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用数学归纳法证明
用数学归纳法证明
用数学归纳法证明
1/2+2/2^2+3/2^3+......+n/2^n=2-n+2/2^n.1/2+2/2^2+3/2^3+......+n/2^n=2-(n+2)/2^n.
1、当n=1时候,
左边=1/2;
右边=2-3/2=1/
2左边=右边,成立。
2、设n=k时候,有:
1/2+2/2^2+3/2^3+......+k/2^k=2-(k+2)/2^k成立,
则当n=k+1时候:
有:
1/2+2/2^2+3/2^3+.....+k/2^k+(k+1)/2^(k+1)
=2-(k+2)/2^k+(k+1)/2^(k+1)
=2-/2^(k+1)
=2-(k+3)/2^(k+1)
=2-/2^(k+1)
得证。
我觉得不是所有的猜想都非要用数学归纳法.
比如a1=2,a(n+1)/an=2,这显然是个等比数列
如果我直接猜想an=2^n,代入检验正确,而且对所有的n都成立,这时候干嘛还用数学归纳法啊.可是考试如果直接这样猜想是不得分的,必须要用数学归纳法证明.
我觉得如果是数列求和,猜想无法直接验证,需要数学归纳法,这个是可以接受的.但是上面那种情况,谁能告诉我为什么啊.我觉得逻辑已经是严密的了.
结果带入递推公式验证是对n属于正整数成立.
用数学归纳法,无论n=1,还是n=k的假设,n=k+1都需要带入递推公式验证,不是多此一举吗.我又不是一个一个验证,是对n这个变量进行验证,已经对n属于正整数成立了.怎么说就是错误的.
怎么又扯到思维上了,论严密性我比谁都在意,虽然是猜出来的,毕竟猜想需要,我的问题是--------这样的验证方式严不严密,在没有其他直接证明方法的情况下,是不是一定要用数学归纳法-------,并没有说这样就是对待数学的态度,没有猜想数学怎么发展.
这说明你一眼能看出答案,是个本领。
然而,考试是要有过程的,这个本领属于你自己,不属于其他人,比如你是股票牛人,直接看出哪支会涨哪支会跌,但是不说出为什么,恐怕也不会令人信服。
比如你的问题,你猜想之后,代入检验,验证成功说明假设正确,这是个极端错误的数学问题,请记住:
不是验证了一组答案通过,就说明答案是唯一的!
比如x+y=2.我们都知道这是由无数组解的方程。
但是我猜想x=y=1,验证成功,于是得到答案,你觉得对吗?
所以你的证明方法是严格错误的!
你的这种思想本身就是经不起推敲的,学习数学不是会做多少题,而是给自己建立一套缜密的思维。
你的这种思维在学习过程中是一个巨大的绊脚石,你现在做的就是假设某某正确,然后拼死维护它的正确,即使有不严密的地方你也视而不见。
我说过,你有一眼看出答案的本领,这只是本领而已,填空题你有优势。
但是如果你缺少了证明的思维,证明的本领,那你就成了一个扶不起来的阿斗。
最可怕的是你的这个思想:
褒一点说善于投机取巧,贬一点说,就是思维惰性,懒。
说说你的这道题,最简单的一道数列题,当然可以一下看出答案,而且你的答案是正确的。
但是证明起来就不是那么容易了,答案不是看出来的,是算出来的。
你的解法就是告诉大家,所有的答案都是看出来,然后代入证明的。
假设看不出来怎么办?
那就无所适从,永远也解不出来了!
这就是你的做法带来的答案,你想想呢?
你的这种做法有什么值得推广的?
OK,了解!
