新編高考數(shù)學(xué)人教A版理科含答案導(dǎo)學(xué)案【第七章】不等式、推理與證明 學(xué)案39
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1、新編高考數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)資料 學(xué)案39 數(shù)學(xué)歸納法 導(dǎo)學(xué)目標(biāo): 1.了解數(shù)學(xué)歸納法的原理.2.能用數(shù)學(xué)歸納法證明一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)命題. 自主梳理 1.歸納法 由一系列有限的特殊事例得出________的推理方法叫歸納法.根據(jù)推理過(guò)程中考查的對(duì)象是涉及事物的全體或部分可分為_(kāi)___歸納法和________歸納法. 2.?dāng)?shù)學(xué)歸納法 設(shè){Pn}是一個(gè)與正整數(shù)相關(guān)的命題集合,如果:(1)證明起始命題________(或________)成立;(2)在假設(shè)______成立的前提下,推出________也成立,那么可以斷定{Pn}對(duì)一切正整數(shù)成立. 3.?dāng)?shù)學(xué)歸納法證題的步驟 (1)(歸納奠
2、基)證明當(dāng)n取第一個(gè)值__________時(shí)命題成立. (2)(歸納遞推)假設(shè)______________________________時(shí)命題成立,證明當(dāng)________時(shí)命題也成立.只要完成這兩個(gè)步驟,就可以斷定命題對(duì)從n0開(kāi)始的所有正整數(shù)n都成立. 自我檢測(cè) 1.用數(shù)學(xué)歸納法證明:“1+a+a2+…+an+1= (a≠1)”在驗(yàn)證n=1時(shí),左端計(jì)算所得的項(xiàng)為( ) A.1 B.1+a C.1+a+a2 D.1+a+a2+a3 2.如果命題P(n)對(duì)于n=k (k∈N*)時(shí)成立,則它對(duì)n=k+2也成立,又若P(n)對(duì)于n=2時(shí)成立,則下列結(jié)論正確的是(
3、)
A.P(n)對(duì)所有正整數(shù)n成立
B.P(n)對(duì)所有正偶數(shù)n成立
C.P(n)對(duì)所有正奇數(shù)n成立
D.P(n)對(duì)所有大于1的正整數(shù)n成立
3.(2011·臺(tái)州月考)證明<1++++…+
4、只需展開(kāi)( ) A.(k+3)3 B.(k+2)3 C.(k+1)3 D.(k+1)3+(k+2)3 探究點(diǎn)一 用數(shù)學(xué)歸納法證明等式 例1 對(duì)于n∈N*,用數(shù)學(xué)歸納法證明: 1·n+2·(n-1)+3·(n-2)+…+(n-1)·2+n·1=n(n+1)(n+2). 變式遷移1 (2011·金華月考)用數(shù)學(xué)歸納法證明: 對(duì)任意的n∈N*,1-+-+…+-=++…+. 探究點(diǎn)二 用數(shù)學(xué)歸納法證明不等式 例2 用數(shù)學(xué)歸納法證明:對(duì)一切大于1的自然數(shù),不等式…>均成立.
5、 變式遷移2 已知m為正整數(shù),用數(shù)學(xué)歸納法證明:當(dāng)x>-1時(shí),(1+x)m≥1+mx. 探究點(diǎn)三 用數(shù)學(xué)歸納法證明整除問(wèn)題 例3 用數(shù)學(xué)歸納法證明:當(dāng)n∈N*時(shí),an+1+(a+1)2n-1能被a2+a+1整除. 變式遷移3 用數(shù)學(xué)歸納法證明:當(dāng)n為正整數(shù)時(shí),f(n)=32n+2-8n-9能被64整除. 從特殊到一般的思想 例 (14分)已知等差數(shù)列{an}的公差d大于0,且a2、a5是方程x2-12x+27=0的兩根,數(shù)列{bn}的前
6、n項(xiàng)和為T(mén)n,且Tn=1-bn. (1)求數(shù)列{an}、{bn}的通項(xiàng)公式; (2)設(shè)數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,試比較與Sn+1的大小,并說(shuō)明理由. 【答題模板】 解 (1)由已知得,又∵{an}的公差大于0, ∴a5>a2,∴a2=3,a5=9.∴d===2,a1=1, ∴an=1+(n-1)×2=2n-1.[2分] ∵Tn=1-bn,∴b1=,當(dāng)n≥2時(shí),Tn-1=1-bn-1, ∴bn=Tn-Tn-1=1-bn-, 化簡(jiǎn),得bn=bn-1,[4分] ∴{bn}是首項(xiàng)為,公比為的等比數(shù)列, 即bn=·n-1=, ∴an=2n-1,bn=.[6分] (2)∵Sn
7、=n=n2,∴Sn+1=(n+1)2,=.
