x +1)ln x -x +1=x ln x +(ln x -x +1)<0,∴f xx -1>0. 当x >1时,x -1>0,f (x )=(x +1)ln x -x +1=ln x +(x ln x -x +1)=ln x -x ⎝ ⎛⎭⎪⎫ln 1x -1x +1>0, ∴f xx -1>0. 综上可知,f xx -1>0. [方法技巧] 综合法证题的思路分析法是逆向思维,当已知条件与结论之间的联系不够明显、直接,或证明过程中需要用到的知识不太明确、具体时,往往采用分析法,特别是含有根号、绝对值的等式或不等式,从正面不易推导时,常考虑用分析法.[例2] 已知a >0,证明 a 2+1a 2-2≥a +1a-2.[证明] 要证 a 2+1a 2-2≥a +1a-2,只需证a 2+1a 2≥⎝ ⎛⎭⎪⎫a +1a -(2-2). 因为a >0,所以⎝⎛⎭⎪⎫a +1a -(2-2)>0,所以只需证⎝⎛⎭⎪⎫a 2+1a 22≥⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫a +1a --22,即2(2-2)⎝⎛⎭⎪⎫a +1a ≥8-42,只需证a +1a≥2.因为a >0,a +1a ≥2显然成立当且仅当a =1a=1时,等号成立,所以要证的不等式成立.[方法技巧]分析法证题的思路(1)逆向思考是用分析法证题的主要思想,通过反推,逐步寻找使结论成立的充分条件.正确把握转化方向是使问题顺利获解的关键.(2)证明较复杂的问题时,可以采用两头凑的办法,即通过分析法找出某个与结论等价(或充分)的中间结论,然后通过综合法证明这个中间结论,从而使原命题得证.能力练通 抓应用体验的“得”与“失”1.[考点一]命题“对于任意角θ,cos 4θ-sin 4θ=cos 2θ”的证明:“cos 4θ-sin 4θ=(cos 2θ-sin 2θ)(cos 2θ+sin 2θ)=cos 2θ-sin 2θ=cos 2θ”过程应用了( )A .分析法B .综合法C .综合法、分析法综合使用D .间接证明法解析:选B 因为证明过程是“从左向右”,即由条件逐步推向结论,故选B. 2.[考点一](2017·广州调研)若a ,b ,c 为实数,且a <b <0,则下列命题正确的是( ) A .ac 2<bc 2B .a 2>ab >b 2C.1a <1bD.b a >a b解析:选B a 2-ab =a (a -b ), ∵a <b <0,∴a -b <0,∴a (a -b )>0,即a 2-ab >0,∴a 2>ab .①又∵ab -b 2=b (a -b )>0,∴ab >b 2,② 由①②得a 2>ab >b 2.3.[考点一]已知实数a 1,a 2,…,a 2 017满足a 1+a 2+a 3+…+a 2 017=0,且|a 1-2a 2|=|a 2-2a 3|=…=|a 2 017-2a 1|,证明:a 1=a 2=a 3=…=a 2 017=0.证明:根据条件知:(a 1-2a 2)+(a 2-2a 3)+(a 3-2a 4)+…+(a 2 017-2a 1)=-(a 1+a 2+a 3+…+a 2 017)=0.①另一方面,令|a 1-2a 2|=|a 2-2a 3|=|a 3-2a 4|=…=|a 2 017-2a 1|=m , 则a 1-2a 2,a 2-2a 3,a 3-2a 4,…,a 2 017-2a 1中每个数或为m 或为-m . 设其中有k 个m ,(2 017-k )个-m ,则(a 1-2a 2)+(a 2-2a 3)+(a 3-2a 4)+…+(a 2 017-2a 1)=k ×m +(2 017-k )×(-m )=(2k -2 017)m .②由①②知:(2k -2 017)m =0.③而2k -2 017为奇数,不可能为0,所以m =0.于是知:a 1=2a 2,a 2=2a 3,a 3=2a 4,…,a 2 016=2a 2 017,a 2 017=2a 1. 