数学归纳法使被证明了的,证明数学猜想的严密方法,这是毋庸置疑的。
在n=1时成立;假设n=k成立,则n=k+1成立。
这两个结论确保了n属于N时成立,这是严密的。
你的例题太简单,直接用等比数列的定义就可以得到答案(首项和公比均已知),不能说明你的证明方法有误。
我的本意是:
任何一种证明方法,其本身是需要严格证明的,数学归纳法是经过严格证明的;而你的证明方法:
猜想带入条件,满足条件即得到猜想正确的结论。
未经证明,(即使它很严密,我说即使)它不被别人认可。
事实上,你的证明方法(猜想带入所有条件均成立)只能得到“必要”答案,并不“充分”,你想一下,A满足B就说A=B显然是不充分的。
而数学归纳法充分必要,或者说“不大不小,不缩不放”,用你的方法可以猜想出多套答案,把所有猜想出来的答案归纳一下就是充分必要。
用数学归纳法证明:
y
s
0xy
y0
yks
y0s1
证明:
当k1时,yys
xy当k2时,yx2y当k3时,yx3y······当kn时,yxny当kn1时,y
y0
sny0s3y0s2
01
要使
y0s
xy
成立
要使
y0s
xy
y0s2
成立
要使
y0s
xy
y0s3
成立
要使
y0s
xy
y0sn
成立
y0
sn1
yy0y01y01y0
yn0nyyn1y
s1sns1sns1
sysysy
xn1y等式成立,即y
y0s
xy
y0sk
人教版选修4—5不等式选讲
课题:
用数学归纳法证明不等式
教学目标:
1、牢固掌握数学归纳法的证明步骤,熟练表达数学归纳法证明的过程。
2、通过事例,学生掌握运用数学归纳法,证明不等式的思想方法。
3、培养学生的逻辑思维能力,运算能力和分析问题,解决问题的能力。
重点、难点:
1、巩固对数学归纳法意义和有效性的理解,并能正确表达解题过程,以及掌握用数学归纳法证明不等式的基本思路。
2、应用数学归纳法证明的不同方法的选择和解题技巧。
教学过程:
一、复习导入:
1、上节课学习了数学归纳法及运用数学归纳法解题的步骤,请同学们回顾,说出数学归纳法的步骤?
(1)数学归纳法是用于证明某些与自然数有关的命题的一种方法。
(2)步骤:
1)归纳奠基;
2)归纳递推。
2、作业讲评:
(出示小黑板)
习题:
用数学归纳法证明:
2+4+6+8+……+2n=n(n+1)
如采用下面的证法,对吗?
证明:
①当n=1时,左边=2=右边,则等式成立。
②假设n=k时,(k∈N,k≥1)等式成立,
即2+4+6+8+……+2k=k(k+1)
当n=k+1时,
2+4+6+8+……+2k+2(k+1)
∴n=k+1时,等式成立。
由①②可知,对于任意自然数n,原等式都成立。
(1)学生思考讨论。
(2)师生总结:
1)不正确
2)因为在证明n=k+1时,未用到归纳假设,直接用等差数列求和公式,
违背了数学归纳法本质:
递推性。
二、新知探究
明确了数学归纳法本质,我们共同讨论如何用数学归纳法证明不等式。
(出示小黑板)
例1观察下面两个数列,从第几项起an始终小于bn?