以下比較與Sn+1的大?。?
當(dāng)n=1時(shí),=,S2=4,∴
8、②可知n∈N*,n≥4時(shí),>Sn+1都成立.
綜上所述,當(dāng)n=1,2,3時(shí),
9、值的驗(yàn)證是歸納假設(shè)的基礎(chǔ). 2.在進(jìn)行n=k+1命題證明時(shí),一定要用n=k時(shí)的命題,沒(méi)有用到該命題而推理證明的方法不是數(shù)學(xué)歸納法. 1.?dāng)?shù)學(xué)歸納法:先證明當(dāng)n取第一個(gè)值n0時(shí)命題成立,然后假設(shè)當(dāng)n=k (k∈N*,k≥n0)時(shí)命題成立,并證明當(dāng)n=k+1時(shí)命題也成立,那么就證明了這個(gè)命題成立.這是因?yàn)榈谝徊绞紫茸C明了n取第一個(gè)值n0時(shí),命題成立,這樣假設(shè)就有了存在的基礎(chǔ),至少k=n0時(shí)命題成立,由假設(shè)合理推證出n=k+1時(shí)命題也成立,這實(shí)質(zhì)上是證明了一種循環(huán),如驗(yàn)證了n0=1成立,又證明了n=k+1也成立,這就一定有n=2成立,n=2成立,則n=3成立,n=3成立,則n=4也成立,如此
10、反復(fù)以至無(wú)窮,對(duì)所有n≥n0的整數(shù)就都成立了. 2.(1)第①步驗(yàn)證n=n0使命題成立時(shí)n0不一定是1,是使命題成立的最小正整數(shù). (2)第②步證明n=k+1時(shí)命題也成立的過(guò)程中一定要用到歸納遞推,否則就不是數(shù)學(xué)歸納法. (滿分:75分) 一、選擇題(每小題5分,共25分) 1.用數(shù)學(xué)歸納法證明命題“當(dāng)n是正奇數(shù)時(shí),xn+yn能被x+y整除”,在第二步時(shí),正確的證法是( ) A.假設(shè)n=k(k∈N*)時(shí)命題成立,證明n=k+1命題成立 B.假設(shè)n=k(k是正奇數(shù))時(shí)命題成立,證明n=k+1命題成立 C.假設(shè)n=2k+1 (k∈N*)時(shí)命題成立,證明n=k+1命題成立
11、 D.假設(shè)n=k(k是正奇數(shù))時(shí)命題成立,證明n=k+2命題成立 2.已知f(n)=+++…+,則( ) A.f(n)中共有n項(xiàng),當(dāng)n=2時(shí),f(2)=+ B.f(n)中共有n+1項(xiàng),當(dāng)n=2時(shí),f(2)=++ C.f(n)中共有n2-n項(xiàng),當(dāng)n=2時(shí),f(2)=+ D.f(n)中共有n2-n+1項(xiàng),當(dāng)n=2時(shí),f(2)=++ 3.如果命題P(n)對(duì)n=k成立,則它對(duì)n=k+1也成立,現(xiàn)已知P(n)對(duì)n=4不成立,則下列結(jié)論正確的是( ) A.P(n)對(duì)n∈N*成立 B.P(n)對(duì)n>4且n∈N*成立 C.P(n)對(duì)n<4且n∈N*成立 D.P(n)對(duì)n≤4且n∈N*
12、不成立
4.(2011·日照模擬)用數(shù)學(xué)歸納法證明1+2+3+…+n2=,則當(dāng)n=k+1時(shí)左端應(yīng)在n=k的基礎(chǔ)上加上( )
A.k2+1
B.(k+1)2
C.
