数学新同步湘教版选修2-2讲义+精练：第6章 6.2.2 间接证明：反证法 Word版含解析

1．两种合情推理(1)归纳推理：归纳推理是由部分到整体，由个别到一般的推理，步骤如下：①通过观察个别对象发现某些相同性质；②由相同性质猜想一般性命题．(2)类比推理：类比推理是由特殊到特殊的推理，步骤如下：①找出两类对象之间的相似性或一致性；②由一类对象的性质去猜测另一类对象的性质，得出一个明确的命题．2．演绎推理演绎推理是由一般到特殊的推理，一般模式为三段论．演绎推理只要前提正确，推理的形式正确，那么推理所得的结论就一定正确．注意错误的前提和推理形式会导致错误的结论．3．直接证明——综合法和分析法(1)综合法是“由因导果”，即从已知条件出发，利用定理、定义、公理和运算法则证明结论．(2)分析法是“执果索因”，即从结论逆向转化，寻找一个已证的命题(已知条件或定义、公理、定理、公式等)．注意：①分析法是从结论出发，但不可将结论当作条件．②在证明过程中，“只要证”“即证”等词语不能省略．4．间接证明——反证法反证法证题的步骤为：反设－归谬－结论，即通过否定结论，得出矛盾来证明命题．注意：反证法的关键是将否定后的结论当条件使用．5．直接证明——数学归纳法(1)数学归纳法的两个步骤缺一不可，由n＝k⇒n＝k＋1时必须使用归纳假设，否则不算是数学归纳法．(2)数学归纳法虽然仅限于与正整数有关的命题，但并不是所有与正整数有关的命题都能使用数学归纳法．[例1] 给出下面的数表序列：表1 1 表21 34表3 …1 3 54 812其中表n (n ＝1,2,3，…)有n 行，第1行的n 个数是1,3,5，…，2n －1，从第2行起，每行中的每个数都等于它肩上的两数之和．写出表4，验证表4各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成等比数列，并将结论推广到表n (n ≥3)(不要求证明)．[解] 表4为1 3 5 74 8 12 12 20 32它的第1,2,3,4行中的数的平均数分别是4,8,16,32，它们构成首项为4，公比为2的等比数列．将这一结论推广到表n (n ≥3)，即表n (n ≥3)各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n ，公比为2的等比数列．简单的归纳猜想问题通过观察所给的数表、数阵或等式、不等式即可得到一般性结论，较复杂的问题需将已知转换为同一形式才易于寻找规律．[例2] 图1是一个水平摆放的小正方体木块，图2，图3是由这样的小正方体木块叠放而成的，按照这样的规律放下去，至第七个叠放的图形中，小正方体木块总数就是 .[解析] 分别观察正方体的个数为：1,1＋5,1＋5＋9，…归纳可知，第n 个叠放图形中共有n 层，构成了以1为首项，以4为公差的等差数列， 所以S n ＝n ＋[n (n －1)×4]÷2＝2n 2－n ，所以S 7＝2×72－7＝91. [答案]91解答此类题目时，需要细心观察图形，寻找每一项与序号之间的关系，同时还要联系相关的知识．本题注意从图形中抽象出等差数列．1．蜜蜂被认为是自然界中最杰出的建筑师，单个蜂巢可以近似地看作是一个正六边形，如图为一组蜂巢的截面图．其中第一个图有1个蜂巢，第二个图有7个蜂巢，第三个图有19个蜂巢，按此规律，以f (n )表示第n 个图的蜂巢总数．则f (4)＝________，f (n )＝________.解析：因为f (1)＝1，f (2)＝7＝1＋6，f (3)＝19＝1＋6＋12， 所以f (4)＝1＋6＋12＋18＝37，所以f (n )＝1＋6＋12＋18＋…＋6(n －1)＝3n 2－3n ＋1. 答案：37 3n 2－3n ＋12.如图给出了3层的六边形，图中所有点的个数S 3为28，按其规律再画下去，可得n (n ∈N ＋)层六边形，试写出S n 的表达式．解：设每层除去最上面的一个点的点数为a n ， 则a n 是以5为首项，4为公差的等差数列， 则S n ＝a 1＋a 2＋…＋a n ＋1＝n [5＋5＋4(n －1)]2＋1＝2n 2＋3n ＋1(n ∈N ＋).[例3] 在△ABC 中，AB ⊥AC ，AD ⊥BC 于D . 求证：1AD 2＝1AB 2＋1AC 2，那么在四面体ABCD 中，类比上述论据，你能得到怎样的猜想，并说明理由．[证明] 如右图所示，由射影定理， AD 2＝BD ·DC ，AB 2＝BD ·BC ， AC 2＝BC ·DC ， ∴1AD 2＝1BD ·DC＝BC 2BD ·BC ·DC ·BC ＝BC 2AB 2·AC 2. ∵BC 2＝AB 2＋AC 2，∴1AD 2＝AB 2＋AC 2AB 2·AC 2＝1AB 2＋1AC 2. ∴1AD 2＝1AB 2＋1AC 2. 猜想：类比AB ⊥AC ，AD ⊥BC ，猜想四面体ABCD 中， AB ，AC ，AD 两两垂直，AE ⊥平面BCD ， 则1AE 2＝1AB 2＋1AC 2＋1AD 2. 证明上述猜想成立．如右图所示，连接BE 交CD 于F ，连接AF . ∵AB ⊥AC ，AB ⊥AD ，∴AB ⊥平面ACD . 而AF ⊂平面ACD ， ∴AB ⊥AF .在Rt △ABF 中，AE ⊥BF ， ∴1AE 2＝1AB 2＋1AF 2. 在Rt △ACD 中，AF ⊥CD ， ∴1AF 2＝1AC 2＋1AD 2. ∴1AE 2＝1AB 2＋1AC 2＋1AD 2. 故猜想正确．(1)类比是以旧知识作基础，推测新的结果，具有发现的功能．(2)类比推理的常见情形有：平面与空间类比；向量与数类比；不等与相等类比等．3．若数列{a n }为等差数列，S n 为其前n 项和，则有性质“若S m ＝S n (m ，n ∈N *且m ≠n )，则S m ＋n ＝0.”类比上述性质，相应地，当数列{b n }为等比数列时，写出一个正确的性质：____________________________.答案：数列{b n }为等比数列，T m 表示其前m 项的积，若T m ＝T n (m ，n ∈N *，m ≠n )，则T m ＋n ＝14．在Rt △ABC 中，∠C ＝90°，AC ＝b ，BC ＝a ，则△ABC 的外接圆半径为r ＝12a 2＋b 2，把上述结论类比到空间，写出相似的结论．解：取空间中三条侧棱两两垂直的四面体A -BCD 且AB ＝a ，AC ＝b ，AD ＝c ， 则此四面体的外接球半径为R ＝12a 2＋b 2＋c 2.[例4] 设a ＞0，b ＞0，a ＋b ＝1，求证：1a ＋1b ＋1ab ≥8. [证明] 法一：(综合法) ∵a ＞0，b ＞0，a ＋b ＝1，∴1＝a ＋b ≥2ab ，ab ≤12，ab ≤14，∴1ab ≥4.又1a ＋1b ＝(a ＋b )⎝⎛⎭⎫1a ＋1b ＝2＋b a ＋a b≥4， ∴1a ＋1b ＋1ab ≥8⎝⎛⎭⎫当且仅当a ＝b ＝12时等号成立. 法二：(分析法)∵a ＞0，b ＞0，a ＋b ＝1，要证1a ＋1b ＋1ab ≥8，只要证⎝⎛⎭⎫1a ＋1b ＋a ＋bab ≥8， 只要证⎝⎛⎭⎫1a ＋1b ＋⎝⎛⎭⎫1b ＋1a ≥8， 即证1a ＋1b≥4.也就是证a ＋b a ＋a ＋bb ≥4. 即证b a ＋a b≥2.由基本不等式可知，当a ＞0，b ＞0时，b a ＋ab ≥2成立⎝⎛⎭⎫当且仅当a ＝b ＝12时等号成立，所以原不等式成立．综合法和分析法是直接证明中的两种最基本的证明方法，但两种证明方法思路截然相反，分析法既可用于寻找解题思路，也可以是完整的证明过程，分析法和综合法可相互转换，相互渗透，充分利用这一辩证关系，在解题中综合法和分析法联合运用，转换解题思路，增加解题途径．5．已知函数f (x )＝log a (a x －1)(a >0，a ≠1)．(1)证明：函数f(x)的图象在y轴一侧；(2)设A(x1，y1)，B(x2，y2)(x1<x2)是图象上的两点，证明：直线AB的斜率大于零．证明：(1)由a x－1>0，得a x>1.①当a>1时，x>0，函数图象在y轴右侧；②当0<a<1时，x<0，函数图象在y轴左侧．故函数图象总在y轴一侧．(2)由于k AB＝y1－y2x1－x2，又由x1<x2，故只需证y2－y1>0即可．因为y2－y1＝log a(a x2－1)－log a(a x1－1)＝log a a x2－1a x1－1.①当a>1时，由0<x1<x2，得a0<a x1< a x2，即0<a x1－1<a x2－1.故有a x2－1a x1－1>1，log aa x2－1a x1－1>0，即y2－y1>0.②当0<a<1时，由x1<x2<0，得a0>a x1>a x2>1.即a x1－1>a x2－1>0.故有0<a x2－1a x1－1<1，∴y2－y1＝log a a x2－1a x1－1>0，即y2－y1>0. 综上，直线AB的斜率总大于零.[例5]已知a，b，c均为实数，且a＝x2－2y＋π2，b＝y2－2z＋π3，c＝z2－2x＋π6，求证：a，b，c中至少有一个大于0.[证明]假设a，b，c都不大于0，即a≤0，b≤0，c≤0，得a＋b＋c≤0，而a＋b＋c＝(x－1)2＋(y－1)2＋(z－1)2＋π－3≥π－3>0，与a ＋b ＋c ≤0矛盾，故假设不成立． ∴a ，b ，c 中至少有一个大于0.(1)用反证法证题时，先假设原命题不成立，经过正确的推理，最后得出矛盾，因此说明假设错误，从而证明了原命题成立．(2)反证法证题的思路是：“假设—归谬—存真”．6．用反证法证明命题“设a ，b 为实数，则方程x 3＋ax ＋b ＝0至少有一个实根”时，要做的假设是( )A ．方程x 3＋ax ＋b ＝0没有实根B ．方程x 3＋ax ＋b ＝0至多有一个实根C ．方程x 3＋ax ＋b ＝0至多有两个实根D ．方程x 3＋ax ＋b ＝0恰好有两个实根解析：至少有一个实根的否定是没有实根，故要做的假设是“方程x 3＋ax ＋b ＝0没有实根”．答案：A[例6] 已知数列{a n }满足：a 1＝1,4a n ＋1－a n a n ＋1＋2a n ＝9(n ∈N ＋)． (1)求a 2，a 3，a 4；(2)由(1)的结果猜想a n 用n 表示的表达式； (3)用数学归纳法证明(2)的猜想． [解] (1)由a 1＝1及a n ＋1＝9－2a n4－a n，得 a 2＝9－2a 14－a 1＝73，a 3＝9－2a 24－a 2＝9－2×734－73＝135，a 4＝9－2a 34－a 3＝9－2×1354－135＝197.