2018-2019學(xué)年高中數(shù)學(xué) 第一章 推理與證明 1.4 數(shù)學(xué)歸納法 1.4.2 數(shù)學(xué)歸納法的應(yīng)用課件 北師大版選修2-2.ppt

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1、第2課時(shí) 數(shù)學(xué)歸納法的應(yīng)用,1.鞏固用數(shù)學(xué)歸納法證明數(shù)學(xué)命題的方法和步驟. 2.會(huì)用數(shù)學(xué)歸納法證明不等式問題、整除問題以及幾何問題.,數(shù)學(xué)歸納法 (1)應(yīng)用范圍:作為一種證明方法,用于證明一些與正整數(shù)有關(guān)的數(shù)學(xué)命題; (2)基本要求:它的證明過程必須是兩步,最后還有結(jié)論,缺一不可; (3)注意點(diǎn):在第二步歸納遞推時(shí),從n=k到n=k+1時(shí)必須用上歸納假設(shè).,,題型一,題型二,題型三,,題型一,題型二,題型三,題型一,題型二,題型三,反思對(duì)于與正整數(shù)有關(guān)的不等式的證明,如果用其他方法證明比較困難,可考慮使用數(shù)學(xué)歸納法證明.使用數(shù)學(xué)歸納法的難點(diǎn)在第二個(gè)步驟上,這時(shí)除了一定要運(yùn)用歸納假設(shè)外,還要較多

2、地運(yùn)用不等式證明的其他方法,對(duì)所要證明的不等式加以變形,尋求其與歸納假設(shè)的聯(lián)系是解決問題的突破口.,題型一,題型二,題型三,,題型一,題型二,題型三,a2+a+1【例2】 設(shè)a∈N+,n∈N+,用數(shù)學(xué)歸納法證明:an+2+(a+1)2n+1能被整除. 分析:用數(shù)學(xué)歸納法證明整除問題,一是注意分析出n=k時(shí)的假設(shè)式,二是注意通過分解因式湊出整除.,,題型一,題型二,題型三,證明:(1)當(dāng)n=1時(shí), a3+(a+1)3=[a+(a+1)][a2-a(a+1)+(a+1)2]=(2a+1)(a2+a+1), 故當(dāng)n=1時(shí),結(jié)論成立. (2)假設(shè)當(dāng)n=k(k≥1,k∈N+)時(shí),結(jié)論成立, 即ak+2+

3、(a+1)2k+1能被a2+a+1整除. 則當(dāng)n=k+1時(shí), a(k+1)+2+(a+1)2(k+1)+1=aak+2+(a+1)2(a+1)2k+1 =a[ak+2+(a+1)2k+1]+[(a+1)2(a+1)2k+1-a(a+1)2k+1] =a[ak+2+(a+1)2k+1]+(a2+a+1)(a+1)2k+1. 因?yàn)閍k+2+(a+1)2k+1和a2+a+1均能被a2+a+1整除,且a∈N+, 所以當(dāng)n=k+1時(shí),結(jié)論成立. 根據(jù)(1)和(2),可知原結(jié)論成立.,題型一,題型二,題型三,反思應(yīng)用數(shù)學(xué)歸納法證明整除問題時(shí),關(guān)鍵是“湊項(xiàng)”,采用增項(xiàng)、減項(xiàng)、拆項(xiàng)和因式分解等方法,也可以說將

4、式子“硬提公因式”,即將n=k時(shí)的項(xiàng)從n=k+1時(shí)的項(xiàng)中“硬提出來”,后面的式子相應(yīng)變形,使之與n=k+1時(shí)的項(xiàng)相同,從而達(dá)到利用歸納假設(shè)的目的.,題型一,題型二,題型三,【變式訓(xùn)練2】 用數(shù)學(xué)歸納法證明:對(duì)于任意非負(fù)整數(shù)n,An=11n+2+122n+1能被133整除. 證明:(1)當(dāng)n=0時(shí),A0=112+12=133,命題成立. (2)假設(shè)當(dāng)n=k(k≥0,k∈Z)時(shí)命題成立,即Ak=11k+2+122k+1能被133整除,則當(dāng)n=k+1時(shí), Ak+1=11k+3+122k+3=1111k+2+122122k+1 =1111k+2+11122k+1+(122-11)122k+1 =11(

5、11k+2+122k+1)+133122k+1,能被133整除. 即當(dāng)n=k+1時(shí)命題成立. 根據(jù)(1)和(2),可知對(duì)于任意非負(fù)整數(shù)n命題都成立.,,題型一,題型二,題型三,【例3】 有n個(gè)圓,其中每?jī)蓚€(gè)圓都相交于兩點(diǎn),并且每三個(gè)圓都不相交于同一點(diǎn),求證:這n個(gè)圓把平面分成f(n)=n2-n+2個(gè)部分. 分析:由n=k到n=k+1時(shí),研究第(k+1)個(gè)圓與其他k個(gè)圓的交點(diǎn)個(gè)數(shù)問題.,,題型一,題型二,題型三,證明(1)當(dāng)n=1時(shí),即一個(gè)圓把平面分成2個(gè)部分,f(1)=2,又當(dāng)n=1時(shí),n2-n+2=2,即命題成立. (2)假設(shè)當(dāng)n=k(k≥1,k∈N+)時(shí),命題成立,即k個(gè)圓把平面分成f(k

