資源簡介

【數(shù)學】2013屆高考復習專題 數(shù)學歸納法解題舉例
歸納是一種有特殊事例導出一般原理的思維方法。歸納推理分完全歸納推理與不完全歸納推理兩種。不完全歸納推理只根據(jù)一類事物中的部分對象具有的共同性質，推斷該類事物全體都具有的性質，這種推理方法，在數(shù)學推理論證中是不允許的。完全歸納推理是在考察了一類事物的全部對象后歸納得出結論來。
數(shù)學歸納法是用來證明某些與自然數(shù)有關的數(shù)學命題的一種推理方法，在解數(shù)學題中有著廣泛的應用。它是一個遞推的數(shù)學論證方法，論證的第一步是證明命題在n＝1(或n)時成立，這是遞推的基礎；第二步是假設在n＝k時命題成立，再證明n＝k＋1時命題也成立，這是無限遞推下去的理論依據(jù)，它判斷命題的正確性能否由特殊推廣到一般，實際上它使命題的正確性突破了有限，達到無限。這兩個步驟密切相關，缺一不可，完成了這兩步，就可以斷定“對任何自然數(shù)（或n≥n且n∈N）結論都正確”。由這兩步可以看出，數(shù)學歸納法是由遞推實現(xiàn)歸納的，屬于完全歸納。
運用數(shù)學歸納法證明問題時，關鍵是n＝k＋1時命題成立的推證，此步證明要具有目標意識，注意與最終要達到的解題目標進行分析比較，以此確定和調(diào)控解題的方向，使差異逐步減小，最終實現(xiàn)目標完成解題。
運用數(shù)學歸納法，可以證明下列問題：與自然數(shù)n有關的恒等式、代數(shù)不等式、三角不等式、數(shù)列問題、幾何問題、整除性問題等等。
運用數(shù)學歸納法證明整除性問題
例1.當n∈N,求證:11n+1+122n-1能被133整除。
　　證明:(1)當n=1時，111+1+1212×1-1=133能被133整除。命題成立。
　　(2)假設n=k時，命題成立，即11k+1+122k-1能被133整除，當n=k+1時，
　　
　　根據(jù)歸納假設，11k+1+122k-1能被133整除。又能被133整除。所以，11(k+1)+122(k+1)-1能被133整除，即n=k+1時，命題成立。 由(1),(2)命題時n∈N都成立。
　　點評:同數(shù)學歸納法證明有關數(shù)或式的整除問題時，要充分利用整除的性質，若干個數(shù)（或整式）都能被某一個數(shù)（或整式）整除，則其和、差、積也能被這個數(shù)（或整式）整除。在由n=k時命題成立，證明n=k+1命題也成立時。要注意設法化去增加的項，通常要用到拆項、結合、添項、減項、分解、化簡等技巧。
　運用數(shù)學歸納法證明不等式問題
例2.設a＝＋＋…＋ (n∈N),證明：n(n＋1)【分析】與自然數(shù)n有關，考慮用數(shù)學歸納法證明。n＝1時容易證得，n＝k＋1時，因為a＝a＋,所以在假設n＝k成立得到的不等式中同時加上，再與目標比較而進行適當?shù)姆趴s求解。
【解】 當n＝1時，a＝，n(n+1)＝， (n+1)＝2 ，
∴ n＝1時不等式成立。
假設當n＝k時不等式成立，即：k(k＋1)當n＝k＋1時，k(k＋1)＋k(k＋1)＋>k(k＋1)＋(k＋1)＝(k＋1)(k＋3)>(k＋1)(k＋2)，
(k＋1)＋＝(k＋1)＋<(k＋1)＋(k＋)＝(k＋2)，
所以(k＋1)(k＋2) 綜上所述，對所有的n∈N，不等式n(n＋1)【注】 用數(shù)學歸納法解決與自然數(shù)有關的不等式問題，注意適當選用放縮法。本題中分別將縮小成(k＋1)、將放大成(k＋)的兩步放縮是證n＝k＋1時不等式成立的關鍵。為什么這樣放縮，而不放大成(k＋2)。這是與目標比較后的要求，也是遵循放縮要適當?shù)脑瓌t。
　運用數(shù)學歸納法證明幾何問題
例3．平面內(nèi)有n條直線，其中任何兩條不平行，任何三條不共點.求證：這n條直線把平面分成f(n)=個部分.
解:（1)當n＝1時，一條直線將平面分成兩個部分，而f(1) =,
∴命題成立．
(2)假設當n=k時，命題成立，即k條直線把平面分成f (k) =個部分,則當n=k＋1時，即增加一條直線l,因為任何兩條直線不平行，所以l與k條直線都相交有k個交點；又因為任何三條不共點，所以這k個交點不同于k條直線的交點，且k個交點也互不相同．如此這k個交點把直線l分成k十1段，每一段把它所在的平面區(qū)域分為兩部分，故新增加的平面分為k＋1.
∴n=k十1時命題成立．
由（1），(2）可知，當n∈N*時，命題成立．
運用數(shù)學歸納法證明等式
例4．是否存在常數(shù)a,b,c，使等式成立。
證明:分別用n=1,n=2,n=3代入等式得:　　 　　再用數(shù)學歸納法證明，，
即13+23+33+……+n3=n2(n2+2n+1)。
　　(1)當n=1時，左邊=右邊=1，等式成立。
　　(2)假設n=k時(k≥1,k∈N)等式成立，則n=k+1時，　　13+23+……+k3+(k+1)3=k2(k2+2k+1)+(k+1)3(k+1)2(k2+4k+4)=(k+1)2[(k+1)2+2(k+1)+1]
　　∴當n=k+1時，等式也成立。由(1),(2)可知，n∈N，原等式成立。
點評:這類開放型問題一般可采用n的特殊值，探求待定系數(shù)，然后再證明命題成立。但證明方法不唯一，除數(shù)學歸納法外，有時還可使用其他方法。如本題可先直接求的13+23+33+……+n3和。
五、利用數(shù)學歸納法證明數(shù)列問題
例5.已知數(shù)列，得，…，，…。S為其前n項和，求S、S、S、S，推測S公式，并用數(shù)學歸納法證明。
【解】 計算得S＝，S＝，S＝，S＝ ，
猜測S＝ (n∈N)。
當n＝1時，等式顯然成立；
假設當n＝k時等式成立，即：S＝，
當n＝k＋1時，S＝S＋
＝＋
＝
＝＝,
由此可知，當n＝k＋1時等式也成立。
綜上所述，等式對任何n∈N都成立。
【注】 把要證的等式S＝作為目標，先通分使分母含有(2k＋3)，再考慮要約分，而將分子變形，并注意約分后得到（2k＋3）－1。這樣證題過程中簡潔一些，有效地確定了證題的方向。本題的思路是從試驗、觀察出發(fā)，用不完全歸納法作出歸納猜想，再用數(shù)學歸納法進行嚴格證明，這是關于探索性問題的常見證法，在數(shù)列問題中經(jīng)常見到。 假如猜想后不用數(shù)學歸納法證明，結論不一定正確，即使正確，解答過程也不嚴密。必須要進行三步：試值 → 猜想 → 證明。

展開更多......

收起↑