所以a 1=22 017·a 1,即得a 1=0.从而a 1=a 2=a 3=…=a 2 017=0.命题得证.4.[考点二]已知m >0,a ,b ∈R ,求证:⎝ ⎛⎭⎪⎫a +mb 1+m 2≤a 2+mb 21+m .证明:因为m >0,所以1+m >0.所以要证原不等式成立,只需证(a +mb )2≤(1+m )·(a 2+mb 2),即证m (a 2-2ab +b 2)≥0,即证m (a -b )2≥0,即证(a -b )2≥0,而(a -b )2≥0显然成立,故原不等式得证.突破点(二) 间接证明1.反证法假设原命题不成立(即在原命题的条件下,结论不成立),经过正确的推理,最后得出矛盾,因此说明假设错误,从而证明了原命题成立,这样的证明方法叫做反证法.2.用反证法证明问题的一般步骤[例1] 已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且满足a n +S n =2. (1)求数列{a n }的通项公式;(2)求证:数列{a n }中任意三项不可能按原来顺序成等差数列. [解] (1)当n =1时,a 1+S 1=2a 1=2,则a 1=1. 又a n +S n =2, 所以a n +1+S n +1=2, 两式相减得a n +1=12a n ,所以{a n }是首项为1,公比为12的等比数列,所以a n =12n -1.(2)证明:假设存在三项按原来顺序成等差数列,记为a p +1,a q +1,a r +1(p <q <r ,且p ,q ,r ∈N *),则2·12q =12p +12r ,所以2·2r -q=2r -p+1.(*)又因为p <q <r , 所以r -q ,r -p ∈N *.所以(*)式左边是偶数,右边是奇数,等式不成立. 所以假设不成立,原命题得证.[例2] 若f (x )的定义域为[a ,b ],值域为[a ,b ](a <b ),则称函数f (x )是[a ,b ]上的“四维光军”函数.(1)设g (x )=12x 2-x +32是[1,b ]上的“四维光军”函数,求常数b 的值;(2)是否存在常数a ,b (a >-2),使函数h (x )=1x +2是区间[a ,b ]上的“四维光军”函数?若存在,求出a ,b 的值;若不存在,请说明理由.[解] (1)由已知得g (x )=12(x -1)2+1,其图象的对称轴为x =1,区间[1,b ]在对称轴的右边,所以函数在区间[1,b ]上单调递增.由“四维光军”函数的定义可知,g (1)=1,g (b )=b ,即12b 2-b +32=b ,解得b =1或b =3. 因为b >1,所以b =3. (2)假设函数h (x )=1x +2在区间[a ,b ](a >-2)上是“四维光军”函数, 因为h (x )=1x +2在区间(-2,+∞)上单调递减, 所以有⎩⎪⎨⎪⎧h a =b ,h b =a ,即⎩⎪⎨⎪⎧1a +2=b ,1b +2=a ,解得a =b ,这与已知矛盾.故不存在.[例3] 已知f (x )=ln(1+e x)-mx (x ∈R),对于给定区间(a ,b ),存在x 0∈(a ,b ),使得f b -f ab -a=f ′(x 0)成立,求证:x 0唯一.[证明] 假设存在x ′0,x 0∈(a ,b ),且x ′0≠x 0,使得f b -f ab -a=f ′(x 0),f b -f ab -a=f ′(x ′0)成立,即f ′(x 0)=f ′(x ′0).因为f ′(x )=ex1+e x -m ,记g (x )=f ′(x ),所以g ′(x )=e x+ex 2>0,f ′(x )是(a ,b )上的单调递增函数.所以x 0=x ′0,这与x ′0≠x 0矛盾,所以x 0是唯一的.1.[考点三]用反证法证明命题“设a ,b 为实数,则方程x 3+ax +b =0 至少有一个实根”时,要作的假设是( )A .方程x 3+ax +b =0没有实根 B .方程 x 3+ax +b =0至多有一个实根 C .