D.(k2+1)+(k2+2)+(k2+3)+…+(k+1)2
5.(2011·湛江月考)已知f(x)是定義域?yàn)檎麛?shù)集的函數(shù),對(duì)于定義域內(nèi)任意的k,若f(k)≥k2成立,則f(k+1)≥(k+1)2成立,下列命題成立的是( )
A.若f(3)≥9成立,且對(duì)于任意的k≥1,均有f(k)≥k2成立
B.若f(4)≥16成立,則對(duì)于任意的k≥4,均有f(k) 13、有f(k) 14、歸納法證明1+≤1+++…+≤+n (n∈N*).
10.(12分)(2011·新鄉(xiāng)月考)數(shù)列{an}滿足an>0,Sn=(an+),求S1,S2,猜想Sn,并用數(shù)學(xué)歸納法證明.
11.(14分)(2011·鄭州月考)已知函數(shù)f(x)=e-(其中e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)).
(1)判斷f(x)的奇偶性;
(2)在(-∞,0)上求函數(shù)f(x)的極值;
(3)用數(shù)學(xué)歸納法證明:當(dāng)x>0時(shí),對(duì)任意正整數(shù)n都有f() 15、 2.(1)P1 P0 (2)Pk Pk+1
3.(1)n0 (n0∈N*) (2)n=k (k≥n0,k∈N*) n=k+1
自我檢測(cè)
1.C [當(dāng)n=1時(shí)左端有n+2項(xiàng),∴左端=1+a+a2.]
2.B [由n=2成立,根據(jù)遞推關(guān)系“P(n)對(duì)于n=k時(shí)成立,則它對(duì)n=k+2也成立”,可以推出n=4時(shí)成立,再推出n=6時(shí)成立,…,依次類推,P(n)對(duì)所有正偶數(shù)n成立”.]
3.D [當(dāng)n=2時(shí),中間的式子
1+++=1+++.]
4.C [當(dāng)n=1時(shí),21=12+1;
當(dāng)n=2時(shí),22<22+1;當(dāng)n=3時(shí),23<32+1;
當(dāng)n=4時(shí),24<42+1.而當(dāng)n=5時(shí),25 16、>52+1,∴n0=5.]
5.A [假設(shè)當(dāng)n=k時(shí),原式能被9整除,
即k3+(k+1)3+(k+2)3能被9整除.
當(dāng)n=k+1時(shí),(k+1)3+(k+2)3+(k+3)3為了能用上面的歸納假設(shè),只需將(k+3)3展開(kāi),讓其出現(xiàn)k3即可.]
課堂活動(dòng)區(qū)
例1 解題導(dǎo)引 用數(shù)學(xué)歸納法證明與正整數(shù)有關(guān)的一些等式命題,關(guān)鍵在于弄清等式兩邊的構(gòu)成規(guī)律:等式的兩邊各有多少項(xiàng),由n=k到n=k+1時(shí),等式的兩邊會(huì)增加多少項(xiàng),增加怎樣的項(xiàng).
證明 設(shè)f(n)=1·n+2·(n-1)+3·(n-2)+…+(n-1)·2+n·1.
(1)當(dāng)n=1時(shí),左邊=1,右邊=1,等式成立;
(2)假設(shè) 17、當(dāng)n=k (k≥1且k∈N*)時(shí)等式成立,
即1·k+2·(k-1)+3·(k-2)+…+(k-1)·2+k·1
=k(k+1)(k+2),
則當(dāng)n=k+1時(shí),
f(k+1)=1·(k+1)+2[(k+1)-1]+3[(k+1)-2]+…+[(k+1)-1]·2+(k+1)·1
=f(k)+1+2+3+…+k+(k+1)
=k(k+1)(k+2)+(k+1)(k+1+1)
=(k+1)(k+2)(k+3).
由(1)(2)可知當(dāng)n∈N*時(shí)等式都成立.