6、)=k2-k+2個(gè)部分.若將第(k+1)個(gè)圓記作☉O,由題意,知它與k個(gè)圓中每個(gè)圓交于兩點(diǎn),又無三圓交于同一點(diǎn),于是它與其他k個(gè)圓相交于2k個(gè)點(diǎn).把☉O分成2k條弧,而每條弧把原區(qū)域分成2部分,因此這個(gè)平面的區(qū)域個(gè)數(shù)增加了2k個(gè)部分,即f(k+1)=k2-k+2+2k=(k+1)2-(k+1)+2. 即當(dāng)n=k+1時(shí)命題成立. 根據(jù)(1)和(2),可知命題對(duì)任何n∈N+均成立.,題型一,題型二,題型三,反思1.用數(shù)學(xué)歸納法證明幾何問題,關(guān)鍵在于分析由n=k到n=k+1的變化情況,即分點(diǎn)(或頂點(diǎn))增加了多少,直線的條數(shù)(或劃分區(qū)域)增加了多少(或幾部分)等. 2.幾何問題的證明:一要注意數(shù)形結(jié)合

7、,二要注意有必要的文字說明.,題型一,題型二,題型三,【變式訓(xùn)練3】 平面上有n條拋物線,其中每?jī)蓷l都相交于兩點(diǎn),并且任意三條都不相交于同一點(diǎn).求證:這n條拋物線把平面分成f(n)=n2+1部分.,題型一,題型二,題型三,證明:(1)當(dāng)n=1時(shí),即有一條拋物線,它把平面分成兩部分,因?yàn)閒(1)=12+1=2,所以當(dāng)n=1時(shí)命題成立. (2)假設(shè)當(dāng)n=k(k≥1,k∈N+)時(shí),命題成立,即k條拋物線把平面分成(k2+1)部分. 則當(dāng)n=k+1時(shí),在k條拋物線的基礎(chǔ)上增加了1條,按題目條件,新增加的這條拋物線與原來k條拋物線有2k個(gè)交點(diǎn),2k個(gè)交點(diǎn)把新增拋物線分成(2k+1)段,各段把平面一分為二

8、,所以平面增加了(2k+1)部分. 故f(k+1)=f(k)+2k+1=(k+1)2+1,即當(dāng)n=k+1時(shí)命題成立. 根據(jù)(1)和(2),可知命題對(duì)任意n∈N+都成立.,1 2 3 4 5,,,,,,1用數(shù)學(xué)歸納法證明3n≥n3(n≥3,n∈N),第一步應(yīng)驗(yàn)證 ( ) A.當(dāng)n=1時(shí)不等式成立 B.當(dāng)n=2時(shí)不等式成立 C.當(dāng)n=3時(shí)不等式成立 D.當(dāng)n=4時(shí)不等式成立 解析:由題知n的最小值為3,所以第一步驗(yàn)證當(dāng)n=3時(shí)不等式成立,選C. 答案:C,,,6,1 2 3 4 5,,,,,,2用數(shù)學(xué)歸納法證明 時(shí),由n=k(k>1,k∈N+)時(shí)不

9、等式成立,推證n=k+1時(shí)不等式成立,左邊應(yīng)增加的項(xiàng)數(shù)是( ) A.2k-1 B.2k-1 C.2k D.2k+1 解析:增加的項(xiàng)數(shù)為(2k+1-1)-(2k-1)=2k. 答案:C,,,6,1 2 3 4 5,,,,,,3.用數(shù)學(xué)歸納法證明“當(dāng)n為正奇數(shù)時(shí),xn+yn能被x+y整除”的第二步是( ) A.假設(shè)n=2k+1(k∈N+)時(shí)命題正確,再推n=2k+3時(shí)命題正確 B.假設(shè)n=2k-1(k∈N+)時(shí)命題正確,再推n=2k+1時(shí)命題正確 C.假設(shè)n=k(k∈N+)時(shí)命題正確,再推n=k+1時(shí)命題正確 D.假設(shè)n=k(k≥1,k∈N+)時(shí)命題正確,再推n=k+2時(shí)命題正確 答案:B

10、,,6,1 2 3 4 5,,,,,,6,1 2 3 4 5,,,,,,解析:在從n=k推證n=k+1不等式成立時(shí),必須用到歸納假設(shè),而上述證法沒有用歸納假設(shè). 答案:沒有用歸納假設(shè),,6,1 2 3 4 5,,,,,,,6,1 2 3 4 5,,,,,,6,6.證明:對(duì)一切正整數(shù)n,5n+23n-1+1能被8整除. 證明(1)當(dāng)n=1時(shí),5n+23n-1+1=8,顯然能被8整除,即n=1時(shí),結(jié)論成立. (2)假設(shè)當(dāng)n=k(k≥1,k∈N+)時(shí),結(jié)論成立, 即5k+23k-1+1能被8整除,設(shè)5k+23k-1+1=8m,m∈N+, 則當(dāng)n=k+1時(shí),5k+1+23k+1=5(5k+23k-1+1)-43k-1-4=5(5k+23k-1+1)-4(3k-1+1). 而當(dāng)k≥1,k∈N+時(shí),3k-1+1顯然為偶數(shù),設(shè)為2t,t∈N+, 則5(5k+23k-1+1)-4(3k-1+1)=40m-8t(m,t∈N+),也能被8整除,故當(dāng)n=k+1時(shí)結(jié)論也成立. 由(1)(2)可知對(duì)一切正整除n,5n+23n-1+1能被8整除.,,