资源简介 4.4* 数学归纳法学习 任务 1.借助教材实例了解数学归纳法的原理.(数学抽象) 2.能用数学归纳法证明一些简单的数学命题.(逻辑推理) 3.能归纳猜想,利用数学归纳法证明与正整数有关的数学问题.(数学运算、逻辑推理)我们中国过去有个习俗,子女从父亲的姓氏,如父亲姓王,其子女都姓王.假设我们知道一个男子姓王,假设他每一代后代都有男子,而且严格按照我国过去的习俗,那么他的儿子姓什么?孙子呢?玄孙呢?……如果他有32代孙,你能确定他的32代孙的姓吗?如果他有无限代孙呢?为了保证各代孙辈都姓王,必须严格按照中国过去的习俗,否则无法递推下去,也就是说要保证第n代孙姓王能推出第n+1代孙也姓王,当然还要求第1个人必须姓王了.思考:通过这个例子,我们能得到什么启示呢?知识点1 数学归纳法一般地,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=n0(n0∈N*)时命题成立;(2)归纳递推:以“当n=k(k∈N*,k≥n0)时命题成立”为条件,推出“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.这种证明方法称为数学归纳法.数学归纳法的第一步n0的初始值是否一定为1 [提示] 不一定.如证明n边形的内角和为(n-2)·180°,第一个值n0=3.知识点2 数学归纳法的框图表示1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)用数学归纳法证题时可以只证明归纳递推即可. ( )(2)数学归纳法证明3n≥n2(n≥3,n∈N*),第一步验证n=3. ( )(3)设Sk=+++…+,则Sk+1=+++…+.( )[答案] (1)× (2)√ (3)×[提示] (1)数学归纳法两个步骤缺一不可.(3)中,Sk+1=++…+++.2.用数学归纳法证明1+++…+1)时,第一步应验证不等式( )A.1+<2 B.1++<2C.1++<3 D.1+++<3B [由题知,当n=2时,不等式为1++<2,故选B.]类型1 用数学归纳法证明等式【例1】 用数学归纳法证明:1+3×2+5×22+…+(2n-1)×2n-1=2n(2n-3)+3(n∈N*).[证明] (1)当n=1时,左边=1,右边=2×(2-3)+3=1,左边=右边,所以等式成立.(2)假设当n=k(k∈N*)时,等式成立,即1+3×2+5×22+…+(2k-1)×2k-1=2k(2k-3)+3.则当n=k+1时,1+3×2+5×22+…+(2k-1)×2k-1+(2k+1)×2k=2k(2k-3)+3+(2k+1)×2k=2k(4k-2)+3=2k+1[2(k+1)-3]+3,即当n=k+1时,等式也成立.由(1)(2)知,等式对任何n∈N*都成立. 用数学归纳法证明恒等式时应关注的三点(1)弄清n取第一个值n0时等式两端项的情况;(2)弄清从n=k到n=k+1等式两端增加了哪些项,减少了哪些项;(3)证明n=k+1时结论也成立,要设法将待证式与归纳假设建立联系,并朝n=k+1证明目标的表达式变形.[跟进训练]1.(源于人教B版教材)用数学归纳法证明,对任意的正整数n,都有12+22+32+…+n2=.[证明] (1)当n=1时,左边=12=1,右边==1,所以此时等式成立.(2)假设n=k(k≥1)时,等式成立,即12+22+32+…+k2=.则12+22+32+…+k2+(k+1)2=+(k+1)2==,所以,此时n=k+1也成立.根据(1)和(2)可知,等式对任何正整数都成立.类型2 用数学归纳法证明不等式【例2】 用数学归纳法证明1+≤1+++…+≤+n(n∈N*).[思路引导] 按照数学归纳法的步骤证明,由n=k到n=k+1的推证过程可应用放缩技巧,使问题简单化.[证明] (1)当n=1时,≤1+≤,命题成立.(2)假设当n=k(k∈N*)时,命题成立,即1+≤ 1+ + +… +≤ +k,则当n=k+1时,1+ + +… + + + +… +>1+ +2k· =1+ .又1+ + +… + + + +… +< +k+2k· = +(k+1),即当n=k+1时,命题成立.由(1)和(2)可知,命题对所有的n∈N*都成立. 1.用数学归纳法证明不等式的关键点用数学归纳法证明不等式往往比证明恒等式难度更大一些,方法更灵活些,用数学归纳法证明的第二步,即已知f (k)>g(k),求证f (k+1)>g(k+1)时应注意灵活运用证明不等式的一般方法(比较法、分析法、综合法).