所以a 2＝73，a 3＝135，a 4＝197.(2)观察a1，a2，a3，a4的值，分母构成正奇数数列2n－1，分子构成首项为1，公差为6的等差数列，故猜想：a n＝6n－52n－1，n∈N＋.(3)用数学归纳法证明上面的猜想．①当n＝1时，a1＝6×1－52×1－1＝1，猜想正确．②假设当n＝k(k≥1，k∈N＋)时，猜想正确，即a k＝6k－5 2k－1.所以当n＝k＋1时，a k＋1＝9－2a k4－a k＝9－2·6k－52k－14－6k－52k－1＝6(k＋1)－52(k＋1)－1.这就是说n＝k＋1时猜想也成立．由①②可知，猜想对任意正整数n都成立．探索性命题是近几年高考试题中经常出现的一种题型，此种问题未给出问题的结论，往往需要由特殊情况入手，归纳、猜想、探索出结论，然后再对探索出的结论进行证明，而证明往往用到数学归纳法．7．在数列{a n}中，a1＝12，a n＋1＝3a na n＋3，求a2，a3，a4的值，由此猜想数列{a n}的通项公式，并用数学归纳法证明你的猜想．解：a1＝12＝36，a2＝37，a3＝38，a4＝39，猜想a n＝3n＋5，下面用数学归纳法证明：①当n＝1时，a1＝31＋5＝12，猜想成立．②假设当n＝k(k≥1，k∈N＋)时猜想成立，即a k＝3k＋5，则当n＝k＋1时，a k＋1＝3a ka k＋3＝3·3k＋53k＋5＋3＝3(k＋1)＋5，所以当n＝k＋1时猜想也成立．由①②知，对n∈N＋，a n＝3n＋5都成立．(时间120分钟，满分150分)一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，满分60分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．观察一列算式：1⊗1,1⊗2,2⊗1,1⊗3,2⊗2,3⊗1,1⊗4,2⊗3,3⊗2,4⊗1，…，则式子3⊗5是第()A．22项B．23项C．24项D．25项解析：两数和为2的有1个，和为3的有2个，和为4的有3个，和为5的有4个，和为6的有5个，和为7的有6个，前面共有21个，3⊗5为和为8的第3项，所以为第24项．答案：C2．用反证法证明命题“2＋3是无理数”时，假设正确的是()A．假设2是有理数B．假设3是有理数C．假设2或3是有理数D．假设2＋3是有理数解析：应对结论进行否定，则2＋3不是无理数，即2＋3是有理数．答案：D3．用数学归纳法证明等式“1＋2＋3＋…＋(n＋3)＝(n＋3)(n＋4)2(n∈N＋)”时，第一步验证n＝1时，左边应取的项为()A．1 B．1＋2C．1＋2＋3 D．1＋2＋3＋4解析：当n＝1时，左边的最后一项为4，故为1＋2＋3＋4.答案：D4．由“正三角形的内切圆切于三边的中点”，可类比猜想出正四面体的内切球切于四个侧面()A．各正三角形内任一点B ．各正三角形的某高线上的点C ．各正三角形的中心D ．各正三角形外的某点解析：正三角形的边对应正四面体的面，即正三角形所在的正四面体的侧面，所以边的中点对应的就是正四面体各正三角形的中心．答案：C5．来自英、法、日、德的甲、乙、丙、丁四位客人，刚好碰在一起．他们除懂本国语言外，每人还会说其他三国语言中的一种．有一种语言是三个人会说的，但没有一种语言四人都懂，现知道：①甲是日本人，丁不会说日语，但他俩能自由交谈；②四人中没有一个人既能用日语交谈，又能用法语交谈；③乙、丙、丁交谈时，不能只用一种语言；④乙不会说英语，当甲与丙交谈时，他能做翻译．针对他们懂的语言，正确的推理是( )A ．甲日德、乙法德、丙英法、丁英德B ．甲日英、乙日德、丙德法、丁日英C ．甲日德、乙法德、丙英德、丁英德D ．甲日法、乙英德、丙法德、丁法英解析：分析题目和选项，由①知，丁不会说日语，排除B 选项；由②知，没有人既会日语又会法语，排除D 选项；由③知乙、丙、丁不会同一种语言，排除C 选项，故选A.答案：A6．用数学归纳法证明“1＋11＋2＋11＋2＋3＋…＋11＋2＋3＋…＋n ＝2n n ＋1”时，由n ＝k 到n ＝k ＋1左边需要添加的项是( )A.2k (k ＋2)B.1k (k ＋1)C.1(k ＋1)(k ＋2)D.2(k ＋1)(k ＋2)解析：由n ＝k 到n ＝k ＋1时，左边需要添加的项是11＋2＋3＋…＋(k ＋1)＝2(k ＋1)(k ＋2).答案：D7．观察下列各式：72＝49,73＝343,74＝2 401，…，则72 019的末两位数字为( ) A ．01 B ．43 C ．07D ．49解析：∵75＝16 807,76＝117 649,77＝823 543，78＝5 764 801，… ∴7n (n ∈N ＋，且n ≥5)的末两位数字呈周期性变化，且最小正周期为4， 记7n (n ∈N ＋，且n ≥5)的末两位数为f (n )，则f (2 019)＝f (504×4＋3)＝f (3)， ∴72 019与73的末两位数相同，均为43.8．将平面向量的数量积运算与实数的乘法运算相类比，易得下列结论： ①a ·b ＝b ·a ； ②(a ·b )·c ＝a ·(b ·c )； ③a ·(b ＋c )＝a ·b ＋a ·c ； ④由a ·b ＝a ·c (a ≠0)可得b ＝c .以上通过类比得到的结论正确的有( ) A ．1个 B ．2个 C ．3个D ．4个解析：平面向量的数量积的运算满足交换律和分配律，不满足结合律，故①③正确， ②错误；由a ·b ＝a ·c (a ≠0)得a ·(b －c )＝0，从而b －c ＝0或a ⊥(b －c )，故④错误．答案：B9．已知a >0，不等式x ＋1x ≥2，x ＋4x 2≥3，x ＋27x 3≥4，…，可推广为x ＋a x n ≥n ＋1，则a 的值为( )A ．n 2B ．n nC ．2nD ．22n －2解析：由x ＋1x ≥2，x ＋4x 2＝x ＋22x 2≥3，x ＋27x 3＝x ＋33x 3≥4，…，可推广为x ＋n nx n ≥n ＋1，故a ＝n n . 答案：B10．已知结论：“在正三角形ABC 中，若D 是边BC 的中点，G 是三角形ABC 的重心，则AGGD ＝2”．若把该结论推广到空间，则有结论：“在棱长都相等的四面体ABCD 中，若△BCD 的中心为M ，四面体内部一点O 到四面体各面的距离都相等”，则AOOM ＝( )A ．1B ．2C ．3D ．4解析：如图，设正四面体的棱长为1，则易知其高AM ＝63， 此时易知点O 即为正四面体内切球的球心，设其半径为r ，利用等积法有4×13×34r ＝13×34×63⇒r ＝612，故AO ＝AM －MO ＝63－612＝64， 故AO ∶OM ＝64∶612＝3.11．设△ABC 的三边长分别为a ，b ，c ，△ABC 的面积为S ，则△ABC 的内切圆半径为r ＝2Sa ＋b ＋c.将此结论类比到空间四面体：设四面体S -ABC 的四个面的面积分别为S 1，S 2，S 3，S 4，体积为V ，则四面体的内切球半径为r ＝( )A.VS 1＋S 2＋S 3＋S 4 B.2VS 1＋S 2＋S 3＋S 4 C.3VS 1＋S 2＋S 3＋S 4D.4VS 1＋S 2＋S 3＋S 4解析：设四面体的内切球的球心为O ，则球心O 到四个面的距离都是r ，所以四面体的体积等于以O 为顶点，分别以四个面为底面的4个三棱锥体积的和． 则四面体的体积为：V ＝13(S 1＋S 2＋S 3＋S 4)r ，∴r ＝3VS 1＋S 2＋S 3＋S 4.答案：C12．下面的三角形数阵叫“莱布尼茨调和三角形”，它们是由整数的倒数组成的．第n 行有n 个数且两端的数均为1n (n ≥2)，每个数是它下一行左右相邻两数的和，如 11＝12＋12，12＝13＋16，13＝14＋112，…，则第10行第4个数(从左往右数)为( ) A.1360 B.1504 C.1840D.11 260解析：依题意，结合所给的数阵，归纳规律可知第8行的第一个数、第二个数分别等于18，17－18，第9行的第一个数、第二个数、第三个数分别等于19，18－19，⎝⎛⎭⎫17－18－⎝⎛⎭⎫18－19，第10行的第一个数、第二个数、第三个数、第四个数分别等于110，19－110，⎝⎛⎭⎫18－19－⎝⎛⎭⎫19－110，⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫17－18－⎝⎛⎭⎫18－19－⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫18－19－⎝⎛⎭⎫19－110＝1840. 答案：C二、填空题(本大题共4小题，每小题5分，满分20分．把答案填在题中横线上)13．在△ABC 中，D 为BC 的中点，则AD ―→＝12(AB ―→＋AC ―→)，将命题类比到三棱锥中去得到一个类比的命题为________．答案：在三棱锥A -BCD 中，G 为△BCD 的重心，则AG ―→＝13(AB ―→＋AC ―→＋AD ―→)14．有三张卡片，分别写有1和2,1和3,2和3.甲，乙，丙三人各取走一张卡片，甲看了乙的卡片后说：“我与乙的卡片上相同的数字不是2”，乙看了丙的卡片后说：“我与丙的卡片上相同的数字不是1”，丙说：“我的卡片上的数字之和不是5”，则甲的卡片上的数字是________．解析：法一：由题意得丙的卡片上的数字不是2和3.若丙的卡片上的数字是1和2，则由乙的说法知乙的卡片上的数字是2和3，则甲的卡片上的数字是1和3，满足题意；若丙的卡片上的数字是1和3，则由乙的说法知乙的卡片上的数字是2和3，则甲的卡片上的数字是1和2，不满足甲的说法．故甲的卡片上的数字是1和3.法二：因为甲与乙的卡片上相同的数字不是2，所以丙的卡片上必有数字2.又丙的卡片上的数字之和不是5，所以丙的卡片上的数字是1和2.因为乙与丙的卡片上相同的数字不是1，所以乙的卡片上的数字是2和3，所以甲的卡片上的数字是1和3.答案：1和315．观察下列式子：1,1＋2＋1,1＋2＋3＋2＋1,1＋2＋3＋4＋3＋2＋1，…，由以上可推测出一个一般性结论：对于n ∈N ＋，1＋2＋…＋n ＋…＋2＋1＝________.