方程x 3+ax +b =0 至多有两个实根 D .方程x 3+ax +b =0 恰好有两个实根解析:选A 用反证法证明命题时,应先假设结论的否定成立,而至少有一个实根的否定是没有实根,故作的假设是“方程x 3+ax +b =0没有实根”.2.[考点一、三]若a ,b ,c 是不全相等的正数,给出下列判断:①(a -b )2+(b -c )2+(c -a )2≠0;②a >b 与a <b 及a =b 中至少有一个成立;③a ≠c ,b ≠c ,a ≠b 不能同时成立.其中判断正确的个数是( )A .0B .1C .2D .3解析:选C 由于a ,b ,c 不全相等,则a -b ,b -c ,c -a 中至少有一个不为0,故①正确;②显然正确;令a =2,b =3,c =5,满足a ≠c ,b ≠c ,a ≠b ,故③错误.3.[考点三]已知x ∈R ,a =x 2+12,b =2-x ,c =x 2-x +1,试证明a ,b ,c 至少有一个不小于1.证明:假设a ,b ,c 均小于1,即a <1,b <1,c <1,则有a +b +c <3,而a +b +c =x 2+12+2-x +x 2-x +1=2x 2-2x +12+3=2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -122+3≥3,两者矛盾,所以假设不成立, 故a ,b ,c 至少有一个不小于1.4.[考点一]设{a n }是公比为q 的等比数列.(1)推导{a n }的前n 项和公式;(2)设q ≠1,证明数列{a n +1}不是等比数列. 解:(1)设{a n }的前n 项和为S n , 当q =1时,S n =a 1+a 1+…+a 1=na 1; 当q ≠1时,S n =a 1+a 1q +a 1q 2+…+a 1qn -1,①qS n =a 1q +a 1q 2+…+a 1q n ,②①-②得,(1-q )S n =a 1-a 1q n,∴S n =a 1-q n1-q,∴S n =⎩⎪⎨⎪⎧na 1,q =1,a 1-q n1-q,q ≠1.(2)证明:假设数列{a n +1}是等比数列,则对任意的k ∈N *, (a k +1+1)2=(a k +1)(a k +2+1),a 2k +1+2a k +1+1=a k a k +2+a k +a k +2+1,a 21q 2k +2a 1q k =a 1qk -1·a 1q k +1+a 1q k -1+a 1q k +1. ∵a 1≠0,∴2q k =qk -1+qk +1.∵q ≠0,∴q 2-2q +1=0, ∴q =1,这与已知矛盾.∴假设不成立,故数列{a n +1}不是等比数列.5.[考点二]已知四棱锥S ABCD 中,底面是边长为1的正方形,又SB =SD =2,SA =1.(1)求证:SA ⊥平面ABCD ;(2)在棱SC 上是否存在异于S ,C 的点F ,使得BF ∥平面SAD ?若存在,确定F 点的位置;若不存在,请说明理由.解:(1)证明:由已知得SA 2+AD 2=SD 2,故SA ⊥AD .同理SA ⊥AB . 又AB ∩AD =A , 所以SA ⊥平面ABCD .(2)假设在棱SC 上存在异于S ,C 的点F ,使得BF ∥平面SAD . ∵BC ∥AD ,BC ⊄平面SAD . ∴BC ∥平面SAD .而BC ∩BF =B , ∴平面FBC ∥平面SAD .这与平面SBC 和平面SAD 有公共点S 矛盾,∴假设不成立.故在棱SC 上不存在异于S ,C 的点F ,使得BF ∥平面SAD .突破点(三) 数学归纳法基础联通 抓主干知识的“源”与“流”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,就可以断定命题对从n 0开始的所有正整数n 都成立.上述证明方法叫做数学归纳法.考点贯通 抓高考命题的“形”与“神”用数学归纳法证明等式[例1] 设f (n )=1+12+13+…+1n (n ∈N *).