具体证明过程中要注意以下两点:(1)先凑假设,作等价变换;(2)瞄准当n=k+1时的递推目标,有目的地放缩、分析直到凑出结论.2.常用的几点放缩技巧(1)<n<;(2)<<(n∈N*,n>1);(3)>=2();(4)<=2()(k∈N*,k>1).[跟进训练]2.试用数学归纳法证明1+++…+<2-(n≥2,n∈N*).[证明] (1)当n=2时,1+=<2-=,命题成立.(2)假设n=k(k≥2,且k∈N*)时命题成立,即1+++…+<2-.则当n=k+1时,1+++…++<2-+<2-+=2-+-=2-,命题成立.由(1),(2)知原不等式在n∈N*,n≥2时均成立.类型3 用数学归纳法证明一些数学命题【例3】 证明:当n∈N*时,f (n)=32n+2-8n-9能被64整除.[证明] (1)当n=1时,f (1)=34-8-9=64能被64整除.(2)假设当n=k(k≥1,k∈N*)时,f (k)=32k+2-8k-9能被64整除,则当n=k+1时,f (k+1)=32(k+1)+2-8(k+1)-9=9×32k+2-8k-17=9×(32k+2-8k-9)+64k+64.故f (k+1)也能被64整除.综合(1)(2),知当n∈N*时,f (n)=32n+2-8n-9能被64整除. 用数学归纳法证明整除问题的关键是证明当n=k+1时,代数式可被除数整除,一般利用构造法,构造出含有除数及n=k时的代数式,根据归纳假设即可证明.[跟进训练]3.求证:n棱柱中过侧棱的对角面(即过棱柱的两条不相邻的侧棱的截面)的个数是f (n)=n(n-3),其中n≥4,n∈N*.[证明] (1)当n=4时,四棱柱有2个对角面,此时f (4)=×4×(4-3)=2,命题成立.(2)假设当n=k(k≥4,k∈N*)时,命题成立.即k棱柱中过侧棱的对角面有f (k)=k(k-3)个.现在考虑n=k+1时的情形.对于(k+1)棱柱A1A2…Ak+1-B1B2…Bk+1,棱Ak+1Bk+1与其余和它不相邻的(k-2)条棱共增加了(k-2)个对角面,而面A1B1BkAk变成了对角面.因此对角面的个数为f (k)+(k-2)+1=k(k-3)+k-1=(k-2)(k+1)=(k+1)[(k+1)-3],即f (k+1)=(k+1)[(k+1)-3]成立.由(1)和(2),可知原结论成立.类型4 归纳—猜想—证明【例4】 已知数列,,,…,的前n项和为Sn,计算S1,S2,S3,S4,根据计算结果,猜想Sn的表达式,并用数学归纳法进行证明.[解] S1== ;S2= += ;S3= + = ;S4= += .可以看出,上面表示四个结果的分数中,分子与项数n一致,分母可用项数n表示为3n+1.于是可以猜想Sn= .下面用数学归纳法证明这个猜想.(1)当n=1时,左边=S1= ,右边= = = ,猜想成立.(2)假设当n=k(k∈N*)时猜想成立,即+ + +… + = ,则当n=k+1时,+++…++=+===,所以,当n=k+1时猜想也成立.根据(1)和(2),可知猜想对任意n∈N*都成立. 1.“归纳—猜想—证明”的一般环节2.“归纳—猜想—证明”的主要题型(1)已知数列的递推公式,求通项或前n项和.(2)由一些恒等式、不等式改编的一些探究性问题,求使命题成立的参数值是否存在.(3)给出一些简单的命题(n=1,2,3,…),猜想并证明对任意正整数n都成立的一般性命题.[跟进训练]4.已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足a1=3,Sn=an-1+n2+1(n≥2).求a2,a3,a4的值,猜想数列{an}的通项公式并用数学归纳法证明.[解] 当n=2时,S2=a1+22+1,即3+a2=8,解得a2=5;当n=3时,S3=a2+32+1,即3+5+a3=15,解得a3=7;当n=4时,S4=a3+42+1,即3+5+7+a4=24,解得a4=9.猜想an=2n+1,下面用数学归纳法证明:当n=1时,a1=2×1+1=3,猜想成立;假设当n=k(k∈N*)时,猜想成立,即ak=2k+1,Sk==k2+2k,则当n=k+1时,Sk+1=ak+(k+1)2+1,∴Sk+ak+1=ak+(k+1)2+1,∴ak+1=ak+(k+1)2+1-Sk,ak+1=2k+1+(k+1)2+1-(k2+2k)=2(k+1)+1,所以猜想成立.综上所述,对于任意n∈N*,an=2n+1均成立.1.