解析：∵1＝12,1＋2＋1＝22,1＋2＋3＋2＋1＝32,1＋2＋3＋4＋3＋2＋1＝42，…， ∴归纳可得1＋2＋…＋n ＋…＋2＋1＝n 2. 答案：n 216．五位同学围成一圈依序循环报数，规定：①第一位同学首次报出的数为1，第二位同学首次报出的数也为1，之后每位同学所报出的数都是前两位同学所报出的数之和；②当报出的数为3的倍数时，则报该数的同学需拍手一次． 当第30个数被报出时，五位同学拍手的总次数为________．解析：设报出的第n 个数为a n ，则有a n ＋a n ＋1＝a n ＋2，n ∈N ＋.a 1＝1，a 2＝1，a 3＝2，a 4＝3，a 5＝5，a 6＝8，a 7＝13，a 8＝21，…，所以a 4，a 8为3的倍数，a 12＝a 10＋a 11＝2a 10＋a 9＝2a 8＋3a 9也为3的倍数，可得规律a 4m ( m ∈N ＋)为3的倍数．则当第30个数被报出时，报出的数中是3的倍数的有a 4，a 8，a 12，a 16，a 20，a 24，a 28，故五位同学拍手的总次数为7.答案：7三、解答题(本大题共6小题，满分70分．解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)17．(本小题满分10分)画出图形，可知凸四边形有2条对角线，凸五边形有5条对角线，凸六边形有9条对角线，…，请归纳猜测凸n (n >3，n ∈N ＋)边形对角线的条数f (n )，并证明所得结论．解：由题意得，当n ＝4时，f (4)＝2＝4×12；当n ＝5时，f (5)＝5＝5×22；当n ＝6时，f (6)＝9＝6×32；…，由此猜测f (n )＝n (n －3)2， 即凸n (n >3，n ∈N ＋)边形有n (n －3)2条不同的对角线． 证明：因为凸n (n >3，n ∈N ＋)边形中从每一个顶点出发的对角线有(n －3)条， 所以从所有的顶点出发的对角线有n (n －3)． 又每条对角线都被数了两次，所以凸n (n >3，n ∈N ＋)边形的对角线的条数为n (n －3)2.18．(本小题满分12分)△ABC 的三条高分别为h a ，h b ，h c ，r 为内切圆半径，且h a ＋h b ＋h c ＝9r ，求证：该三角形为等边三角形．证明：设三角形三边分别为a ，b ，c ，故只需证a ＝b ＝c . 因为h a ＝2S a ，h b ＝2S b ，h c ＝2Sc ， 其中S 为△ABC 的面积， 所以h a ＋h b ＋h c ＝2S ⎝⎛⎭⎫1a ＋1b ＋1c .又因为S ＝12(a ＋b ＋c )r ，h a ＋h b ＋h c ＝9r ，所以(a ＋b ＋c )⎝⎛⎭⎫1a ＋1b ＋1c ＝9.所以a 2b ＋a 2c ＋b 2a ＋b 2c ＋c 2a ＋c 2b －6abc ＝0. 将上式分解因式，得a (b －c )2＋b (c －a )2＋c (a －b )2＝0. 因为a >0，b >0，c >0，所以(b －c )2＝(c －a )2＝(a －b )2＝0.所以a ＝b ＝c .∴该三角形为等边三角形．19.(本小题满分12分)如图所示，设SA ，SB 是圆锥SO 的两条母线，O是底面圆心，C 是SB 上一点，求证：AC 与平面SOB 不垂直．证明：假设AC ⊥平面SOB ， 因为直线SO 在平面SOB 内， 所以SO ⊥AC ，因为SO ⊥底面圆O ，所以SO ⊥AB . 因为AB ∩AC ＝A ，所以SO ⊥平面SAB . 所以平面SAB ∥底面圆O ，这显然与平面SAB 与底面圆O 相交矛盾， 所以假设不成立，即AC 与平面SOB 不垂直．20．(本小题满分12分)数列{a n }的前n 项和记为S n ，已知a 1＝1，a n ＋1＝n ＋2n S n (n ∈N ＋)，试利用三段论形式证明：(1)数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是等比数列；(2)S n ＋1＝4a n .证明：(1)∵a n ＋1＝S n ＋1－S n ，a n ＋1＝n ＋2n S n， ∴(n ＋2)S n ＝n (S n ＋1－S n )，即nS n ＋1＝2(n ＋1)S n . 故S n ＋1n ＋1＝2·S nn ，(小前提) 故⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n n 是以2为公比，1为首项的等比数列．(结论)(大前提是等比数列的定义) (2)由(1)可知S n ＋1n ＋1＝4·S n －1n －1(n ≥2)，∴S n ＋1＝4(n ＋1)·S n －1n －1＝4·n －1＋2n －1·S n －1＝4a n (n ≥2)．(小前提)又∵a 2＝3S 1＝3，S 2＝a 1＋a 2＝1＋3＝4＝4a 1，(小前提) ∴对于任意正整数n ，都有S n ＋1＝4a n .(结论)21．(本小题满分12分)十字绣有着悠久的历史，如下图，①②③④为十字绣最简单的四个图案，这些图案都是由小正方形构成，小正方形数越多刺绣越漂亮．现按同样的规律刺绣(小正方形的摆放规律相同)，设第n 个图案包含f (n )个小正方形．(1)求出f (5)的值；(2)利用合情推理的“归纳推理思想”，归纳出f (n ＋1)与f (n )之间的关系式，并根据你得到的关系式求出f (n )的表达式；(3)求1f (1)＋1f (2)－1＋1f (3)－1＋…＋1f (n )－1(n ≥2)的值． 解：(1)按所给图案的规律画出第五个图如下：由图可得f (5)＝41. (2)可得f (2)－f (1)＝4×1； f (3)－f (2)＝8＝4×2； f (4)－f (3)＝12＝4×3； f (5)－f (4)＝16＝4×4； ……由上式规律，可得f (n )－f (n －1)＝4(n －1)．由以上各式相加可得f (n )－f (1)＝4[1＋2＋…＋(n －1)]＝4×(1＋n －1)(n －1)2＝2n 2－2n ，又f (1)＝1，∴f (n )＝2n 2－2n ＋1. (3)当n ≥2时，1f (n )－1＝12n 2－2n ＝12n (n －1)＝12⎝⎛⎭⎫1n －1－1n ，∴原式＝11＋121－12＋12－13＋13－14＋…＋1n －1－1n＝1＋12⎝⎛⎭⎫1－1n ＝32－12n . 22．(本小题满分12分)在各项为正的数列{a n }中，数列的前n 项和S n 满足S n ＝12⎝⎛⎭⎫a n ＋1a n . (1)求a 1，a 2，a 3；(2)由(1)猜想到数列{a n }的通项公式，并用数学归纳法证明你的猜想． 解：(1)S 1＝a 1＝12⎝⎛⎭⎫a 1＋1a 1，得a 21＝1， ∵a n >0，∴a 1＝1.S2＝a1＋a2＝12⎝⎛⎭⎫a2＋1a2，得a22＋2a2－1＝0，∴a2＝2－1，S3＝a1＋a2＋a3＝12⎝⎛⎭⎫a3＋1a3.得a23＋22a3－1＝0，∴a3＝3－ 2.(2)猜想a n＝n－n－1(n∈N＋)．证明如下：①n＝1时，a1＝1－0＝1，命题成立；②假设n＝k时，a k＝k－k－1成立，则n＝k＋1时，a k＋1＝S k＋1－S k＝12⎝⎛⎭⎫a k＋1＋1a k＋1－12⎝⎛⎭⎫a k＋1a k，即a k＋1＝12⎝⎛⎭⎫a k＋1＋1a k＋1－12⎝⎛⎭⎪⎫k－k－1＋1k－k－1＝12⎝⎛⎭⎫a k＋1＋1a k＋1－k.∴a2k＋1＋2ka k＋1－1＝0.∴a k＋1＝k＋1－k.即n＝k＋1时，命题成立．由①②知，n∈N＋时，a n＝n－n－1.。

第6章 6.2 6.2.21．命题“关于x的方程ax＝b(a≠0)的解是唯一的”的结论的否定是()A．无解B．有两个解C．至少有两个解D．无解或至少有两个解解析：“唯一”的意思是“有且只有一个”，其反面是“没有”或“至少两个”．答案：D2．有甲、乙、丙、丁四名歌手参加比赛，其中只有一名获奖．有人走访了四名歌手，甲说：“是乙或丙获奖．”乙说：“甲、丙都未获奖．”丙说：“我获奖了．”丁说：“是乙获奖．”四位歌手的话只有两人说得正确，则获奖歌手是()A．甲B．乙C．丙D．丁解析：若甲获奖，则甲、乙、丙、丁四人的话都是错的；同理，可推出乙、丙、丁的获奖情况，最后可知获奖的歌手是丙．答案：C3．用反证法证明命题“如果a＞b，那么3a＞3b”时，假设的内容应是()A.3a＝3b B．3a＜3bC.3a＝3b，且3a＜3b D．3a＝3b，或3a＜3b解析：3a与3b包括3a＞3b，3a＝3b，3a＜3b三方面的关系，所以3a＞3b的反面应为3a＝3b或3a＜3b.答案：D4．用反证法证明命题“若a2＋b2＝0，则a，b全为0(a，b为实数)”时，应假设________________________________________________________________________．解析：“a，b全为0”即是“a＝0且b＝0”．因此它的否定为“a≠0或b≠0”．答案：a，b不全为0(a，b为实数)5．求证：两条相交直线有且只有一个交点．证明：假设结论不成立，即有两种可能：无交点；至少有两个交点．设两条直线为a，b.①若a，b无交点，则a∥b或a，b是异面直线，与已知矛盾．②若a，b至少有两个交点，设两个交点为A和B，这样同时经过A，B就有两条直线，这与“经过两点有且只有一条直线”相矛盾．综上所述，两条相交直线有且只有一个交点．。

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6。

2。

2 间接证明：反证法一、基础达标1．反证法的关键是在正确的推理下得出矛盾．这个矛盾可以是( ）①与已知条件矛盾②与假设矛盾③与定义、公理、定理矛盾④与事实矛盾A．①② B．①③ C．①③④ D．①②③④答案D2．已知a,b是异面直线，直线c平行于直线a，那么c与b的位置关系为( ) A．一定是异面直线B．一定是相交直线C．不可能是平行直线D．不可能是相交直线答案C解析假设c∥b，而由c∥a,可得a∥b，这与a，b异面矛盾,故c与b不可能是平行直线．故应选C。