证明你的结论。
{an=n}:
1,4,9,16,25,36,49,64,81,……{bn=2}:
2,4,8,16,32,64,128,256,512,……
(1)学生观察思考
(2)师生分析
(3)解:
从第5项起,an<bn,即n²<2,n∈N+(n≥5)
证明:
(1)当n=5时,有52<25,命题成立。
(2)假设当n=k(k≥5)时命题成立即k<
2当n=k+1时,因为
(k+1)2=k2+2k+1<k2+2k+k=k2+3k<k2+k2=2k2
由
(1)
(2)可知n²<2n(n∈N+,n≥5)
学生思考、小组讨论:
①放缩技巧:
k2+2k+1<k2+2k+k;
k2+3k<k2+k
2②归纳假设:
2k
例2
证明不等式│Sinnθ│≤n│Sinθ│(n∈N+)
kn
n2
2k
分析:
这是一个涉及正整数n的三角函数问题,又与绝对值有关,在证明递推关系时,应注意利用三角函数的性质及绝对值不等式。
证明:
(1)当n=1时,上式左边=│Sinθ│=右边,不等式成立。
(2)假设当n=k(k≥1)时命题成立,即有│Sinkθ│≤k│Sinθ│
当n=k+1时,
│Sin(k+1)θ│=│SinkθCosθ+CoskθSinθ│≤│SinkθCosθ│+│CoskθSinθ│=│Sinkθ││Cosθ│+│Coskθ││Sinθ│≤│Sinkθ│+│Sinθ│≤k│Sinθ│+│Sinθ│=(k+1)│Sinθ│
所以当n=k+1时,不等式也成立。
由
(1)
(2)可知,不等式对一切正整数n均成立。
学生思考、小组讨论:
①绝对值不等式:
│a+b│≤│a│+│b│
②三角函数的有界性:
│Sinθ│≤1,│Cosθ│≤1③三角函数的两角和公式。
(板书)例3证明贝努力(Bernoulli)不等式:
如果x是实数且x>-1,x≠0,n为大于1的自然数,那么有(1+x)>1+nx分析:
①贝努力不等式中涉几个字母?
(两个:
x,n)
②哪个字母与自然数有关?
(n是大于1的自然是数)
(板书)证:
(1)当n=2时,左边=(1+x)=1+2x+x,右边=1+2x,因x>0,则原不等式成立.
(在这里,一定要强调之所以左边>右边,关键在于x>0是由已知条件x≠0获得,为下面证明做铺垫)
(2)假设n=k时(k≥2),不等式成立,即(1+x)>1+kx.师:
现在要证的目标是(1+x)>1+(k+1)x,请同学考虑.
生:
因为应用数学归纳法,在证明n=k+1命题成立时,一定要运用归纳假设,所以当
k+1k
n=k+1时.应构造出归纳假设适应的条件.所以有:
(1+x)=(1+x)(1+x),因为x>
k
-1(已知),所以1+x>0于是(1+x)(1+x)>(1+kx)(1+x).
师:
现将命题转化成如何证明不等式(1+kx)(1+x)≥1+(k+1)x.显然,上式中“=”不成立.
k+
1k
2n
故只需证:
(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x.提问:
证明不等式的基本方法有哪些?
生:
证明不等式的基本方法有比较法、综合法、分析法.
(提问的目的是使学生明确在第二步证明中,合理运用归纳假设的同时,其本质是不等式证明,因此证明不等式的所有方法、技巧手段都适用)
生:
证明不等式(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x,可采用作差比较法.(1+kx)(1+x)-[1+(k+1)x]=1+x+kx+kx-1-kx-x
=kx>0(因x≠0,则x>0).所以,(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x.生:
也可采用综合法的放缩技巧.
(1+kx)(1+x)=1+kx+x+lx=1+(k+1)x+kx.
因为kx>0,所以1+(k+1)x+kx>1+(k+1)x,即(1+kx)(1+x)>1+(1+k)x成立.
生:
……
(学生可能还有其他多种证明方法,这样培养了学生思维品质的广阔性,教师应及时引导总结)
师:
这些方法,哪种更简便,更适合数学归纳法的书写格式?
学生用放缩技巧证明显然更简便,利于书写.
(板书)将例3的格式完整规范.
证明:
(1)当n=2时,由x≠0得(1+x)=1+2x+x>1+2x,不等式成立。
(2)假设n=k(k≥2)时,不等式成立,即有(1+x)>1+kx当n=k+1时,
(1+x)k+1=(1+x)(1+x)>(1+x)(1+kx)
k
k
=1+x+kx+kx>1+x+kx=1+(k+1)x所以当n=k+1时,不等式成立
由①②可知,贝努力不等式成立。
(通过例题的讲解,在第二步证明过程中,通常要进行合理放缩,以达到转化目的)
三、课堂小结
1.用数学归纳法证明,要完成两个步骤,这两个步骤是缺一不可的.但从证题的难易来分析,证明第二步是难点和关键,要充分利用归纳假设,做好命题从n=k到n=k+1的转化,这个转化要求在变化过程中结构不变.