求证:f (1)+f (2)+…+f (n -1)=n [f (n )-1](n ≥2,n ∈N *).[证明] (1)当n =2时,左边=f (1)=1,右边=2⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12-1=1,左边=右边,等式成立.(2)假设n =k (k ≥2,k ∈N *)时,结论成立,即f (1)+f (2)+…+f (k -1)=k [f (k )-1],那么,当n =k +1时,f (1)+f (2)+…+f (k -1)+f (k )=k [f (k )-1]+f (k )=(k +1)f (k )-k =(k +1)⎣⎢⎡⎦⎥⎤fk +-1k +1-k =(k +1)f (k +1)-(k +1)=(k +1)[f (k +1)-1], ∴当n =k +1时结论仍然成立.由(1)(2)可知:f (1)+f (2)+…+f (n -1)=n [f (n )-1](n ≥2,n ∈N *). [方法技巧]用数学归纳法证明等式的策略(1)用数学归纳法证明等式问题是常见题型,其关键点在于弄清等式两边的构成规律,等式两边各有多少项,以及初始值n 0的值.(2)由n =k 到n =k +1时,除考虑等式两边变化的项外还要充分利用n =k 时的式子,即充分利用假设,正确写出归纳证明的步骤,从而使问题得以证明.用数学归纳法证明不等式[例2] 用数学归纳法证明:1+122+132+…+1n 2<2-1n (n ∈N *,n ≥2).[证明] (1)当n =2时,1+122=54<2-12=32,命题成立.(2)假设n =k (k ≥2,k ∈N *)时命题成立, 即1+122+132+…+1k 2<2-1k .当n =k +1时,1+122+132+…+1k 2+1k +2<2-1k+1k +2<2-1k +1kk +=2-1k +1k -1k +1=2-1k +1命题成立. 由(1)(2)知原不等式在n ∈N *,n ≥2时均成立.[方法技巧]用数学归纳法证明不等式的策略(1)当遇到与正整数n 有关的不等式证明时,应用其他办法不容易证,则可考虑应用数学归纳法.(2)用数学归纳法证明不等式的关键是由n =k 成立,推证n =k +1时也成立,用上归纳假设后,可采用分析法、综合法、作差(作商)比较法、放缩法等证明.归纳—猜想—证明[例3] 已知数列{a n }的前n 项和S n 满足:S n =a n 2+1a n-1,且a n >0,n ∈N *.(1)求a 1,a 2,a 3,并猜想{a n }的通项公式; (2)证明通项公式的正确性.[解] (1)当n =1时,由已知得a 1=a 12+1a 1-1,即a 21+2a 1-2=0. ∴a 1=3-1(a 1>0).当n =2时,由已知得a 1+a 2=a 22+1a 2-1,将a 1=3-1代入并整理得a 22+23a 2-2=0. ∴a 2=5-3(a 2>0). 同理可得a 3=7- 5.猜想a n =2n +1-2n -1(n ∈N *).(2)证明:①由(1)知,当n =1时,通项公式成立. ②假设当n =k (k ∈N *)时,通项公式成立, 即a k =2k +1-2k -1. 由于a k +1=S k +1-S k =a k +12+1a k +1-a k 2-1a k, 将a k =2k +1-2k -1代入上式,整理得a 2k +1+22k +1a k +1-2=0,∴a k +1=2k +3-2k +1, 即n =k +1时通项公式成立.由①②可知对所有n ∈N *,a n =2n +1-2n -1都成立.[方法技巧]归纳—猜想—证明类问题的解题步骤利用数学归纳法可以探索与正整数n 有关的未知问题、存在性问题,其基本模式是“归纳—猜想—证明”,即先由合情推理发现结论,然后经逻辑推理(即演绎推理)论证结论的正确性.能力练通 抓应用体验的“得”与“失”1.