3．有下列叙述：①“a〉b”的反面是“a〈b”;②“x＝y"的反面是“x>y或x<y";③“三角形的外心在三角形外"的反面是“三角形的外心在三角形内”；④“三角形最多有一个钝角”的反面是“三角形没有钝角"．其中正确的叙述有( ）A．0个 B．1个 C．2个 D．3个答案B解析①错:应为a≤b；②对；③错：应为三角形的外心在三角形内或在三角形的边上；④错：应为三角形可以有2个或2个以上的钝角．4．用反证法证明命题：“a、b∈N,ab可被5整除，那么a，b中至少有一个能被5整除”时，假设的内容应为( ）A．a，b都能被5整除B．a，b都不能被5整除C．a，b不都能被5整除D．a不能被5整除答案B解析“至少有一个”的否定是“一个也没有”，即“a，b都不能被5整除"．5．用反证法证明命题:“若整系数一元二次方程ax2＋bx＋c＝0有有理根，那么a，b，c中存在偶数”时，否定结论应为________．答案a，b，c都不是偶数解析a，b,c中存在偶数即至少有一个偶数,其否定为a，b,c都不是偶数．6．“任何三角形的外角都至少有两个钝角"的否定应是________．答案存在一个三角形,其外角最多有一个钝角解析“任何三角形”的否定是“存在一个三角形",“至少有两个”的否定是“最多有一个"．7．设二次函数f（x）＝ax2＋bx＋c(a≠0）中，a、b、c均为整数,且f(0)，f（1)均为奇数．求证f(x)＝0无整数根．证明设f（x)＝0有一个整数根k，则ak2＋bk＝－c。

6．2直接证明与间接证明6．2.1 直接证明：分析法与综合法[读教材·填要点]综合法和分析法[小问题·大思维]1．综合法与分析法的推理过程是合情推理还是演绎推理？提示：综合法与分析法的推理过程是演绎推理，因为综合法与分析法的每一步推理都是严密的逻辑推理，从而得到的每一个结论都是正确的，不同于合情推理中的“猜想”．2．综合法与分析法有什么区别？提示：综合法是从已知条件出发，逐步推向未知，每步寻找的是必要条件；分析法是从待求结论出发，逐步靠拢已知，每步寻找的是充分条件．已知a ，b 是正数，且a ＋b ＝1，求证：1a ＋1b ≥4.[自主解答] 法一：∵a ，b ∈R ＋且a ＋b ＝1， ∴a ＋b ≥2ab ，当且仅当a ＝b 时等号成立． ∴ab ≤12.∴1a ＋1b ＝a ＋b ab ＝1ab ≥4. 法二：∵a ，b ∈R ＋，∴a ＋b ≥2ab ＞0，1a ＋1b ≥21ab＞0，当且仅当a ＝b 时等号成立． ∴(a ＋b )⎝⎛⎭⎫1a ＋1b ≥4. 又∵a ＋b ＝1，∴1a ＋1b≥4.法三：∵a ，b ∈R ＋，且a ＋b ＝1， ∴1a ＋1b ＝a ＋b a ＋a ＋b b ＝1＋b a ＋ab＋1≥2＋2a b ·b a＝4. 当且仅当a ＝b 时，取“＝”号．保持例题条件不变，求证：4a ＋1b ≥9.证明：法一：∵a ＞0，b ＞0，且a ＋b ＝1. ∴4a ＋1b ＝4(a ＋b )a ＋a ＋bb ＝4＋4b a ＋a b ＋1 ≥5＋24b a ·a b ＝5＋4＝9.当且仅当4b a ＝a b ，即a ＝2b ＝23时等号成立．法二：∵a ＞0，b ＞0，且a ＋b ＝1. ∴4a ＋1b ＝(a ＋b )·⎝⎛⎭⎫4a ＋1b ＝4＋4b a ＋a b ＋1 ≥5＋24b a ·ab＝5＋4＝9. 当且仅当4b a ＝a b ，即a ＝2b ＝23时等号成立．综合法证明问题的步骤(1)分析条件，选择方向：确定已知条件和结论间的联系，合理选择相关定义、定理等． (2)转化条件，组织过程：将条件合理转化，书写出严密的证明过程． 特别地，根据题目特点选取合适的证法可以简化解题过程．1．在△ABC 中，a ，b ，c 分别为角A ，B ，C 所对的边，若a 2＝b (b ＋c )，求证：A ＝2B . 证明：∵a 2＝b (b ＋c )，∴cos A ＝b 2＋c 2－a 22bc ＝b 2＋c 2－(b 2＋bc )2bc ＝c －b2b ，cos 2B ＝2cos 2B －1＝2⎝⎛⎭⎫a 2＋c 2－b 22ac 2－1＝2⎝⎛⎭⎫b ＋c 2a 2－1＝(b ＋c )2－2b (b ＋c )2b (b ＋c )＝c －b 2b ，∴cos A ＝cos 2B .又A ，B 是三角形的内角，∴A ＝2B .当a ＋b [自主解答] 要证 a 2＋b 2≥22(a ＋b )， 只需证(a 2＋b 2)2≥⎣⎡⎦⎤22(a ＋b )2， 即证a 2＋b 2≥12(a 2＋b 2＋2ab )，即证a 2＋b 2≥2ab .因为a 2＋b 2≥2ab 对一切实数恒成立， 所以a 2＋b 2≥22(a ＋b )成立． 综上所述，不等式得证．分析法的证明过程及书写形式(1)证明过程：确定结论与已知条件间的联系，合理选择相关定义、定理对结论进行转化，直到获得一个显而易见的命题即可．(2)书写形式：要证…，只需证…，即证…，然后得到一个明显成立的条件，所以结论 成立．2．已知a >6，求证：a －3－a －4<a －5－a －6. 证明：法一：要证a －3－a －4<a －5－a －6， 只需证a －3＋a －6<a －5＋a －4 ⇐(a －3＋a －6)2<(a －5＋a －4)2⇐2a －9＋2(a －3)(a －6)<2a －9＋2(a －5)(a －4) ⇐(a －3)(a －6)<(a －5)(a －4) ⇐(a －3)(a －6)<(a －5)(a －4)⇐18<20.因为18<20显然成立，所以原不等式a －3－a －4<a －5－a －6成立． 法二：要证a －3－a －4<a －5－a －6， 只需证1a －3＋a －4<1a －5＋a －6，只需证a －3＋a －4>a －5＋a －6. ∵a >6，∴a －3>0，a －4>0，a －5>0，a －6>0. 又∵a －3>a －5，∴a －3>a －5， 同理有a －4>a －6，则a －3＋a －4>a －5＋a －6. ∴a －3－a －4<a －5－a －6.已知△ABC 的三个内角A ，B ，C 为等差数列，且a ，b ，c 分别为角A ，B ，C 的对边，求证：(a ＋b )－1＋(b ＋c )－1＝3(a ＋b ＋c )－1.[自主解答] 法一：要证(a ＋b )－1＋(b ＋c )－1＝3(a ＋b ＋c )－1，只需证1a ＋b ＋1b ＋c ＝3a ＋b ＋c， 即证a ＋b ＋c a ＋b ＋a ＋b ＋cb ＋c＝3， 化简，得c a ＋b ＋a b ＋c＝1，即c (b ＋c )＋(a ＋b )a ＝(a ＋b )(b ＋c )． 所以只需证c 2＋a 2＝b 2＋ac .因为△ABC 的三个内角A ，B ，C 成等差数列，所以B ＝60°， 所以cos B ＝a 2＋c 2－b 22ac ＝12.所以a 2＋c 2－b 2＝ac ，所以原式成立．法二：因为△ABC 的三个内角A ，B ，C 成等差数列， 所以B ＝60°. 由余弦定理，有b 2＝c 2＋a 2－2ac cos 60°， 所以c 2＋a 2＝ac ＋b 2.两边加ab ＋bc ，得c (b ＋c )＋a (a ＋b )＝(a ＋b )(b ＋c )， 两边同时除以(a ＋b )(b ＋c )，得 c a ＋b ＋a b ＋c＝1， 所以⎝⎛⎭⎫c a ＋b ＋1＋⎝⎛⎭⎫ab ＋c ＋1＝3.即1a ＋b ＋1b ＋c ＝3a ＋b ＋c. 所以(a ＋b )－1＋(b ＋c )－1＝3(a ＋b ＋c )－1.综合法与分析法的适用范围(1)综合法适用的范围：①定义明确的题型，如证明函数的单调性、奇偶性，求证无条件的等式或不等式问题等；②已知条件明确，且容易通过找已知条件的必要条件逼近欲得结论的题型． (2)分析法适用的范围：已知条件不明确，或已知条件简便而结论式子较复杂的问题．3．(1)设x ≥1，y ≥1，证明：x ＋y ＋1xy ≤1x ＋1y ＋xy ；(2)设1<a ≤b ≤c ，证明：log a b ＋log b c ＋log c a ≤log b a ＋log c b ＋log a c . 证明：(1)由于x ≥1，y ≥1，所以 x ＋y ＋1xy ≤1x ＋1y ＋xy ⇔xy (x ＋y )＋1≤y ＋x ＋(xy )2. 将上式中的右式减左式，得 [y ＋x ＋(xy )2]－[xy (x ＋y )＋1] ＝[(xy )2－1]－[xy (x ＋y )－(x ＋y )] ＝(xy ＋1)(xy －1)－(x ＋y )(xy －1)＝(xy －1)(xy －x －y ＋1)＝(xy －1)(x －1)(y －1)． 又x ≥1，y ≥1，所以(xy －1)(x －1)(y －1)≥0， 从而所要证明的不等式成立．(2)设log a b ＝x ，log b c ＝y ，由对数的换底公式得 log c a ＝1xy ，log b a ＝1x ，log c b ＝1y ，log a c ＝xy .于是，所要证明的不等式即为 x ＋y ＋1xy ≤1x ＋1y ＋xy ，其中x ＝log a b ≥1，y ＝log b c ≥1. 故由(1)可知所要证明的不等式成立.已知a ，b ，c ∈R 且不全相等，求证：a 2＋b 2＋c 2>ab ＋bc ＋ca . [证明] 法一：(分析法) 要证a 2＋b 2＋c 2>ab ＋bc ＋ca ， 只需证2(a 2＋b 2＋c 2)>2(ab ＋bc ＋ca )，只需证(a 2＋b 2－2ab )＋(b 2＋c 2－2bc )＋(c 2＋a 2－2ca )>0， 只需证(a －b )2＋(b －c )2＋(c －a )2>0， 因为a ，b ，c ∈R ，所以(a －b )2≥0，(b －c )2≥0，(c －a )2≥0. 又因为a ，b ，c 不全相等， 所以(a －b )2＋(b －c )2＋(c －a )2>0.所以原不等式a 2＋b 2＋c 2>ab ＋bc ＋ca 成立． 法二：(综合法) 因为a ，b ，c ∈R ，所以(a －b )2≥0，(b －c )2≥0，(c －a )2≥0. 又因为a ，b ，c 不全相等， 所以(a －b )2＋(b －c )2＋(c －a )2>0.所以(a 2＋b 2－2ab )＋(b 2＋c 2－2bc )＋(c 2＋a 2－2ca )>0. 所以2(a 2＋b 2＋c 2)>2(ab ＋bc ＋ca )． 所以a 2＋b 2＋c 2>ab ＋bc ＋ca .1．命题“对于任意角θ，cos 4θ－sin 4θ＝cos 2θ”的证明过程：“cos 4θ－sin 4θ＝(cos 2θ－sin 2θ)(cos 2θ＋sin 2θ)＝cos 2θ－sin 2θ＝cos 2θ”，此过程应用了( )A ．