2.用数学归纳法证明不等式是较困难的课题,除运用证明不等式的几种基本方法外,经常使用的方法就是放缩法,针对目标,合理放缩,从而达到目标.
四、课后作业
1.课本P53:
1,3,52.证明不等式:
数列、极限、数学归纳法·用数学归纳法证明不等式·教案
证明:
(1)当n=1时,左=2,右=2,则等式成立.
(2)假设n=k时(k∈N,k≥1),等式成立,即2+4+6+…+2k=k(k+1).当n=k+1时,2+4+6+…+2k+(k+1)
所以n=k+1时,等式也成立.
根据
(1)
(2)可知,对于任意自然数n,原等式都能成立.生甲:
证明过程正确.
生乙:
证明方法不是数学归纳法,因为第二步证明时,没有应用归纳假设.
师:
从形式上看此种证明方法是数学归纳法,但实质在要证明n=k+1正确时,未用到归纳假设,直接采用等差数列求和公式,违背了数学归纳法的本质特点递推性,所以不能称之为数学归纳法.因此告诫我们在运用数学归纳法证明时,不能机械套用两个步骤,在证明n=k+1命题成立时,一定要利用归纳假设.
(课堂上讲评作业,指出学生作业中不妥之处,有利于巩固旧知识,为新知识的学习扫清障碍,使学生引以为戒,所谓温故而知新)
(二)讲授新课
师:
在明确数学归纳法本质的基础上,我们来共同研究它在不等式证明中的应用.(板书)例1已知x>-1,且x≠0,n∈N,n≥2.求证:
(1+x)n>1+nx.师:
首先验证n=2时的情况.
(板书)证:
(1)当n=2时,左边=(1+x)2=1+2x+x2,右边=1+2x,因x2>0,则原不等式成立.
(在这里,一定要强调之所以左边>右边,关键在于x2>0是由已知条件x≠0获得,为下面证明做铺垫)
用数学归纳法证明不等式·教案
教学目标
1.牢固掌握数学归纳法的证明步骤,熟练表达数学归纳法证明的过程.2.通过事例,学生掌握运用数学归纳法证明不等式的思想方法.
3.培养学生的逻辑思维能力,运算能力,和分析问题、解决问题的能力.教学重点与难点
重点:
巩固对数学归纳法意义和有效性的理解,并能正确表达解题过程,以及掌握利用数学归纳法证明不等式的基本思路.
难点:
应用数学归纳法证明的不同方法的选择及解题技巧.教学过程设计
(一)复习回顾
师:
上次课我们已经学习了数学归纳法以及运用数学归纳法解题的步骤,请同学们联想“多米诺骨牌”游戏,说出数学归纳法的步骤?
生:
数学归纳法是用于证明某些与自然数有关的命题的一种方法.设要证命题为P(n).
(1)证明当n取第一个值n0时,结论正确,即验证P(n0)正确;
(2)假设n=k(k∈N且k≥n0)时结论正确,证明当n=k+1时,结论也正确,即由P(k)正确推出P(k+1)正确,根据
(1),
(2),就可以判定命题P(n)对于从n0开始的所有自然数n都正确.
师:
演示小黑板或运用投影仪讲评作业.
(讲评作业的目的是从错误中进一步强调恰当地运用归纳假设是数学归纳法的关键)
作业中用数学归纳法证明:
2+4+6+8+„+2n=n(n+1).如采用下面的证法,对吗?
证明:
(1)当n=1时,左=2,右=2,则等式成立.
(2)假设n=k时(k∈N,k≥1),等式成立,即2+4+6+„+2k=k(k+1).当n=k+1时,2+4+6+„+2k+(k+1)
所以n=k+1时,等式也成立.
根据
(1)
(2)可知,对于任意自然数n,原等式都能成立.生甲:
证明过程正确.