[考点一]求证:1-12+13-14+…+12n -1-12n =1n +1+1n +2+…+12n (n ∈N *).证明:(1)当n =1时,左边=1-12=12,右边=11+1=12,左边=右边,等式成立. (2)假设n =k (k ∈N *)时等式成立,即1-12+13-14+…+12k -1-12k =1k +1+1k +2+…+12k, 则当n =k +1时,⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+13-14+…+12k -1-12k +⎝ ⎛⎭⎪⎫12k +1-12k +2 =⎝ ⎛⎭⎪⎫1k +1+1k +2+…+12k +⎝ ⎛⎭⎪⎫12k +1-12k +2=1k +2+1k +3+…+12k +1+12k +2.即当n =k +1时,等式也成立.综合(1),(2)可知,对一切n ∈N *,等式成立.2.[考点二]用数学归纳法证明:对一切大于1的自然数n ,不等式⎝ ⎛⎭⎪⎫1+13⎝ ⎛⎭⎪⎫1+15·…·⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12n -1>2n +12均成立. 证明:(1)当n =2时,左边=1+13=43;右边=52.∵左边>右边,∴不等式成立.(2)假设n =k (k ≥2,且k ∈N *)时不等式成立, 即⎝ ⎛⎭⎪⎫1+13⎝ ⎛⎭⎪⎫1+15·…·⎝ ⎛⎭⎪⎫1+12k -1>2k +12.则当n =k +1时,⎝ ⎛⎭⎪⎫1+13⎝ ⎛⎭⎪⎫1+15·…·1+12k -1·⎣⎢⎡⎦⎥⎤1+1k +-1>2k +12·2k +22k +1=2k +222k +1=4k 2+8k +422k +1>4k 2+8k +322k +1=2k +32k +122k +1=k ++12.∴当n =k +1时,不等式也成立.由(1)(2)知,对于一切大于1的自然数n ,不等式都成立. 3.[考点三](2017·常德模拟)设a >0,f (x )=ax a +x,令a 1=1,a n +1=f (a n ),n ∈N *. (1)写出a 2,a 3,a 4的值,并猜想数列{a n }的通项公式; (2)用数学归纳法证明你的结论. 解:(1)∵a 1=1, ∴a 2=f (a 1)=f (1)=a1+a; a 3=f (a 2)=a ·a1+a a +a 1+a =a2+a ;a 4=f (a 3)=a ·a2+a a +a 2+a=a3+a .猜想a n =a n -+a(n ∈N *).(2)证明:①易知,n =1时,猜想正确. ②假设n =k (k ∈N *)时猜想正确, 即a k =a k -+a,则a k +1=f (a k )=a ·a ka +a k=a ·ak -+a a +a k -+a=ak -+a +1=a k +-1]+a.这说明,n =k +1时猜想正确. 由①②知,对于任何n ∈N *,都有a n =a n -+a.[课时达标检测] 重点保分课时——一练小题夯双基,二练题点过高考[练基础小题——强化运算能力]1.用反证法证明命题:“若a ,b ,c ,d ∈R ,a +b =1,c +d =1,且ac +bd >1,则a ,b ,c ,d 中至少有一个负数”的假设为( )A .a ,b ,c ,d 中至少有一个正数B .a ,b ,c ,d 全都为正数C .a ,b ,c ,d 全都为非负数D .a ,b ,c ,d 中至多有一个负数解析:选C 用反证法证明命题时,应先假设结论的否定成立,而“a ,b ,c ,d 中至少有一个负数”的否定是“a ,b ,c ,d 全都为非负数”.2.用数学归纳法证明2n>2n +1,n 的第一个取值应是( ) A .1 B .2 C .3D .4解析:选C ∵n =1时,21=2,2×1+1=3,2n>2n +1不成立;n =2时,22=4,2×2+1=5,2n >2n +1不成立; n =3时,23=8,2×3+1=7,2n >2n +1成立.∴n 的第一个取值应是3.3.已知f (n )=1n +1n +1+1n +2+…+1n 2,则( )A .f (n )中共有n 项,当n =2时,f (2)=12+13。