分析法B ．综合法C ．综合法、分析法综合使用D ．间接证明法解析：结合推理及分析法和综合法的定义可知，B 正确． 答案：B2．在△ABC 中，若sin B sin C ＝cos 2A2，则下列等式一定成立的是( )A ．A ＝B B ．A ＝C C ．B ＝CD ．A ＝B ＝C解析：∵sin B sin C ＝cos 2A 2＝1＋cos A 2＝1－cos (B ＋C )2，∴cos(B ＋C )＝1－2sin B sin C ，∴cos B cos C －sin B sin C ＝1－2sin B sin C ， ∴cos B cos C ＋sin B sin C ＝1，∴cos(B －C )＝1. 又0<B <π，0<C <π， ∴－π<B －C <π，∴B ＝C . 答案：C3．分析法又称执果索因法，若用分析法证明“设a >b >c ，且a ＋b ＋c ＝0，求证： b 2－ac <3a ”索的因应是( )A ．a －b >0B ．a －c >0C ．(a －b )(a －c )>0D ．(a －b )(a －c )<0解析：b 2－ac <3a ⇔b 2－ac <3a 2⇔(a ＋c )2－ac <3a 2 ⇔a 2＋2ac ＋c 2－ac －3a 2<0 ⇔－2a 2＋ac ＋c 2<0 ⇔2a 2－ac －c 2>0⇔(a －c )(2a ＋c )>0⇔(a －c )(a －b )>0. 故选C. 答案：C4．命题“函数f (x )＝x －x ln x 在区间(0,1)上是增函数”的证明过程“对函数f (x )＝x － x ln x 求导得f ′(x )＝－ln x ，当x ∈(0,1)时，f ′(x )＝－ln x >0，故函数f (x )在区间(0,1)上是增函数”应用了________的证明方法．解析：由证明过程可知，该证明方法为综合法． 答案：综合法5．将下面用分析法证明a 2＋b 22≥ab 的步骤补充完整：要证a 2＋b 22≥ab ，只需证a 2＋b 2≥2ab ，也就是证______，即证________，由于________显然成立，因此原不等式成立．答案：a 2＋b 2－2ab ≥0 (a －b )2≥0 (a －b )2≥06．已知x >0，y >0，且x ＋y ＝1，试分别用综合法与分析法证明⎝⎛⎭⎫1＋1x ⎝⎛⎭⎫1＋1y ≥9.证明：法一：(综合法)左边＝⎝⎛⎭⎫1＋x ＋y x ⎝⎛⎭⎫1＋x ＋y y ＝⎝⎛⎭⎫2＋y x ⎝⎛⎭⎫2＋x y ＝4＋2⎝⎛⎭⎫y x ＋x y ＋1≥5＋4＝9.法二：(分析法)要证⎝⎛⎭⎫1＋1x ⎝⎛⎭⎫1＋1y ≥9成立， ∵x ，y ∈R ＋且x ＋y ＝1，∴y ＝1－x . 只需证明⎝⎛⎭⎫1＋1x ⎝⎛⎭⎫1＋11－x ≥9成立， 即证(1＋x )(1－x ＋1)≥9x (1－x )，即证2＋x －x 2≥9x －9x 2，即证4x 2－4x ＋1≥0， 即证(2x －1)2≥0，此式显然成立，所以原不等式成立．一、选择题1．已知a ，b ，c ∈R ，那么下列命题中正确的是( ) A ．若a >b ，则ac 2>bc 2 B ．若a c >bc ，则a >bC ．若a 3>b 3且ab <0，则1a >1bD ．若a 2>b 2且ab >0，则1a <1b解析：对于A ：若c ＝0，则A 不成立，故A 错； 对于B ：若c <0，则B 不成立，B 错； 对于C ：若a 3>b 3且ab <0，则⎩⎪⎨⎪⎧a >0，b <0，所以1a >1b ，故C 对； 对于D ：若⎩⎪⎨⎪⎧a <0，b <0，则D 不成立．答案：C2．设a ＞0，b ＞0，若3是3a 与3b 的等比中项，则1a ＋1b 的最小值为( )A ．8B ．4C ．1D ．14解析：3是3a 与3b 的等比中项⇒3a ·3b ＝3⇒3a ＋b ＝3⇒a ＋b ＝1， 因为a ＞0，b ＞0，所以ab ≤a ＋b 2＝12⇒ab ≤14， 所以1a ＋1b ＝a ＋b ab ＝1ab ≥114＝4.答案：B3．已知△ABC 中，cos A ＋cos B >0，则必有( ) A ．0<A ＋B <πB ．0<A ＋B <π2C.π2<A ＋B <πD.π2≤A ＋B <π 解析：由cos A ＋cos B >0，得cos A >－cos B ， ∴cos A >cos(π－B )． ∵0<A <π，0<B <π，且y ＝cos x 在x ∈(0，π)上单调递减． ∴A <π－B .∴A ＋B <π，即0<A ＋B <π. 答案：A4．已知实数a ，b ，c 满足a ＋b ＋c ＝0，abc ＞0，则1a ＋1b ＋1c 的值( )A ．一定是正数B ．一定是负数C ．可能是零D ．正、负不能确定解析：∵a ＋b ＋c ＝0，∴(a ＋b ＋c )2＝0. ∴a 2＋b 2＋c 2＋2(ab ＋bc ＋ac )＝0. ∴ab ＋bc ＋ac ＝－12(a 2＋b 2＋c 2)＜0.又abc ＞0，∴1a ＋1b ＋1c ＝ab ＋bc ＋acabc ＜0. 答案：B 二、填空题5．如果a a ＋b b ＞a b ＋b a ，则实数a ，b 应满足的条件是________________． 解析：a a ＋b b ＞a b ＋b a ⇔a a －a b ＞b a －b b⇔a (a －b )＞b (a －b ) ⇔(a －b )(a －b )＞0 ⇔(a ＋b )(a －b )2＞0，故只需a ≠b 且a ，b 都不小于零即可． 答案：a ≥0，b ≥0且a ≠b 6．若a ＝ln 22，b ＝ln 33，c ＝ln 55，则a ，b ，c 的大小关系是______________． 解析：利用函数单调性．设f (x )＝ln xx ，则f ′(x )＝1－ln x x 2，∴0＜x ＜e 时，f ′(x )＞0，f (x )单调递增； x ＞e 时，f ′(x )＜0，f (x )单调递减． 又a ＝ln 44，∴b ＞a ＞c .答案：c ＜a ＜b7．已知p ＝a ＋1a －2(a >2)，q ＝2－a 2＋4a －2(a >2)，则p 与q 的大小关系是________．解析：p ＝a －2＋1a －2＋2≥2(a －2)·1a －2＋2＝4，－a 2＋4a －2＝2－(a －2)2<2，∴q <22＝4≤p . 答案：p >q 8．若对任意x >0，xx 2＋3x ＋1≤a 恒成立，则a 的取值范围是________．解析：∵a ≥xx 2＋3x ＋1＝1x ＋1x ＋3对任意x >0恒成立， 设μ＝x ＋1x ＋3(x >0)．∴只需a ≥1μ恒成立即可．又∵μ＝x ＋1x ＋3≥5，当且仅当x ＝1时“＝”成立． ∴0<1μ≤15.∴a ≥15.答案：⎣⎡⎭⎫15，＋∞ 三、解答题9．已知数列{a n }的首项a 1＝5，S n ＋1＝2S n ＋n ＋5，(n ∈N *)．(1)证明数列{a n ＋1}是等比数列．(2)求a n .解：(1)证明：由条件得S n ＝2S n －1＋(n －1)＋5(n ≥2)①又S n ＋1＝2S n ＋n ＋5，②②－①得a n ＋1＝2a n ＋1(n ≥2)，所以a n ＋1＋1a n ＋1＝(2a n ＋1)＋1a n ＋1＝2(a n ＋1)a n ＋1＝2. 又n ＝1时，S 2＝2S 1＋1＋5，且a 1＝5，所以a 2＝11，所以a 2＋1a 1＋1＝11＋15＋1＝2， 所以数列{a n ＋1}是以2为公比的等比数列．(2)因为a 1＋1＝6，所以a n ＋1＝6×2n －1＝3×2n ， 所以a n ＝3×2n －1.10．已知a ，b ，m 为非零实数，且a 2＋b 2＋2－m ＝0，1a 2＋4b 2＋1－2m ＝0. (1)求证：1a 2＋4b 2≥9a 2＋b 2； (2)求证：m ≥72. 证明：(1)(分析法)要证1a 2＋4b 2≥9a 2＋b 2成立， 只需证⎝⎛⎭⎫1a 2＋4b 2(a 2＋b 2)≥9，即证1＋4＋b 2a 2＋4a 2b 2≥9，即证b 2a 2＋4a 2b 2≥4. 根据基本不等式，有b 2a 2＋4a 2b 2≥2 b 2a 2·4a 2b 2＝4成立， 当且仅当b 2＝2a 2时等号成立．所以原不等式成立．(2)(综合法)因为a 2＋b 2＝m －2，1a 2＋4b2＝2m －1， 由(1)，知(m －2)(2m －1)≥9，即2m 2－5m －7≥0，解得m ≤－1或m ≥72.因为a 2＋b 2＝m －2>0，1a 2＋4b 2＝2m －1>0， 所以m ≥72.。

1．应用反证法推出矛盾的推导过程中要把下列哪些作为条件使用?（)．①结论相反的判断,即反设②原命题的条件③公理、定理、定义④原结论A．②④B．①③④C．①②③D．②③④2．用反证法证明命题“若a,b∈N，ab可以被7整除,则a，b中至少有一个能被7整除”，其假设正确的是（）．A．a，b都能被7整除B．a，b都不能被7整除C．a不能被7整除D．a，b中有一个不能被7整除3．有下列叙述：①“a＞b"的反面是“a＜b”；②“x＝y”的反面是“x＞y或x＜y”；③“三角形的外心在三角形外”的反面是“三角形的外心在三角形内”；④“三角形的内角中最多有一个钝角”的反面是“三角形的内角中没有钝角”，其中正确的叙述有( )．A．0个B．1个C．2个D．3个4．有甲、乙、丙、丁四位歌手参加比赛,其中一位获奖，有人走访了四位歌手，甲说：“是乙或丙获奖．”乙说：“甲,丙都未获奖．”丙说：“我获奖了．"丁说：“是乙获奖．”四位歌手的话只有两句是对的，则获奖的歌手是( )．A．甲B．乙C．丙D．丁5．设正实数a，b，c满足a＋b＋c＝1，则a，b，c中至少有一个数不小于( ）．A．错误!B．错误!C．错误!D．错误!6．用反证法证明:当m为任何实数时,关于x的方程x2－5x＋m ＝0与2x2＋x＋6－m＝0至少有一个方程有实数根．7．已知函数f（x）＝a x＋错误!(a＞1)．用反证法证明方程f(x）＝0没有负数根．8．如图所示，在△ABC中，AB＞AC,AD为BC边上的高线,AM 是BC边上的中线，求证：点M不在线段CD上．9．如图，已知平面α∩平面β＝直线a，直线b⊂α，直线c⊂β，b∩a＝A，c∥a。

求证:b与c是异面直线．参考答案1．C2．B “至少有一个”的否定是“一个也没有”．3．B ①不正确，应为a≤b。

