2018-2019學年高中數學 第三章 數學歸納法與貝努利不等式 3.1.2 數學歸納法應用舉例導學案 新人教B版選修4-5.docx
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3.1.2 數學歸納法應用舉例 1.進一步理解數學歸納法原理. 2.會用數學歸納法證明整除問題以及平面幾何中的有關問題. 知識點1 用數學歸納法證明整除性問題 【例1】 已知數列{an}滿足a1=0,a2=1,當n∈N*時,an+2=an+1+an,求證:數列{an}的第4m+1項(m∈N*)能被3整除. 證明 (1)當m=1時, a4m+1=a5=a4+a3=(a3+a2)+(a2+a1) =(a2+a1)+2a2+a1=3a2+2a1=3+0=3. 即當m=1時,第4m+1項能被3整除. (2)假設當m=k時,a4k+1能被3整除,則當m=k+1時,a4(k+1)+1=a4k+5=a4k+4+a4k+3=2a4k+3+a4k+2 =2(a4k+2+a4k+1)+a4k+2=3a4k+2+2a4k+1. 顯然,3a4k+2能被3整除,又由假定知a4k+1能被3整除. ∴3a4k+2+2a4k+1能被3整除. 即當m=k+1時,a4(k+1)+1也能被3整除. 由(1)和(2)知,對于n∈N*,數列{an}中的第4m+1項能被3整除. ●反思感悟:本題若從遞推式入手,設法求出通項公式,會相當困難.這時,可轉向用數學歸納法證明. 1.用數學歸納法證明:(x+1)n+1+(x+2)2n-1 (n∈N*)能被x2+3x+3整除. 證明 (1)當n=1時,(x+1)1+1+(x+2)2-1=x2+3x+3, 顯然命題成立. (2)假設n=k (k≥1)時,命題成立, 即(x+1)k+1+(x+2)2k-1能被x2+3x+3整除, 則當n=k+1時,(x+1)k+2+(x+2)2k+1=(x+1)k+2+(x+1)(x+2)2k-1+(x+2)2k+1-(x+1)(x+2)2k-1 =(x+1)[(x+1)k+1+(x+2)2k-1]+(x+2)2k-1(x2+3x+3). 由假設可知上式可被x2+3x+3整除, 即n=k+1時命題成立.由(1)(2)可知原命題成立. 知識點2 探索問題 【例2】 若不等式+++…+>對一切正整數n都成立,求正整數a的最大值,并證明你的結論. 解 取n=1,++=, 令>?a<26,而a∈N*,∴取a=25. 下面用數學歸納法證明: ++…+>. (1)n=1時,已證結論正確. (2)假設n=k (k∈N*)時, ++…+>, 則當n=k+1時,有++…++++ =+ >+. ∵+=>, ∴+->0. ∴++…+>. 即n=k+1時,結論也成立. 由(1)(2)可知,對一切n∈N*,都有 ++…+>.故a的最大值為25. ●反思感悟:探索性問題一般從考查特例入手,歸納出一般結論,然后用數學歸納法證明,體現了從特殊到一般的數學思想. 2.已知f(n)=(2n+7)3n+9,是否存在正整數m,使得對任意n∈N*,都能使m整除f(n)?如果存在,求出m最大的值,并證明你的結論;若不存在,說明理由. 解 f(1)=36,f(2)=108,f(3)=360 猜想:能整除f(n)的最大整數是36. 證明如下: 用數學歸納法. (1)當n=1時,f(1)=(21+7)3+9=36,能被36整除. (2)假設n=k (k≥1)時,f(k)能被36整除, 即(2k+7)3k+9能被36整除. 則當n=k+1時, f(k+1)=[2(k+1)+7]3k+1+9 =3[(2k+7)3k+9]+18(3k-1-1). 由歸納假設3[(2k+7)3k+9]能被36整除, 而3k-1-1是偶數. ∴18(3k-1-1)能被36整除. ∴當n=k+1時,f(n)能被36整除. 由(1)(2)可知,對任意n∈N*,f(n)能被36整除. 知識點3 用數學歸納法證明幾何問題 【例3】 平面上有n個圓,每兩圓交于兩點,每三圓不過同一點,求證這n個圓分平面為n2-n+2個部分. 證明 (1)當n=1時,n2-n+2=1-1+2=2, 而一圓把平面分成兩部分,所以n=1命題成立. (2)設n=k時,k個圓分平面為k2-k+2個部分, 則n=k+1時,第k+1個圓與前k個圓有2k個交點, 這2k個交點分第k+1個圓為2k段, 每一段都將原來所在的平面一分為二, 故增加了2k個平面塊, 共有:(k2-k+2)+2k=(k+1)2-(k+1)+2個部分. ∴對n=k+1也成立. 由(1)(2)可知,這n個圓分割平面為n2-n+2個部分. ●反思感悟:如何應用歸納假設及已知條件,其關鍵是分析k增加“1”時,研究第(k+1)個圓與其他k個圓的交點個數問題,通常要結合圖形分析. 3.證明:凸n邊形的對角線的條數f(n)=n(n-3) (n≥4). 證明 (1)n=4時,f(4)=4(4-3)=2, 四邊形有兩條對角線,命題成立. (2)假設n=k (k≥4)時命題成立, 即凸k邊形的對角線的條數f(k)=k(k-3). 