變式遷移1 證明 (1)當(dāng)n=1時(shí),
左邊=1-===右邊,
∴等式成立.
(2)假設(shè)當(dāng)n=k (k≥1,k∈N*)時(shí), 18、等式成立,即
1-+-+…+-
=++…+.
則當(dāng)n=k+1時(shí),
1-+-+…+-+-
=++…++-
=++…+++
=++…+++,
即當(dāng)n=k+1時(shí),等式也成立,
所以由(1)(2)知對(duì)任意的n∈N*等式都成立.
例2 解題導(dǎo)引 用數(shù)學(xué)歸納法證明不等式問(wèn)題時(shí),從n=k到n=k+1的推證過(guò)程中,證明不等式的常用方法有比較法、分析法、綜合法、放縮法等.
證明 (1)當(dāng)n=2時(shí),左邊=1+=;右邊=.
∵左邊>右邊,∴不等式成立.
(2)假設(shè)當(dāng)n=k (k≥2,且k∈N*)時(shí)不等式成立,
即…>.
則當(dāng)n=k+1時(shí),
…
>·==
>==.
∴當(dāng)n=k+1 19、時(shí),不等式也成立.
由(1)(2)知,對(duì)于一切大于1的自然數(shù)n,不等式都成立.
變式遷移2 證明 (1)當(dāng)m=1時(shí),原不等式成立;
當(dāng)m=2時(shí),左邊=1+2x+x2,右邊=1+2x,
因?yàn)閤2≥0,所以左邊≥右邊,原不等式成立;
(2)假設(shè)當(dāng)m=k(k≥2,k∈N*)時(shí),不等式成立,
即(1+x)k≥1+kx,則當(dāng)m=k+1時(shí),
∵x>-1,∴1+x>0.
于是在不等式(1+x)k≥1+kx兩邊同時(shí)乘以1+x得,
(1+x)k·(1+x)≥(1+kx)(1+x)=1+(k+1)x+kx2
≥1+(k+1)x.
所以(1+x)k+1≥1+(k+1)x,
即當(dāng)m=k+1時(shí), 20、不等式也成立.
綜合(1)(2)知,對(duì)一切正整數(shù)m,不等式都成立.
例3 解題導(dǎo)引 用數(shù)學(xué)歸納法證明整除問(wèn)題,由k過(guò)渡到k+1時(shí)常使用“配湊法”.在證明n=k+1成立時(shí),先將n=k+1時(shí)的原式進(jìn)行分拆、重組或者添加項(xiàng)等方式進(jìn)行整理,最終將其變成一個(gè)或多個(gè)部分的和,其中每個(gè)部分都能被約定的數(shù)(或式子)整除,從而由部分的整除性得出整體的整除性,最終證得n=k+1時(shí)也成立.
證明 (1)當(dāng)n=1時(shí),a2+(a+1)=a2+a+1能被a2+a+1整除.
(2)假設(shè)當(dāng)n=k (k≥1且k∈N*)時(shí),
ak+1+(a+1)2k-1能被a2+a+1整除,
則當(dāng)n=k+1時(shí),
ak+2+(a+1 21、)2k+1=a·ak+1+(a+1)2(a+1)2k-1
=a·ak+1+a·(a+1)2k-1+(a2+a+1)(a+1)2k-1
=a[ak+1+(a+1)2k-1]+(a2+a+1)(a+1)2k-1,
由假設(shè)可知a[ak+1+(a+1)2k-1]能被a2+a+1整除,
∴ak+2+(a+1)2k+1也能被a2+a+1整除,
即n=k+1時(shí)命題也成立.
綜合(1)(2)知,對(duì)任意的n∈N*命題都成立.
變式遷移3 證明 (1)當(dāng)n=1時(shí),f(1)=34-8-9=64,
命題顯然成立.
(2)假設(shè)當(dāng)n=k (k≥1,k∈N*)時(shí),
f(k)=32k+2-8k-9能被64 22、整除.
則當(dāng)n=k+1時(shí),
32(k+1)+2-8(k+1)-9=9(32k+2-8k-9)+9·8k+9·9-8(k+1)-9=9(32k+2-8k-9)+64(k+1)
即f(k+1)=9f(k)+64(k+1)
∴n=k+1時(shí)命題也成立.