②正确．③不正确，应为三角形的外心在三角形内或三角形的边上．④不正确，应为三角形的内角中有2个或2个以上的钝角．4．C 若甲获奖，则甲、乙、丙、丁四位歌手说的话都是假的，同理可推出乙、丙、丁获奖的情况，最后可知获奖的歌手是丙．5．A 假设a,b，c都小于x,即a＜x，b＜x,c＜x.∴a＋b＋c＜3x.∵a＋b＋c＝1，∴3x＞1。

6．2.2 间接证明：反证法[读教材·填要点]1．反证法的定义先假设原命题的否定成立，从这个假设出发，经过推理，得出与已知事实相矛盾的结论，这个矛盾的结果说明原命题结论的否定不成立，从而间接肯定了原命题结论成立，这种间接证法称为反证法．2．反证法的一般步骤 (1)反设；(2)归谬；(3)结论．[小问题·大思维]1．用反证法证明命题“若p ，则q ”时，綈q 假，q 即为真吗？提示：是的．在证明数学问题时，要证明的结论要么正确，要么错误，二者中居其一，綈q 是q 的反面，若綈q 为假，则q 必为真．2．反证法与逆否命题证明的区别是什么？ 提示：反证法的理论依据是p 与綈p 真假性相反，通过证明綈p 为假命题说明p 为真命题，证明过程中要出现矛盾；逆否命题证明的理论依据是“p ⇒q ”与“綈q ⇒綈p ”是等价命题，通过证明命题“綈q ⇒綈p ”为真命题来说明命题“p ⇒q ”为真命题，证明过程不出现矛盾．直线y ＝kx ＋m (m ≠0)与椭圆W ：x 4＋y 2＝1相交于A ，C 两点，O 是坐标原点．当点B 在W 上且不是W 的顶点时，求证：四边形OABC 不可能为菱形．[自主解答] 假设四边形OABC 为菱形．因为点B 不是W 的顶点，且AC ⊥OB ，所以k ≠0.由⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋4y 2＝4，y ＝kx ＋m 消去y 并整理得(1＋4k 2)x 2＋8kmx ＋4m 2－4＝0. 设A (x 1，y 1)，C (x 2，y 2)，则x 1＋x 22＝－4km1＋4k 2，y 1＋y 22＝k ·x 1＋x 22＋m ＝m1＋4k 2， 设AC 的中点为M ， 则M ⎝⎛⎭⎫－4km 1＋4k 2，m1＋4k 2，因为M 为AC 和OB 的交点，且m ≠0，k ≠0， 所以直线OB 的斜率为－14k.因为k ·⎝⎛⎭⎫－14k ≠－1， 所以AC 与OB 不垂直．所以OABC 不是菱形，与假设矛盾． 所以四边形OABC 不可能是菱形．1．用反证法证明否定性命题的适用类型结论中含有“不”“不是”“不可能”“不存在”等词语的命题称为否定性命题，此类问题的正面比较模糊，而反面比较具体，适合使用反证法．2．用反证法证明数学命题的步骤1．设函数f (x )＝ax 2＋bx ＋c (a ≠0)中，a ，b ，c 均为整数，且f (0)，f (1)均为奇数．求证：f (x )＝0无整数根．证明：假设f (x )＝0有整数根n ，则an 2＋bn ＋c ＝0(n ∈Z)， 而f (0)，f (1)均为奇数，即c 为奇数，a ＋b 为偶数， 则an 2＋bn ＝－c 为奇数，即n (an ＋b )为奇数． ∴n ，an ＋b 均为奇数，又∵a ＋b 为偶数， ∴an －a 为奇数，即a (n －1)为奇数， ∴n －1为奇数，这与n 为奇数矛盾． ∴f (x )＝0无整数根．已知a ≥－1，求证三个方程：x 2＋4ax －4a ＋3＝0，x 2＋(a －1)x ＋a 2＝0，x 2＋2ax －2a ＝0中至少有一个方程有实数解．[自主解答] 假设三个方程都没有实根，则三个方程中：它们的判别式都小于0， 即：⎩⎪⎨⎪⎧(4a )2－4(－4a ＋3)＜0，(a －1)2－4a 2＜0，(2a )2＋4×2a ＜0⇒⎩⎪⎨⎪⎧－32＜a ＜12，a ＞13或a ＜－1，⇒－32＜a ＜－1，－2＜a ＜0.这与已知a ≥－1矛盾，所以假设不成立，故三个方程中至少有一个方程有实数解．用反证法证明“至多”“至少”等问题的两个关注点(1)反设情况要全面，在使用反证法时，必须在假设中罗列出与原命题相异的结论，缺少任何一种可能，反证法都是不完全的．(2)常用题型：对于否定性命题或结论中出现“至多”“至少”“不可能”等字样时，常用反证法．2．已知a 1＋a 2＋a 3＋a 4>100，求证：a 1，a 2，a 3，a 4中至少有一个数大于25. 证明：假设a 1，a 2，a 3，a 4均不大于25， 即a 1≤25，a 2≤25，a 3≤25，a 4≤25， 则a 1＋a 2＋a 3＋a 4≤25＋25＋25＋25＝100， 这与已知a 1＋a 2＋a 3＋a 4>100矛盾，故假设错误． 所以a 1，a 2，a 3，a 4中至少有一个数大于25.用反证法证明：过已知直线a 外一点A 有且只有一条直线b 与已知直线a 平行．[自主解答] 由两条直线平行的定义和几何图形可知，过点A 至少有一条直线与直线a 平行．假设过点A 还有一条直线b ′与已知直线a 平行，即b ∩b ′＝A ，b ′∥a .因为b∥a ，由平行公理知b ′∥b .这与假设b ∩b ′＝A 矛盾， 所以假设错误，原命题成立．巧用反证法证明唯一性命题(1)当证明结论有以“有且只有”“当且仅当”“唯一存在”“只有一个”等形式出现的命题时，由于反设结论易于推出矛盾，故常用反证法证明．(2)用反证法证题时，如果欲证明命题的反面情况只有一种，那么只要将这种情况驳倒了就可以；若结论的反面情况有多种，则必须将所有的反面情况一一驳倒，才能推断结论成立．(3)证明“有且只有一个”的问题，需要证明两个命题，即存在性和唯一性．3．设a >1，函数f (x )＝(1＋x 2)e x －a .证明：f (x )在(－∞，＋∞)上仅有一个零点． 证明：因为a >1， 所以f (0)＝1－a <0，f (ln a )＝(1＋ln 2a )e ln a －a ＝a ln 2a >0， 所以f (0)·f (ln a )<0，由零点存在性定理可知f (x )在(0，ln a )内存在零点． 假设至少有2个零点，则f (x )在(－∞，＋∞)上不单调．由已知得f ′(x )＝(1＋x 2)′e x ＋(1＋x 2)(e x )′＝(1＋x )2e x ≥0， ∴f (x )在(－∞，＋∞)上单调递增，矛盾， ∴假设不成立，则f (x )在(－∞，＋∞)上仅有一个零点.证明：对于直线l ：y ＝kx ＋1，不存在这样的实数k ，使得l 与双曲线C ：3x 2－y 2＝1的交点A ，B 关于直线y ＝ax (a 为常数)对称．[巧思] 本题如果直接证明比较困难，但其反面相对来说比较简单，因此可采用反证法证明．[妙解] 假设存在实数k ，使得A ，B 关于直线y ＝ax 对称，设A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)， 则有(1)直线l ：y ＝kx ＋1与直线y ＝ax 垂直；(2)点A ，B 在直线l ：y ＝kx ＋1上；(3)线段AB 的中点⎝⎛⎭⎫x 1＋x 22，y 1＋y 22在直线y ＝ax 上，所以⎩⎪⎨⎪⎧ka ＝－1， ①y 1＋y 2＝k (x 1＋x 2)＋2， ②y 1＋y 22＝a x 1＋x22. ③由⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx ＋1，y 2＝3x 2－1， 得(3－k 2)x 2－2kx －2＝0.④当k 2＝3时，l与双曲线仅有一个交点，不合题意．由②③得a(x1＋x2)＝k(x1＋x2)＋2. ⑤由④知x1＋x2＝2k3－k2，代入⑤整理得：ka＝3，这与①矛盾．所以假设不成立，故不存在实数k，使得A，B关于直线y＝ax对称．、1．用反证法证明命题“若a，b∈N，ab可被5整除，那么a，b至少有一个能被5整除”，假设的内容应该是()A．a，b都能被5整除B．a，b都不能被5整除C．a，b不都能被5整除D．a能被5整除解析：至少有一个的反面应是一个都没有．答案：B2．用反证法证明命题“三角形的内角中至多有一个钝角”时，反设正确的是() A．三个内角中至少有一个钝角B．三个内角中至少有两个钝角C．三个内角都不是钝角D．三个内角都不是钝角或至少有两个钝角解析：“至多有一个”即要么一个都没有，要么有一个，故反设为“至少有两个”．答案：B3．用反证法证明某命题时，对结论：“自然数a，b，c中恰有一个偶数”正确的反设为()A．a，b，c中至少有两个偶数B．a，b，c中至少有两个偶数或都是奇数C．a，b，c都是奇数D．a，b，c都是偶数答案：B4．用反证法证明如果a＞b，那么3a＞3b，假设的内容应是________．解析：3a＞3b的反设为3a≤3b.答案：3a≤3b5．用反证法证明“一个三角形不能有两个直角”有三个步骤：①∠A＋∠B＋∠C＝90°＋90°＋∠C>180°，这与三角形内角和为180°矛盾，故假设错误．②所以一个三角形不能有两个直角．③假设△ABC中有两个直角，不妨设∠A＝90°，∠B＝90°.上述步骤的正确顺序为________．解析：由反证法的一般步骤可知，正确的顺序应为③①②.答案：③①②6．已知三个正数a，b，c成等比数列，但不成等差数列，求证：a，b，c不成等差数列．证明：假设a，b，c成等差数列，则a＋c＝2b，即a＋c＋2ac＝4b，而b2＝ac，即b＝ac，所以a＋c＋2ac＝4ac，所以(a－c)2＝0，即a＝c.从而a＝b＝c，与a，b，c不成等差数列矛盾，故a，b，c不成等差数列．一、选择题1．设a，b，c∈(－∞，0)，则a＋1b，b＋1c，c＋1a()A．都不大于－2B．都不小于－2C．至少有一个不大于－2 D．至少有一个不小于－2解析：因为a＋1b＋b＋1c＋c＋1a≤－6，所以三者不能都大于－2.答案：C2．用反证法证明命题“三角形三个内角至少有一个不大于60°”时，应假设() A．三个内角都不大于60°B．三个内角都大于60°C．三个内角至多有一个大于60°D．三个内角至多有两个大于60°解析：因为“至少有一个”的反面是“一个也没有”，所以“三角形三个内角至少有一个不大于60°”的否定是“三角形三个内角一个也没有不大于60°”即“三个内角都大于60°”．答案：B3．已知数列{a n}，{b n}的通项公式分别为a n＝an＋2，b n＝bn＋1(a，b是常数)，且a＞b，那么两个数列中序号与数值均相同的项的个数有()A．0个B．1个C．2个D．