用数学归纳法证明n3>3n2+3n+1这一不等式时,应注意n必须为( )A.n∈N* B.n∈N*,n≥2C.n∈N*,n≥3 D.n∈N*,n≥4D [当n=1,n=2,n=3时,显然不等式不成立,当n=4时,64>61不等式成立,故用数学归纳法证明n3>3n2+3n+1这一不等式时,应注意n必须为n≥4,n∈N*,故选D.]2.用数学归纳法证明1+a+a2+…+an+1=(a≠1,n∈N*),在验证n=1成立时,左边计算所得的项是( )A.1 B.1+aC.1+a+a2 D.1+a+a2+a3C [当n=1时,左边=1+a+a1+1=1+a+a2,故C正确.]3.用数学归纳法证明“(3n+1)·7n-1(n∈N*)能被9整除”,在假设n=k(k∈N*)时命题成立之后,需证明n=k+1时命题也成立,这时除了用归纳假设外,还需证明的是余项( )能被9整除( )A.3·7k+6 B.3·7k+1+6C.3·7k-3 D.3·7k+1-3B [假设n=k时命题成立,即(3k+1)·7k-1能被9整除,那么当n=k+1时,[3(k+1)+1]·7k+1-1-[(3k+1)·7k-1]=(3k+4)·7k+1-(3k+1)·7k=[(3k+1)+3]·7k+1-(3k+1)·7k=(3k+1)·7k+1+3·7k+1-(3k+1)·7k=6·(3k+1)·7k+3·7k+1=6·[(3k+1)·7k-1]+3·7k+1+6.由(3k+1)·7k-1能被9整除可知要证上式能被9整除,还需证明3·7k+1+6也能被9整除,故选B.]4.用数学归纳法证明++…+>-.假设n=k时,不等式成立,则当n=k+1时,应推证的目标不等式是________. ++…+>- [从不等式结构看,左边n=k+1时,最后一项为,前面的分母的底数是连续的整数,右边n=k+1时,式子为-,即不等式为++…+>-.]回顾本节知识,自主完成以下问题:(1)数学归纳法步骤可概括为“三个成立,一个结”是什么意思?[提示] “三个成立”是指:①n=n0时验证命题成立,②n=k,k≥n0时假设命题成立;③n=k+1时,应用归纳假设证明命题成立.“一个结”就是结论:断定命题对从n0开始的所有正整数n都成立.(2)你认为在应用数学归纳法时应注意哪几点?[提示] ①验证是基础:找准起点,奠基要稳,有些问题中验证的初始值不一定为1;②递推是关键:正确分析由n=k到n=k+1时,式子项数的变化是应用数学归纳法成功证明问题的保障;③利用假设是核心:在第二步证明中一定要利用归纳假设,这是数学归纳法证明的核心环节,否则这样的证明就不是数学归纳法证明.(3)与自然数n有关的命题都必须用数学归纳法证明吗?数学归纳法一般用来证明哪几种类型?[提示] 数学归纳法证明的命题都是与自然数n有关的命题,但与自然数n有关的命题不一定都用数学归纳法来证明.数学归纳法证明的命题类型一般有:等式问题、不等式问题、整除问题,几何命题和“归纳—猜想—证明”等类型.4.4* 数学归纳法学习 任务 1.借助教材实例了解数学归纳法的原理.(数学抽象) 2.能用数学归纳法证明一些简单的数学命题.(逻辑推理) 3.能归纳猜想,利用数学归纳法证明与正整数有关的数学问题.(数学运算、逻辑推理)我们中国过去有个习俗,子女从父亲的姓氏,如父亲姓王,其子女都姓王.假设我们知道一个男子姓王,假设他每一代后代都有男子,而且严格按照我国过去的习俗,那么他的儿子姓什么?孙子呢?玄孙呢?……如果他有32代孙,你能确定他的32代孙的姓吗?如果他有无限代孙呢?为了保证各代孙辈都姓王,必须严格按照中国过去的习俗,否则无法递推下去,也就是说要保证第n代孙姓王能推出第n+1代孙也姓王,当然还要求第1个人必须姓王了.思考:通过这个例子,我们能得到什么启示呢?知识点1 数学归纳法一般地,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=n0(n0∈N*)时命题成立;(2)归纳递推:以“当n=k(k∈N*,k≥n0)时命题成立”为条件,推出“当__________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.这种证明方法称为数学归纳法.数学归纳法的第一步n0的初始值是否一定为1 知识点2 数学归纳法的框图表示1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)用数学归纳法证题时可以只证明归纳递推即可. ( )(2)数学归纳法证明3n≥n2(n≥3,n∈N*),第一步验证n=3. ( )(3)设Sk=+++…+,则Sk+1=+++…+.