2.归纳、猜想、论证是培养学生观察能力、归纳能力以及推理论证能力的方式之一.
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教学点睛
1.用数学归纳法证明问题应注意:
(1)第一步验证n=n0时,n0并不一定是1.
(2)第二步证明的关键是要运用归纳假设,特别要弄清由k到k+1时命题的变化.
(3)由假设n=k时命题成立,证n=k+1时命题也成立,要充分利用归纳假设,要恰当地“凑”出目标.
8.(2004年重庆,22)设数列{an}满足a1=2,an+1=an+
(n=1,2,…).
(1)证明an>
对一切正整数n都成立;
(2)令bn=
(n=1,2,…),判定bn与bn+1的大小,并说明理由.
(1)证法一:当n=1时,a1=2>
,不等式成立.
假设n=k时,ak>
成立,
当n=k+1时,ak+12=ak2+
+2>2k+3+
>2(k+1)+1,
∴当n=k+1时,ak+1>
成立.
综上,由数学归纳法可知,an>
对一切正整数成立.
证法二:当n=1时,a1=2>
=
结论成立.
假设n=k时结论成立,即ak>
,
当n=k+1时,由函数f(x)=x+
(x>1)的单调递增性和归纳假设有
ak+1=ak+
>
+
=
=
=
>
=
.
∴当n=k+1时,结论成立.
因此,an>
对一切正整数n均成立.
(2)解:
=
=(1+
)
<(1+
)
=
=
=
<1.
故bn+1<bn.
●思悟小结
7.平面内有n条直线,其中无任何两条平行,也无任何三条共点,求证:这n条直线把平面分割成
(n2+n+2)块.
证明:(1)当n=1时,1条直线把平面分成2块,又
(12+1+2)=2,命题成立.
(2)假设n=k时,k≥1命题成立,即k条满足题设的直线把平面分成
(k2+k+2)块,那么当n=k+1时,第k+1条直线被k条直线分成k+1段,每段把它们所在的平面块又分成了2块,因此,增加了k+1个平面块.所以k+1条直线把平面分成了
(k2+k+2)+k+1=
[(k+1)
2+(k+1)+2]块,这说明当n=k+1时,命题也成立.由(1)(2)知,对一切n∈N*,命题都成立.
探究创新
6.已知数列{bn}是等差数列,b1=1,b1+b2+…+b10=100.
(1)求数列{bn}的通项公式bn;
(2)设数列{an}的通项an=lg(1+
),记Sn为{an}的前n项和,试比较Sn与
lgbn+1的大小,并证明你的结论.
解:(1)容易得bn=2n-1.
(2)由bn=2n-1,
知Sn=lg(1+1)+1g(1+
)+…+lg(1+
)=lg(1+1)(1+
)·…·(1+
).
又
1gbn+1=1g
,
因此要比较Sn与
1gbn+1的大小,可先比较(1+1)(1+
)·…·(1+
)与
的大小.
取n=1,2,3可以发现:前者大于后者,由此推测
(1+1)(1+
)· …· (1+
)>
.
①
下面用数学归纳法证明上面猜想:
当n=1时,不等式①成立.
假设n=k时,不等式①成立,即
(1+1)(1+
)·…·(1+
)>
.
那么n=k+1时,
(1+1)(1+
)·…·(1+
)(1+
)>
(1+
)
=
.
又[
]2-(
)2=
>0,
∴
>
=![]()
∴当n=k+1时①成立.
综上所述,n∈N*时①成立.
由函数单调性可判定Sn>
1gbn+1.
5.已知y=f(x)满足f(n-1)=f(n)-lgan-1(n≥2,n∈N)且f(1)=-lga,是否存在实数α、β使f(n)=(αn2+βn-1)lga对任何n∈N *都成立,证明你的结论.
解:∵f(n)=f(n-1)+lgan-1,令n=2,则f(2)=f(1)+f(a)=-lga+lga=0.
又f(1)=-lga,
∴![]()
∴![]()
∴f(n)=(
n2-
n-1)lga.
证明:(1)当n=1时,显然成立.
(2)假设n=k时成立,即f(k)=(
k2-
k-1)lga,
则n=k+1时,f(k+1)=f(k)+lgak=f(k)+klga=(
k2-
k-1+k)lga=[
(k+1)2-
(k+1)-1]lga.
∴当n=k+1时,等式成立.
综合(1)(2)可知,存在实数α、β且α=
,β=-
,使f(n)=(αn2+βn-1)lga对任意n∈N*都成立.
培养能力
4.如图,第n个图形是由正n+2边形“扩展”而来(n=1,2,3,…),则第n-2个图形中共有____________个顶点.
![]()
解析:观察规律:第一个图形有32+3=(1+2)2+(1+2);
第二个图形有(2+2)2+(2+2)=42+4;
第三个图形有(3+2)2+(3+2)=52+5;
…
第n-2个图形有(n+2-2)2+(n+2-2)=n2+n个顶点.
答案:n2+n
3.观察下表:
1
2 3 4
3 4 5 6 7
4 5 6 7 8 9 10
……
设第n行的各数之和为Sn,则![]()
=__________.
解析:第一行1=12,
第二行2+3+4=9=33,
第三行3+4+5+6+7=25=52,
第四行4+5+6+7+8+9+10=49=72.
归纳:第n项的各数之和Sn=(2n-1)2,
![]()
=
(
)2=4.
答案:4
2.用数学归纳法证明“1+
+
+…+
<n(n∈N*,n>1)”时,由n=k(k>1)不等式成立,推证n=k+1时,左边应增加的项数是
A.2k-1 B.2k-1 C.2k D.2k+1
解析:左边的特点:分母逐渐增加1,末项为
;由n=k,末项为
到n=k+1,末项为
=
,∴应增加的项数为2k.
答案:C
1.如果命题P(n)对n=k成立,则它对n=k+1也成立,现已知P(n)对n=4不成立,则下列结论正确的是
A.P(n)对n∈N*成立
B.P(n)对n>4且n∈N*成立
C.P(n)对n<4且n∈N*成立
D.P(n)对n≤4且n∈N*不成立
解析:由题意可知,P(n)对n=3不成立(否则n=4也成立).同理可推得P(n)对n=2,n=1也不成立.
答案:D
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