无穷多个解析：假设存在序号和数值均相等的项，即存在n使得a n＝b n，由题意a＞b，n∈N＋，则恒有an＞bn，从而an＋2＞bn＋1恒成立，∴不存在n使a n＝b n.答案：A4．有以下结论：①已知p3＋q3＝2，求证p＋q≤2，用反证法证明时，可假设p＋q≥2；②已知a，b∈R，|a|＋|b|<1，求证方程x2＋ax＋b＝0的两根的绝对值都小于1，用反证法证明时可假设方程有一根x1的绝对值大于或等于1，即假设|x1|≥1.下列说法中正确的是()A．①与②的假设都错误B．①与②的假设都正确C．①的假设正确；②的假设错误D．①的假设错误；②的假设正确解析：用反证法证题时一定要将对立面找全．在①中应假设p＋q>2，故①的假设是错误的；②的假设是正确的．答案：D二、填空题5．用反证法证明命题“a，b为整数，若a·b不是偶数，则a，b都不是偶数”时，应假设为__________________．解析：“a，b都不是偶数”指“a，b都是奇数”，它的反面是“a，b不都是奇数”．答案：a，b不都是奇数6．命题“a，b∈R，若|a－1|＋|b－1|＝0，则a＝b＝1”用反证法证明时应假设为________________．解析：“a＝b＝1”的反面是“a≠1或b≠1”，所以设为a≠1或b≠1.答案：a ≠1或b ≠17．完成以下反证法证题的全过程．设a 1，a 2，…，a 7是1,2，…，7的一个排列，求证：乘积p ＝(a 1－1)(a 2－2)…(a 7－7)为偶数．证明：反设p 为奇数，则a 1－1，a 2－2，…，a 7－7均为奇数． 因奇数个奇数之和为奇数，故有奇数＝__________________________________① ＝__________________________________② ＝0.但0≠奇数，这一矛盾说明p 为偶数．解析：将a 1－1，a 2－2，...，a 7－7相加后，再分组结合计算． 答案：(a 1－1)＋(a 2－2)＋...＋(a 7－7) (a 1＋a 2＋...＋a 7)－(1＋2＋ (7)8．若下列两个方程x 2＋(a －1)x ＋a 2＝0，x 2＋2ax －2a ＝0中至少有一个方程有实根，则实数a 的取值范围是________．解析：两个方程至少有一个方程有实根，考虑起来比较复杂，可以考虑其反面，即“两个方程都无实根”，这样求得a 的集合记为A ，那么原命题所求a 的取值范围即为∁R A ，解法如下：若两个方程都无实根⇒⎩⎪⎨⎪⎧Δ1＝(a －1)2－4a 2＜0，Δ2＝(2a )2－4(－2a )＜0⇒⎩⎪⎨⎪⎧a ＜－1或a ＞13，－2＜a ＜0⇒－2＜a ＜－1. 则A ＝{a |－2＜a ＜－1}， 故∁R A ＝{a |a ≤－2或a ≥－1}． 答案：(]－∞，－2∪[)－1，＋∞ 三、解答题9．已知二次函数f (x )＝ax 2＋bx ＋c (a >0)的图象与x 轴有两个不同的交点，f (c )＝0，且当0<x <c 时，f (x )>0.(1)证明：1a 是函数f (x )的一个零点； (2)试用反证法证明：1a >c .证明：(1)∵f (x )的图象与x 轴有两个不同的交点，∴f (x )＝ax 2＋bx ＋c ＝0有两个不等实根， 设为x 1，x 2. ∵f (c )＝0，∴c 是f (x )＝0的一个根， 不妨令x 1＝c . 又x 1x 2＝ca ，∴x 2＝1a (1a ≠c )， ∴1a 是f (x )＝0的一个根， 即1a 是函数f (x )的一个零点． (2)由(1)知1a ≠c ，故假设1a <c .∵1a >0，又当0<x <c 时，f (x )>0， ∴f ⎝⎛⎭⎫1a >0，与f ⎝⎛⎭⎫1a ＝0矛盾， ∴假设不成立，∴1a>c .10．已知数列{a n }的前n 项和为S n ，且满足a n ＋S n ＝2. (1)求数列{a n }的通项公式；(2)求证：数列{a n }中不存在三项按原来顺序成等差数列． 解：(1)当n ＝1时， a 1＋S 1＝2a 1＝2，则a 1＝1. 又a n ＋S n ＝2， 所以a n ＋1＋S n ＋1＝2， 两式相减得a n ＋1＝12a n ，所以{a n }是首项为1， 公比为12的等比数列，所以a n ＝12n －1.(2)证明：反证法：假设存在三项按原来顺序成等差数列， 记为a p ＋1，a q ＋1，a r ＋1(p <q <r ，且p ，q ，r ∈N ＋)， 则2·12q ＝12p ＋12r ，所以2·2r－q＝2r－p＋1.①又因为p<q<r，所以r－q，r－p∈N＋.所以①式左边是偶数，右边是奇数，等式不成立．所以假设不成立，原命题得证．。

6．3数学归纳法[读教材·填要点]数学归纳法的概念及步骤一般地，证明一个与正整数有关的命题，可按下列步骤进行：(1)证明当n ＝n 0(n 0∈N ＋)时命题成立；(2)假设n ＝k (k ≥n 0，k ∈N ＋)时命题成立，证明当n ＝k ＋1时命题也成立．只要完成了这两个步骤，就可以断定命题对于任何从n 0开始的所有正整数n 都成立．上述证明方法叫作数学归纳法．[小问题·大思维]1．数学归纳法的第一步n 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°时，第一个值为n 0＝3.2．数学归纳法的两个步骤之间有怎样的联系？提示：步骤(1)是命题论证的基础，步骤(2)是判断命题的正确性能否递推下去的保证．这两个步骤缺一不可，如果只有步骤(1)缺少步骤(2)，无法对n 取n 0后的数时结论是否正确做出判断；如果只有步骤(2)缺少步骤(1)这个基础，假设就失去了成立的前提，步骤(2)就没有意义了．用数学归纳法证明等式用数学归纳法证明：…＝(n ≥2，n ∈N ＋)．(1－14)(1－19)(1－116)(1－1n 2)n ＋12n [自主解答]　①当n ＝2时，左边＝1－＝，1434右边＝＝，2＋12×234∴左边＝右边．②假设n ＝k (k ≥2，k ∈N ＋)时结论成立，即…＝.(1－14)(1－19)(1－1k 2)k ＋12k那么n ＝k ＋1时，利用归纳假设有： (1)14)(1－19)(1－1k 2)[1－1(k ＋1)2]＝＝·＝＝.k ＋12k [1－1(k ＋1)2]k ＋12k k (k ＋2)(k ＋1)2k ＋22(k ＋1)(k ＋1)＋12(k ＋1)∴即n ＝k ＋1时等式也成立．综合①②知，对任意n ≥2，n ∈N ＋等式恒成立．用数学归纳法证明等式应注意的问题(1)用数学归纳法证明等式问题是常见题型，其关键点在于弄清等式两边的构成规律，等式两边各有多少项，以及初始值n 0的值．(2)由n ＝k 到n ＝k ＋1时，除考虑等式两边变化的项外还要充分利用n ＝k 时的式子，即充分利用假设，正确写出归纳证明的步骤，从而使问题得以证明．1．用数学归纳法证明：1－＋－＋…＋－＝＋＋…＋(n ∈N ＋)．12131412n －112n 1n ＋11n ＋212n 证明：(1)当n ＝1时，左边＝1－＝＝＝右边，所以等式成立．121211＋1(2)假设n ＝k (k ∈N ＋)时等式成立，即1－＋－＋…＋－＝＋＋…＋，12131412k －112k 1k ＋11k ＋212k 则当n ＝k ＋1时，1－＋－＋…＋－＋－12131412k －112k 12k ＋112k ＋2＝＋－(1k ＋1＋1k ＋2＋…＋12k )12k ＋112k ＋2＝＋(1k ＋2＋1k ＋3＋…＋12k ＋12k ＋1)(1k ＋1－12k ＋2)＝＋＋…＋＋＋.1k ＋21k ＋312k 12k ＋112(k ＋1)所以n ＝k ＋1时等式也成立．由(1)(2)知等式对任意n ∈N ＋都成立．用数学归纳法证明不等式证明不等式1＋＋＋…＋<2(n ∈N ＋)．12131nn [自主解答]　(1)当n ＝1时，左边＝1，右边＝2.左边<右边，不等式成立．(2)假设当n ＝k (k ≥1且k ∈N ＋)时，不等式成立，即1＋＋＋…＋<2.12131kk 则当n ＝k ＋1时，左边＝1＋＋＋…＋＋<12131k 1k ＋12＋＝<k 1k ＋12k ·k ＋1＋1k ＋1＝＝2.(k )2＋(k ＋1)2＋1k ＋12(k ＋1)k ＋1k ＋1∴当n ＝k ＋1时，不等式成立．由(1)(2)可知，原不等式对任意n ∈N ＋都成立．用数学归纳法证明不等式注意的问题(1)当遇到与正整数n 有关的不等式证明时，应用其他办法不容易证，则可考虑应用 数学归纳法．(2)用数学归纳法证明不等式的关键是由n ＝k 成立，推证n ＝k ＋1时也成立，证明时用上归纳假设后，可采用分析法、综合法、作差(作商)比较法、放缩法等证明．2．已知数列{a n }，a n ≥0，a 1＝0，a ＋a n ＋1－1＝a .2n ＋12n 求证：当n ∈N ＋时，a n <a n ＋1.证明：(1)当n ＝1时，因为a 2是方程a ＋a 2－1＝0的正根，所以a 1<a 2.2(2)假设当n ＝k (k ∈N ＋)时，0≤a k <a k ＋1，则由a －a ＝(a ＋a k ＋2－1)－(a ＋a k ＋1－1)2k ＋12k 2k ＋22k ＋1＝(a k ＋2－a k ＋1)(a k ＋2＋a k ＋1＋1)>0，得a k ＋1<a k ＋2，即当n ＝k ＋1时，a n <a n ＋1也成立．根据(1)和(2)，可知a n <a n ＋1对任何n ∈N ＋都成立．归纳—猜想—证明问题数列{a n }中，a 1＝1，a 2＝，且a n ＋1＝(n ≥2)，求a 3，a 4，猜想a n 的14(n －1)a n n －a n表达式，并加以证明．[自主解答]　∵a 2＝，且a n ＋1＝(n ≥2)，14(n －1)a nn －a n ∴a 3＝＝＝，a 4＝＝＝.a 22－a 2142－14172a 33－a 32×173－17110猜想：a n ＝(n ∈N ＋)．13n －2下面用数学归纳法证明猜想正确．证明：(1)当n ＝1,2易知猜想正确．(2)假设当n ＝k (k ≥2，k ∈N ＋)时猜想正确，即a k ＝.13k －2当n ＝k ＋1时，a k ＋1＝＝＝(k －1)a kk －a k(k －1)·13k －2k －13k －2k －13k －23k 2－2k －13k －2＝＝k －13k 2－2k －1k －1(3k ＋1)(k －1)＝＝.13k ＋113(k ＋1)－2∴n ＝k ＋1时猜想也正确．