生乙:
证明方法不是数学归纳法,因为第二步证明时,没有应用归纳假设.师:
从形式上看此种证明方法是数学归纳法,但实质在要证明n=k+1正确时,未用到归纳假设,直接采用等差数列求和公式,违背了数学归纳法的本质特点递推性,所以不能称之为数学归纳法.因此告诫我们在运用数学归纳法证明时,不能机械套用两个步骤,在证明n=k+1命题成立时,一定要利用归纳假设.(课堂上讲评作业,指出学生作业中不妥之处,有利于巩固旧知识,为新知识的学习扫清障碍,使学生引以为戒,所谓温故而知新)
(二)讲授新课
师:
在明确数学归纳法本质的基础上,我们来共同研究它在不等式证明中的应用.
(板书)例1已知x>-1,且x≠0,n∈N,n≥2.求证:
(1+x)n>1+nx.师:
首先验证n=2时的情况.
(板书)证:
(1)当n=2时,左边=(1+x)2=1+2x+x2,右边=1+2x,因x2>0,则原不等式成立.
(在这里,一定要强调之所以左边>右边,关键在于x2>0是由已知条件x≠0获得,为下面证明做铺垫)
(2)假设n=k时(k≥2),不等式成立,即(1+x)k>1+kx.师:
现在要证的目标是(1+x)k+1>1+(k+1)x,请同学考虑.生:
因为应用数学归纳法,在证明n=k+1命题成立时,一定要运用归纳假设,所以当n=k+1时.应构造出归纳假设适应的条件.所以有:
(1+x)k+1=(1+x)k
k(1+x),因为x>-1(已知),所以1+x>0于是(1+x)(1+x)>(1+kx)(1+x).
师:
现将命题转化成如何证明不等式(1+kx)(1+x)≥1+(k+1)x.显然,上式中“=”不成立.
故只需证:
(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x.提问:
证明不等式的基本方法有哪些?
生甲:
证明不等式的基本方法有比较法、综合法、分析法.
(提问的目的是使学生明确在第二步证明中,合理运用归纳假设的同时,其本质是不等式证明,因此证明不等式的所有方法、技巧手段都适用)
生乙:
证明不等式(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x,可采用作差比较法.(1+kx)(1+x)-[1+(k+1)x]=1+x+kx+kx2-1-kx-x=kx2>0(因x≠0,则x2>0).所以,(1+kx)(1+x)>1+(k+1)x.生丙:
也可采用综合法的放缩技巧.
(1+kx)(1+x)=1+kx+x+lx2=1+(k+1)x+kx2.
因为kx2>0,所以1+(k+1)x+kx2>1+(k+1)x,即(1+kx)(1+x)>1+(1+k)x成立.
生丁:
„„
(学生可能还有其他多种证明方法,这样培养了学生思维品质的广阔性,教师应及时引导总结)
师:
这些方法,哪种更简便,更适合数学归纳法的书写格式?
学生丙用放缩技巧证明显然更简便,利于书写.
(板书)将例1的格式完整规范.当n=k+1时,因为x>-1,所以1+x>0,于是
左边=(1+x)k+1=(1+x)k(1+x)>(1+x)(1+lx)=1+(k+1)x+kx2;
右边=1+(k+1)x.
因为kx2>0,所以左边>右边,即(1+x)k+1>1+(k+1)x.这就是说,原不等式当n=k+1时也成立.
根据
(1)和
(2),原不等式对任何不小于2的自然数n都成立.(通过例1的讲解,明确在第二步证明过程中,虽然可以采取证明不等式的有关方法,但为了书写更流畅,逻辑更严谨,通常经归纳假设后,要进行合理放缩,以达到转化的目的)
师:
下面再举例子,来说明合理放缩的重要性.(板书)例2证明:
2n+2>n2,n∈N+.
师:
(1)当n=1时,左边=21+2=4;
右边=1,左边>右边.所以原不等式成立.
(2)假设n=k时(k≥1且k∈N)时,不等式成立,即2k+2>k2.现在,请同学们考虑n=k+1时,如何论证2k+1+2>(k+1)2成立.生:
利用归纳假设2k+1+2=2.2k+2=2(2k+2)-2>2·k2-2.