高考数学一轮复习 第十二章 推理与证明、算法、复数 12.3 推理与证明、算法、复数真题演练集训 理

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课外拓展阅读归纳、猜想、证明[典例] [2016·江西九江模拟]设数列{a n}的前n项和为S n,并且满足2S n=a错误!+n,a n〉0(n∈N*).(1)猜想{a n}的通项公式,并用数学归纳法加以证明;(2)设x〉0,y〉0,且x+y=1,证明:错误!+错误!≤错误!.[审题视角] (1)将n=1,2,3代入已知等式得a1,a2,a3,从而可猜想a n,并用数学归纳法证明.(2)利用分析法,结合x〉0,y〉0,x+y=1,利用基本不等式可证.(1)[解] 分别令n=1,2,3,得错误!∵a n〉0,∴a1=1,a2=2,a3=3.猜想:a n=n.∵2S n=a错误!+n,①当n≥2时,2S n-1=a错误!+(n-1).②①-②,得2a n=a错误!-a错误!+1,即a错误!=2a n+a错误!-1.(ⅰ)当n=2时,a错误!=2a2+12-1,∵a2>0,∴a2=2.(ⅱ)假设当n=k(k≥2)时,a k=k,那么当n=k+1时,a2,k=2a k+1+a错误!-1=2a k+1+k2-1,+1∴[a k+1-(k+1)][a k+1+(k-1)]=0,∵a k+1〉0,k≥2,∴a k+1+(k-1)>0,∴a k+1=k+1.即当n=k+1时也成立.∴a n=n(n≥2).显然n=1时,也成立,故对于一切n∈N*,均有a n=n。
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角度二 完善程序框图 (2018·高考全国卷Ⅱ)为计算 S=
1-12+13-14+…+919-1100,设计了如图 所示的程序框图,则在空白框中应填入 ()
A.i=i+1 C.i=i+3
B.i=i+2 D.i=i+4
【解析】 由程序框图的算法功能知执行框 N=N+1i 计算的是 连续奇数的倒数和,而执行框 T=T+i+1 1计算的是连续偶数的 倒数和,所以在空白执行框中应填入的命令是 i=i+2,故选 B.
A.5 C.3
B.4 D.2
【解析】 (1)N=20,i=2,T=0,Ni =220=10,是整数; T=0+1=1,i=2+1=3,3<5,Ni =230,不是整数; i=3+1=4,4<5,Ni =240=5,是整数; T=1+1=2,i=4+1=5,结束循环. 输出的 T=2,故选 B.
(2)S=0+100=100,M=-10,t=2,100>91;S=100-10= 90,M=1,t=3,90<91,输出 S,此时,t=3 不满足 t≤N, 所以输入的正整数 N 的最小值为 2,故选 D. 【答案】 (1)B (2)D
[迁移探究 2] (变结论)本例框图不变,若输出 s 的值为 3,求 输入的 t 的值.
解:由本例解析知 s=34tt, -tt<2,1 t≥1, 则 3t=3,所以 t=1(舍), 4t-t2=3,所以 t=1 或 3.
应用顺序结构和条件结构的注意点 (1)顺序结构 顺序结构是最简单的算法结构,语句与语句之间、框与框之间 是按从上到下的顺序进行的. (2)条件结构 利用条件结构解决算法问题时,重点是判断框,判断框内的条 件不同,对应的下一图框中的内容和操作要相应地进行变化, 故要重点分析判断框内的条件是否满足. [提醒] 条件结构的运用与数学的分类讨论有关.设计算法时,
B.6
7
7
C.6
D.12
解析:选 B.运行程序框图,k=1,s=1;s=1+(-1)1×12=12, k=2;s=12+(-1)2×13=56,k=3;满足条件,跳出循环,输出 的 s=56,故选 B.