當n=k+1時,凸k+1邊形是在k邊形的基礎上增加了一邊,增加了一個頂點Ak+1,增加的對角線條數是頂點Ak+1與不相鄰頂點連線再加上原k邊形的一邊A1Ak,共增加的對角線條數為: (k+1-3)+1=k-1, f(k+1)=k(k-3)+k-1=(k2-k-2) =(k+1)(k-2)=(k+1)[(k+1)-3]. 故n=k+1時,命題也成立. 由(1)(2)可知,對n≥4,n∈N*公式成立. 課堂小結 1.用數學歸納法可證明有關的正整數問題,但并不是所有的正整數問題都是用數學歸納法證明的,學習時要具體問題具體分析. 2.運用數學歸納法時易犯的錯誤 (1)對項數估算的錯誤,特別是尋找n=k與n=k+1的關系時,項數發(fā)生什么變化被弄錯. (2)沒有利用歸納假設:歸納假設是必須要用的,假設是起橋梁作用的,橋梁斷了就通不過去了. (3)關鍵步驟含糊不清,“假設n=k時結論成立,利用此假設證明n=k+1時結論也成立”,是數學歸納法的關鍵一步,也是證明問題最重要的環(huán)節(jié),對推導的過程要把步驟寫完整,注意證明過程的嚴謹性、規(guī)范性. 隨堂演練 1.求證:an+1+(a+1)2n-1能被a2+a+1整除,n∈N*. 證明 (1)當n=1時,a1+1+(a+1)21-1=a2+a+1,命題顯然成立. 設n=k (k≥1)時,ak+1+(a+1)2k-1能被a2+a+1整除,則當n=k+1時, ak+2+(a+1)2k+1=aak+1+(a+1)2(a+1)2k-1 =a[ak+1+(a+1)2k-1]+(a+1)2(a+1)2k-1-a(a+1)2k-1 =a[ak+1+(a+1)2k-1]+(a2+a+1)(a+1)2k-1. 由歸納假設,知上式中的兩項均能被a2+a+1整除, 故n=k+1時命題成立. 由(1)(2)知,對n∈N*,命題成立. 2.設x1、x2是方程x2-2ax+b=0 (a,b∈Z)的兩個根,求證:x+x (n∈N)是偶數. 證明 (1)當n=1時,由韋達定理知x1+x2=2a, 而a∈Z,所以2a為偶數,命題成立. (2)假設n=k時命題成立,即x1+x2,…,x+x,x+x為偶數, 那么x+x=(x+x)(x1+x2)-x1x2(x+x). 假設x+x,x+x是偶數,所以,x+x為偶數,即n=k+1時命題成立. 由(1)和(2)知,對n∈N命題均成立. 基礎達標 1.一批花盆堆成三角形垛,頂層一個,以下各層排成正三角形,第n層和第n+1層花盆總數分別是f(n)和f(n+1),則f(n)與f(n+1)的關系為( ) A.f(n+1)-f(n)=n+1 B.f(n+1)-f(n)=n C.f(n+1)-f(n)=2n D.f(n+1)-f(n)=1 答案 A 2.n條共面直線任何兩條不平行,任何三條不共點,設其交點個數為f(n),則f(n+1)-f(n)等于( ) A.n B.n+1 C.n(n-1) D.n(n+1) 答案 A 3.設f(n)=++++…+ (n∈N*),那么f(n+1)-f(n)等于( ) A. B. C.+ D.+- 答案 D 4.記凸k邊形對角線的條數為f(k)(k≥4),那么由k到k+1時,對角線條數增加了________條. 解析 ∵f(k)=k(k-3),f(k+1)=(k+1)(k-2),f(k+1)-f(k)=k-1. 答案 k-1 5.用數學歸納法證明1+2+22+…+25n-1是31的整數倍時,當n=1時,左式等于________. 答案 1+2+22+23+24 6.已知Sn=1++++…+(n>1,n∈N*). 求證:S2n>1+(n≥2,n∈N*). 證明 (1)當n=2時,S22=1+++=>1+,不等式成立. (2)假設n=k (k≥2)時不等式成立,即 S2k=1++++…+>1+, 當n=k+1時, S2k+1=1++++…+++…+ >1+++…+>1++ =1++=1+. 故當n=k+1時不等式也成立, 綜合(1)(2)知,對任意n∈N*,n≥2, 不等式S2n>1+都成立. 綜合提高 7.用數學歸納法證明“當n為正奇數時,xn+yn能被x+y整除”,第二步歸納假設應該寫成( ) A.假設當n=k(k∈N+)時,xk+yk能被x+y整除 B.假設當n=2k(k∈N+)時,xk+yk能被x+y整除 C.假設當n=2k+1(k∈N+)時,xk+yk能被x+y整除 D.假設當n=2k-1(k∈N+)時,xk+yk能被x+y整除 解析 由數學歸納的證明思想判斷,應選D. 答案 D 8.用數學歸納法證明“- 配套講稿:
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- 2018-2019學年高中數學 第三章 數學歸納法與貝努利不等式 3.1.2 數學歸納法應用舉例導學案 新人教B版選修4-5 2018 2019 學年 高中數學 第三 數學 歸納法 貝努利 不等式 3.1
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