师:
将不等式2k2-2>(k+1)2,右边展开后得:
k2+2k+1,由于转化目的十分明确,所以只需将不等式的左边向k2+2k+1方向进行转化,即:
2k2-2=k2+2k+1+k2-2k-3.
由此不难看出,只需证明k2-2k-3≥0,不等式2k2-2>k2+2k+1即成立.生:
因为k2-2k-3=(k-3)(k+1),而k∈N,故k+1>0,但k-3≥0成立的条件是k≥3,所以当k∈N时,k-3≥0未必成立.
师:
不成立的条件是什么?
生:
当k=1,2时,不等式k-3≥0不成立.
师:
由于使不等式不成立的k值是有限的,只需利用归纳法,将其逐一验证原命题成立,因此在证明第一步中,应补充验证n=2时原命题成立,那么,n=3时是否也需要论证?
生:
n=3需要验证,这是因为数学归纳法中的第一步验证是第二步归纳假设的基础,而第二步中对于k是大于或等于3才成立,故在验证时,应验证n=3时,命题成立.
师:
(补充板书)
当n=2时,左=22+2=6,右=22=4,所以左>右;
当n=3时,左=23+2=10,右=32=9,所以左>右.因此当n=1,2,3时,不等式成立.(以下请学生板书)
(2)假设当n=k(k≥3且k∈N)时,不等式成立.即2k+2>k2.因为2k+1+2=2·2k+2=2(2k+2)-2>2k2-2=k2+2k+1+k2-2k-3=(k2+2k+1)+(k+1)(k-3)(因k≥3,则k-3≥0,k+1>0)≥k2+2k+1=(k+1)2.
所以2k+1+2>(k+1)2.故当n=k+1时,原不等式也成立.根据
(1)和
(2),原不等式对于任何n∈N都成立.
师:
通过例2可知,在证明n=k+1时命题成立过程中,针对目标k2+2k+1,采用缩小的手段,但是由于k的取值范围(k≥1)太大,不便于缩小,因此,用增加奠基步骤(把验证n=1.扩大到验证n=1,2,3)的方法,使假设中k的取值范围适当缩小到k≥3,促使放缩成功,达到目标.
(板书)例3求证:
当n≥2时,
(由学生自行完成第一步的验证;
第二步中的假设,教师应重点讲解n=k到n=k+1命题的转化过程)
师:
当n=k+1时,不等式的左边表达式是怎样的?
生:
当n=k+1时,
k项,应是第2k项,数列各项分母是连续的自然数,最后一项是以3k
在3k后面还有3k+
1、3k+2.最后才为3k+3即3(k+1),所以正确
(在这里,学生极易出现错误,错误的思维定势认为从n=k到n=k+1时,只增加一项,求和式中最后一项即为第几项的通项,教师在这里要着重分析,化解难点.)
运算,应针对问题的特点,巧妙合理地利用“放缩技巧”,使问题获得简捷的证明:
(板书略)
师:
设S(n)表示原式左边,f(n)表示原式右边,则由上面的证法可知,从n=k到n=k+1命题的转化途径是:
要注意:
这里S′(k)不一定是一项,应根据题目情况确定.
(三)课堂小结
1.用数学归纳法证明,要完成两个步骤,这两个步骤是缺一不可的.但从证题的难易来分析,证明第二步是难点和关键,要充分利用归纳假设,做好命题从n=k到n=k+1的转化,这个转化要求在变化过程中结构不变.
2.用数学归纳法证明不等式是较困难的课题,除运用证明不等式的几种基本方法外,经常使用的方法就是放缩法,针对目标,合理放缩,从而达到目标.
3.数学归纳法也不是万能的,也有不能解决的问题.
错误解法:
(2)假设n=k时,不等式成立,即
当n=k+1时,
则n=k+1时,不等式也成立.
根据
(1)
(2),原不等式对n∈N+都成立.
(四)课后作业
1.课本P1
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