执行如图所示的程序框图,则输出的 A 是________.
解析:i=0,A=2;A=2+12=52,i=1;A=2+25=152,i=2; A=2+152=2192,i=3;A=2+1229=7209,i=4,输出 A,故输出 的 A=7209.
顺序结构与条件结构(典例迁移)
执行如图所示的程序框图,如果输入的 t∈[-1,3],则 输出的 s 属于( )
A.[-3,4] C.[-4,3]
B.[-5,2] D.[-2,5]
【解析】 由程序框图得分段函数 s=34tt,-tt<2,1,t≥1.所以当- 1≤t<1 时,s=3t∈[-3,3);当 1≤t≤3 时,s=4t-t2=-(t- 2)2+4,所以此时 3≤s≤4.综上函数的值域为[-3,4],即输出 的 s 属于[-3,4].
求程序框图运行结果的思路 (1)要明确程序框图中的顺序结构、条件结构和循环结构. (2)要识别运行程序框图,理解框图所解决的实际问题. (3)按照题目的要求完成解答并验证.
[提醒] (1)注意区分当型循环和直到型循环. (2)循环结构中要正确控制循环次数. (3)要注意各个框的顺序.
1.(2019·南宁二中、柳州高中联考)执 行如图所示的程序框图,若输出的结 果 s=132,则判断框中可以填( ) A.i≥10? B.i≥11? C.i≤11? D.i≥12? 解析:选 B.执行程序框图,i=12,s=1;s=12×1=12,i=11; s=12×11=132,i=10.此时输出的 s=132,则判断框中可以填 “i≥11?”.
第十二章 复数、算法、推理与证明
第 2 讲 算法与程序框图
1.算法与程序框图
(1)算法 ①算法通常是指按照___一_定__规_则_____解决某一类问题的__明_确____ 和__有_限___的步骤. ②应用:算法通常可以编成计算机__程_序___,让计算机执行并解
决问题.
(2)程序框图 定义:程序框图又称流程图,是一种用__程__序__框____、流程线及 ___文_字__说_明______来表示算法的图形.
语句体 2 END IF
名称
当型 循环 循 结构 环 结 直到型 构 循环结
构
示意图
相应语句 _W_H_I_L_E___ 条件
循环体 _W__E_N_D___
DO 循环体
__L_O_O_P__U_N_T_IL______条件
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)一个程序框图一定包含顺序结构,但不一定包含条件结构和 循环结构.( ) (2)条件结构的出口有两个,但在执行时,只有一个出口是有效 的.( ) (3)输入框只能紧接开始框,输出框只能紧接结束框.( ) (4)输入语句可以同时给多个变量赋值.( ) (5)在算法语句中,x=x+1 是错误的.( )
2.(2019·洛阳第一次统考)已知某算法的程序 框图如图所示,则该算法的功能是( ) A.求首项为 1,公差为 2 的等差数列的前 2 017 项和 B.求首项为 1,公差为 2 的等差数列的前 2 018 项和 C.求首项为 1,公差为 4 的等差数列的前 1 009 项和 D.求首项为 1,公差为 4 的等差数列的前 1 010 项和
答案:7209
如图所示的框图,已知集合 A={x|框图中输出的 x 值},集 合 B={y|框图中输出的 y 值},全集 U=Z,Z 为整数集,则当 x=-1 时,(∁UA)∩B=________.