( )2.用数学归纳法证明1+++…+1)时,第一步应验证不等式( )A.1+<2 B.1++<2C.1++<3 D.1+++<3类型1 用数学归纳法证明等式【例1】 用数学归纳法证明:1+3×2+5×22+…+(2n-1)×2n-1=2n(2n-3)+3(n∈N*).[尝试解答] 用数学归纳法证明恒等式时应关注的三点(1)弄清n取第一个值n0时等式两端项的情况;(2)弄清从n=k到n=k+1等式两端增加了哪些项,减少了哪些项;(3)证明n=k+1时结论也成立,要设法将待证式与归纳假设建立联系,并朝n=k+1证明目标的表达式变形.[跟进训练]1.(源于人教B版教材)用数学归纳法证明,对任意的正整数n,都有12+22+32+…+n2=. 类型2 用数学归纳法证明不等式【例2】 用数学归纳法证明1+≤1+++…+≤+n(n∈N*).[思路引导] 按照数学归纳法的步骤证明,由n=k到n=k+1的推证过程可应用放缩技巧,使问题简单化.[尝试解答] 1.用数学归纳法证明不等式的关键点用数学归纳法证明不等式往往比证明恒等式难度更大一些,方法更灵活些,用数学归纳法证明的第二步,即已知f (k)>g(k),求证f (k+1)>g(k+1)时应注意灵活运用证明不等式的一般方法(比较法、分析法、综合法).具体证明过程中要注意以下两点:(1)先凑假设,作等价变换;(2)瞄准当n=k+1时的递推目标,有目的地放缩、分析直到凑出结论.2.常用的几点放缩技巧(1)<n<;(2)<<(n∈N*,n>1);(3)>=2();(4)<=2()(k∈N*,k>1).[跟进训练]2.试用数学归纳法证明1+++…+<2-(n≥2,n∈N*). 类型3 用数学归纳法证明一些数学命题【例3】 证明:当n∈N*时,f (n)=32n+2-8n-9能被64整除.[尝试解答] 用数学归纳法证明整除问题的关键是证明当n=k+1时,代数式可被除数整除,一般利用构造法,构造出含有除数及n=k时的代数式,根据归纳假设即可证明.[跟进训练]3.求证:n棱柱中过侧棱的对角面(即过棱柱的两条不相邻的侧棱的截面)的个数是f (n)=n(n-3),其中n≥4,n∈N*. 类型4 归纳—猜想—证明【例4】 已知数列,,,…,的前n项和为Sn,计算S1,S2,S3,S4,根据计算结果,猜想Sn的表达式,并用数学归纳法进行证明.[尝试解答] 1.“归纳—猜想—证明”的一般环节2.“归纳—猜想—证明”的主要题型(1)已知数列的递推公式,求通项或前n项和.(2)由一些恒等式、不等式改编的一些探究性问题,求使命题成立的参数值是否存在.(3)给出一些简单的命题(n=1,2,3,…),猜想并证明对任意正整数n都成立的一般性命题.[跟进训练]4.已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足a1=3,Sn=an-1+n2+1(n≥2).求a2,a3,a4的值,猜想数列{an}的通项公式并用数学归纳法证明. 1.用数学归纳法证明n3>3n2+3n+1这一不等式时,应注意n必须为( )A.n∈N* B.n∈N*,n≥2C.n∈N*,n≥3 D.n∈N*,n≥42.用数学归纳法证明1+a+a2+…+an+1=(a≠1,n∈N*),在验证n=1成立时,左边计算所得的项是( )A.1 B.1+aC.1+a+a2 D.1+a+a2+a33.用数学归纳法证明“(3n+1)·7n-1(n∈N*)能被9整除”,在假设n=k(k∈N*)时命题成立之后,需证明n=k+1时命题也成立,这时除了用归纳假设外,还需证明的是余项( )能被9整除( )A.3·7k+6 B.3·7k+1+6C.3·7k-3 D.3·7k+1-34.用数学归纳法证明++…+>-.假设n=k时,不等式成立,则当n=k+1时,应推证的目标不等式是________. 回顾本节知识,自主完成以下问题:(1)数学归纳法步骤可概括为“三个成立,一个结”是什么意思?(2)你认为在应用数学归纳法时应注意哪几点?(3)与自然数n有关的命题都必须用数学归纳法证明吗?数学归纳法一般用来证明哪几种类型? 展开更多...... 收起↑ 资源列表 新教材2023年秋高中数学第4章数列4.4数学归纳法学生用书无答案新人教A版选择性必修第二册.doc 新教材2023年秋高中数学第4章数列4.4数学归纳法教师用书含答案新人教A版选择性必修第二册.doc