綜合(1)(2)可知,對(duì)任意的n∈N*,命題都成立.
課后練習(xí)區(qū)
1.D [A、B、C中,k+1不一定表示奇數(shù),只有D中k為奇數(shù),k+2為奇數(shù).]
2.D
3.D [由題意可知,P(n)對(duì)n=3不成立(否則P(n)對(duì)n=4也成立).同理可推P(n)對(duì)n=2,n=1也不成立.]
4.D [∵當(dāng)n=k時(shí),左端=1+2+3+…+k2,
23、當(dāng)n=k+1時(shí),
左端=1+2+3+…+k2+(k2+1)+…+(k+1)2,
∴當(dāng)n=k+1時(shí),左端應(yīng)在n=k的基礎(chǔ)上加上
(k2+1)+(k2+2)+(k2+3)+…+(k+1)2.]
5.D [f(4)=25>42,∴k≥4,均有f(k)≥k2.
僅有D選項(xiàng)符合題意.]
6.2k+1
解析 ∵當(dāng)n=k+1時(shí),
左邊=1+2+…+k+(k+1)+k+…+2+1,
∴從n=k到n=k+1時(shí),應(yīng)添加的代數(shù)式為(k+1)+k=2k+1.
7.
解析 不等式的左邊增加的式子是
+-=.
8.n-1
解析 ∵f(4)=f(3)+2,f(5)=f(4)+3,
f(6)=f 24、(5)+4,…,∴f(n+1)=f(n)+n-1.
9.證明 (1)當(dāng)n=1時(shí),左邊=1+,右邊=+1,
∴≤1+≤,命題成立.(2分)
當(dāng)n=2時(shí),左邊=1+=2;右邊=+2=,
∴2<1+++<,命題成立.(4分)
(2)假設(shè)當(dāng)n=k(k≥2,k∈N*)時(shí)命題成立,
即1+<1+++…+<+k,(6分)
則當(dāng)n=k+1時(shí),
1+++…++++…+>1++2k·=1+.(8分)
又1+++…++++…+<+k+2k·=+(k+1),
即n=k+1時(shí),命題也成立.(10分)
由(1)(2)可知,命題對(duì)所有n∈N*都成立.(12分)
10.解 ∵an>0,∴Sn>0,
25、由S1=(a1+),變形整理得S=1,
取正根得S1=1.
由S2=(a2+)及a2=S2-S1=S2-1得
S2=(S2-1+),
變形整理得S=2,取正根得S2=.
同理可求得S3=.由此猜想Sn=.(4分)
用數(shù)學(xué)歸納法證明如下:
(1)當(dāng)n=1時(shí),上面已求出S1=1,結(jié)論成立.
(6分)
(2)假設(shè)當(dāng)n=k時(shí),結(jié)論成立,即Sk=.
那么,當(dāng)n=k+1時(shí),
Sk+1=(ak+1+)=(Sk+1-Sk+)
=(Sk+1-+).
整理得S=k+1,取正根得Sk+1=.
故當(dāng)n=k+1時(shí),結(jié)論成立.(11分)
由(1)、(2)可知,對(duì)一切n∈N*,Sn=都成立.
26、
(12分)
11.(1)解 ∵函數(shù)f(x)定義域?yàn)閧x∈R|x≠0}
且f(-x)===f(x),
∴f(x)是偶函數(shù).(4分)
(2)解 當(dāng)x<0時(shí),f(x)=,
f′(x)=+ (-)
=-(2x+1),(6分)
令f′(x)=0有x=-,
當(dāng)x變化時(shí),f′(x),f(x)的變化情況如下表:
x
(-∞,-)
-
(-,0)
f′(x)
+
0
-
f(x)
增
極大值
減
由表可知:當(dāng)x=-時(shí),f(x)取極大值4e-2,
無(wú)極小值.(8分)
(3)證明 當(dāng)x>0時(shí)f(x)=,∴f()=x2e-x.
考慮到:x>0時(shí),不等式f() 27、2-n等價(jià)于x2e-x
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