解析:依题意得,当 x=-1 时,A={0,1,2,3,4,5,6}, B={-3,-1,1,3,5,7,9},(∁UA)∩B={-3,-1,7, 9}. 答案:{-3,-1,7,9}
【答案】 A
[ 迁 移 探 究 1] ( 变 条 件 ) 若 本 例 的 判 断 框 中 的 条 件 改 为 “t≥1?”,则输出的 s 的范围是________. 解析:由程序框图得分段函数 s=34tt,-tt≥2,1t,<1.所以当 1≤t≤3 时,s=3t∈[3,9],当-1≤t<1 时,s=4t-t2=-(t-2)2+4, 所以此时-5≤s<3.综上函数的值域为[-5,9],即输出的 s 属 于[-5,9]. 答案:[-5,9]
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
某居民区的物业公司按月向居民收取卫生费,每月收费方法 是:4 人和 4 人以下的住房,每户收取 6 元;超过 4 人的住户, 每超出 1 人加收 1.1 元,相应收费系统的程序框图如图所示, 则①处应填( )
A.y=6+1.1x C.y=6+1.1(x-4)
【答案】 B
角度三 辨析程序框图的功能 如图所示的程序框图,该算法的功能是( )
A.计算(1+20)+(2+21)+(3+22)+…+(n+1+2n)的值 B.计算(1+21)+(2+22)+(3+23)+…+(n+2n)的值 C.计算(1+2+3+…+n)+(20+21+22+…+2n-1)的值 D.计算[1+2+3+…+(n-1)]+(20+21+22+…+2n)的值 【解析】 初始值 k=1,S=0,第 1 次进入循环体时,S=1 +20,k=2;当第 2 次进入循环体时,S=1+20+2+21,k=3,…; 给定正整数 n,当 k=n 时,最后一次进入循环体,则有 S=1 +20+2+21+…+n+2n-1,k=n+1,终止循环体,输出 S=(1 +2+3+…+n)+(20+21+22+…+2n-1),故选 C. 【答案】 C
•
作为实验科学的物理、化学和生物,就要特别重视实验和观察,并在获得感性知识的基础上,进一步通过思考来掌握科学的概念和规律,等等。
• 二、听文科课要注重在理解中记忆
• 文科多以记忆为主,比如政治,要注意哪些是观点,哪些是事例,哪些是用观点解释社会现象。听历史课时,首先要弄清楚本节教材的主要观点,然 后,弄清教材为了说明这一观点引用了哪些史实,这些史料涉及的时间、地点、人物、事件。最后,也是关键的一环,看你是否真正弄懂观点与史料间 的关系。最好还能进一步思索:这些史料能不能充分说明观点?是否还可以补充新的史料?有无相反的史料证明原观点不正确。
a
=
2cos
2
017π 3
,
b
=
2tan
2 0417π,则输出 y 的值是( )
A.3 C.6
B.4 D.-1
【解析】 根据条件语句可知程序运行后是计算 y= a(a+b),a<b, a2-b,a≥b, 且 a=2cos2 0317π=2cos π3=1, b=2tan 2 0417π=2tanπ4=2; 因为 a<b,所以 y=a(a+b)=1×3=3, 即输出 y 的值是 3. 【答案】 A
算法语句应用的三个关注点
编后语
• 同学们在听课的过程中,还要善于抓住各种课程的特点,运用相应的方法去听,这样才能达到最佳的学习效果。
• 一、听理科课重在理解基本概念和规律
• 数、理、化是逻辑性很强的学科,前面的知识没学懂,后面的学习就很难继续进行。因此,掌握基本概念是学习的关键。上课时要抓好概念的理解, 同时,大家要开动脑筋,思考老师是怎样提出问题、分析问题、解决问题的,要边听边想。为讲明一个定理,推出一个公式,老师讲解顺序是怎样的, 为什么这么安排?两个例题之间又有什么相同点和不同之处?特别要从中学习理科思维的方法,如观察、比较、分析、综合、归纳、演绎等。
解析:输入 a=91,b=39,91≠39,91>39,a=91-39=52; 52≠39,52>39,a=52-39=13;13≠39,13<39,b=39-13 =26;13≠26,13<26,b=26-13=13;a=b,输出的 a 的值 为 13. 答案:13