由(1)(2)可知，猜想对任意n ∈N ＋都正确．“归纳—猜想—证明”的模式，是不完全归纳法与数学归纳法综合应用的解题模式．其一般思路是：通过观察有限个特例，猜想出一般性的结论，然后用数学归纳法证明．这种方法在解决探索性问题、存在性问题或与正整数有关的命题中有着广泛的应用．其关键是归纳、猜想出公式．3．已知数列{a n }中，S n 是{a n }的前n 项和且S n 是2a 与－2na n 的等差中项，其中a 是不为0的常数．(1)求a 1，a 2，a 3.(2)猜想a n 的表达式，并用数学归纳法进行证明．解：(1)由题意知S n ＝a －na n ，当n ＝1时，S 1＝a 1＝a －a 1，解得a 1＝.a2当n ＝2时，S 2＝a 1＋a 2＝a －2a 2，解得a 2＝.a6当n ＝3时，S 3＝a 1＋a 2＋a 3＝a －3a 3，解得a 3＝.a 12(2)猜想：a n ＝(n ∈N *)an (n ＋1)证明：①当n ＝1时，由(1)知等式成立．②假设当n ＝k (k ≥1，k ∈N *)时等式成立，即a k ＝，则当n ＝k ＋1时，ak (k ＋1)a k ＋1＝S k ＋1－S k ＝a －(k ＋1)a k ＋1－(a －ka k )，所以a k ＋1＝＝.a(k ＋1)(k ＋2)a(k ＋1)[(k ＋1)＋1]即当n ＝k ＋1时，等式成立．结合①②得a n ＝对任意n ∈N *均成立.a n (n ＋1)用数学归纳法证明42n ＋1＋3n ＋2能被13整除，其中n ∈N ＋.[证明]　法一：(1)当n ＝1时，42×1＋1＋31＋2＝91能被13整除，故结论成立．(2)假设当n ＝k (k ≥1，且k ∈N ＋)时，42k ＋1＋3k ＋2能被13整除，则当n ＝k ＋1时，42(k ＋1)＋1＋3k ＋3＝42k ＋1·42＋3k ＋2·3－42k ＋1·3＋42k ＋1·3＝42k ＋1·13＋3·(42k ＋1＋3k ＋2)，∵42k ＋1·13能被13整除，42k ＋1＋3k ＋2能被13整除，∴42k ＋1·13＋3·(42k ＋1＋3k ＋2)能被13整除．即当n ＝k ＋1时也成立．由(1)(2)知，当n ∈N ＋时，42n ＋1＋3n ＋2能被13整除．法二：(1)当n ＝1时，42×1＋1＋31＋2＝91能被13整除，故结论成立．(2)假设当n ＝k (k ≥1，k ∈N ＋)时，即42k ＋1＋3k ＋2能被13整除，则当n ＝k ＋1时，[42(k ＋1)＋1＋3k ＋3]－(42k ＋1＋3k ＋2)＝(42k ＋1·42＋3k ＋2·3)－(42k ＋1＋3k ＋2)＝42k ＋1·13＋2·(42k ＋1＋3k ＋2)∵42k ＋1·13能被13整除，42k ＋1＋3k ＋2能被13整除．∴(42(k ＋1)＋1＋3k ＋3)－(42k ＋1＋3k ＋2)能被13整除．因而42(k ＋1)＋1＋3k ＋3能被13整除．∴当n ＝k ＋1时命题也成立．由(1)(2)知，当n ∈N ＋时，42n ＋1＋3n ＋2能被13整除．[点评]　用数学归纳法证明整除性问题时，证明n ＝k ＋1时成立是关键，其中的重要步骤是“凑项”，即通过增项、减项、拆项和因式分解等手段，将n ＝k ＋1时被除式凑成一部分能利用归纳假设，另一部分能被除式整除的形式．1．用数学归纳法证明1＋＋＋…＋<n (n ∈N ＋，n >1)时，第一步应验证不等式121312n －1( )A ．1＋<2 　B ．1＋＋<2121213C ．1＋＋<3D ．1＋＋＋<31213121314解析：∵n >1且n ∈N ＋，∴n 0取的第一个值n 0＝2.答案：B2．某个命题与自然数n 有关，如果当n ＝k (k ∈N ＋)时，该命题成立，那么可推得当n ＝k ＋1时命题也成立，现在已知当n ＝5时，该命题不成立，那么可推得( )A ．当n ＝6时该命题不成立B ．当n ＝6时该命题成立C ．当n ＝4时该命题不成立D ．当n ＝4时该命题成立解析：若n ＝4时成立，则n ＝4＋1时也成立，与已知矛盾，故n ＝4时不成立．答案：C3．用数学归纳法证明“1＋2＋22＋…＋2n ＋2＝2n ＋3－1”，在验证n ＝1时，左边计算所得的式子为( )A ．1B ．1＋2C ．1＋2＋22D ．1＋2＋22＋23解析：当n ＝1时，左边＝1＋2＋22＋23.答案：D4．用数学归纳法证明“对于足够大的自然数n ，总有2n >n 3”时，验证第一步不等式成立所取的第一个值n 0最小应当是______________．解析：∵210＝1 024>103,29＝512<93，∴第一个值n 0最小应当是10.答案：105．用数学归纳法证明“当n 为正奇数时，x n ＋y n 能被x ＋y 整除”，当第二步假设n ＝2k －1(k ∈N ＋)命题为真时，进而需证n ＝________时，命题亦真．解析：n 为正奇数，假设n ＝2k －1成立后，需证明的应为n ＝2k ＋1时成立．答案：2k ＋16．设f (n )＝1＋＋＋…＋(n ∈N ＋)．12131n求证：f (1)＋f (2)＋…＋f (n －1)＝n ·(n ≥2，n ∈N ＋)．[f (n )－1]证明：(1)当n ＝2时，左边＝f (1)＝1.右边＝2＝1，左边＝右边，等式成立．[1＋12－1](2)假设n ＝k 时，结论成立，即f (1)＋f (2)＋…＋f (k －1)＝k ，[f (k )－1]那么，当n ＝k ＋1时，f (1)＋f (2)＋…＋f (k －1)＋f (k )＝k ＋f (k )＝(k ＋1)f (k )－k [f (k )－1]＝(k ＋1)－k ＝(k ＋1)f (k ＋1)－(k ＋1)＝(k ＋1)，[f (k ＋1)－1k ＋1][f (k ＋1)－1]∴当n ＝k ＋1时结论仍然成立．∴f (1)＋f (2)＋…＋f (n －1)＝n (n ≥2，n ∈N ＋)．[f (n )－1]一、选择题1．若命题p (n )对n ＝k 成立，则它对n ＝k ＋2也成立，又已知命题p (2)成立，则下列结论正确的是( )A ．p (n )对所有自然数n 都成立．B ．p (n )对所有正偶数n 都成立．C ．p (n )对所有正奇数n 都成立．D ．p (n )对所有大于1的自然数n 成立．解析：由递推规则可知选B.答案：B2．用数学归纳法证明“1＋a ＋a 2＋…＋a n ＋1＝(a ≠1，n ∈N ＋)”，在验证n ＝11－a n ＋21－a成立时，左边计算所得的项是( )A ．1B ．1＋aC ．1＋a ＋a 2D ．1＋a ＋a 2＋a 3解析：当n ＝1时，n ＋1＝2，所以左边＝1＋a ＋a 2.答案：C3．已知n 为正偶数，用数学归纳法证明“1－＋－＋…＋＝2”时，若已假设n ＝k (k ≥2为偶数)1213141n －1(1n ＋2＋1n ＋4＋…＋12n )时命题为真，则还需要用归纳假设再证( )A ．n ＝k ＋1时等式成立B ．n ＝k ＋2时等式成立C ．n ＝2k ＋2时等式成立D ．n ＝2(k ＋2)时等式成立解析：因为假设n ＝k (k ≥2为偶数)，故下一个偶数为k ＋2.答案：B4．用数学归纳法证明“12＋22＋…＋(n －1)2＋n 2＋(n －1)2＋…＋22＋12＝”时，n (2n 2＋1)3由n ＝k 的假设到证明n ＝k ＋1时，等式左边应添加的式子是( )A ．(k ＋1)2＋2k 2B ．(k ＋1)2＋k 2C ．(k ＋1)2 D.(k ＋1)[2(k ＋1)2＋1]13解析：当n ＝k 时，左边＝12＋22＋…＋(k －1)2＋k 2＋(k －1)2＋…＋22＋12，当n ＝k ＋1时，左边＝12＋22＋…＋(k －1)2＋k 2＋(k ＋1)2＋k 2＋(k －1)2＋…＋22＋12＝[12＋22＋…＋(k －1)2＋k 2＋(k －1)2＋…＋22＋12]＋k 2＋(k ＋1)2.答案：B 二、填空题5．用数学归纳法证明1＋2＋22＋…＋2n －1＝2n －1(n ∈N *)的过程如下：①当n ＝1时，左边＝20＝1，右边＝21－1＝1，等式成立．②假设n ＝k (k ≥1，且k ∈N *)时，等式成立，即1＋2＋22＋…＋2k －1＝2k －1.则当n ＝k ＋1时，1＋2＋22＋…＋2k －1＋2k ＝＝2k ＋1－1，1－2k ＋11－2所以当n ＝k ＋1时，等式也成立．由①②知，对任意n ∈N *，等式成立．上述证明中的错误是________．解析：由证明过程知，在证从n ＝k 到n ＝k ＋1时，直接用的等比数列前n 项和公式，没有用上归纳假设，因此证明是错误的．答案：没有用归纳假设6．用数学归纳法证明1＋2＋3＋…＋n 2＝，则当n ＝k ＋1时左端应在n ＝k 的基n 4＋n 22础上加上的项为____________________．解析：当n ＝k 时左端为1＋2＋3＋…＋k ＋(k ＋1)＋(k ＋2)＋…＋k 2，则当n ＝k ＋1时，左端为1＋2＋3＋…＋k 2＋(k 2＋1)＋(k 2＋2)＋…＋(k ＋1)2，故增加的项为(k2＋1)＋(k2＋2)＋…＋(k＋1)2.答案：(k2＋1)＋(k2＋2)＋…＋(k＋1)27．用数学归纳法证明“(n＋1)(n＋2)…(n＋n)＝2n·1·2…(2n－1)(n∈N＋)”时，从n＝k 到n＝k＋1时，左边应增添的式子是________．解析：当n＝k时，左边＝(k＋1)(k＋2)·…·(k＋k)，当n＝k＋1时，左边＝(k＋2)(k＋3)…(k＋k)(k＋1＋k)·(k＋1＋k＋1)＝(k＋2)(k＋3)…(k ＋k)(2k＋1)·2(k＋1)所以，左边应增添的式子是2(2k＋1)．答案：2(2k＋1)8．用数学归纳法证明“n3＋5n(n∈N＋)能被6整除”的过程中，当n＝k＋1时，式子(k＋1)3＋5(k＋1)应变形为__________________．解析：证明当n＝k＋1时，n3＋5n能被6整除，一定要用到归纳假设“k3＋5k能被6整除”．故需将(k＋1)3＋5(k＋1)化成含有(k3＋5k)的形式，使用拼凑法．答案：(k3＋5k)＋3k(k＋1)＋6三、解答题9．将正整数作如下分组：(1)，(2,3)，(4,5,6)，(7,8,9,10)，(11,12,13,14,15)，(16,17,18,19,20,21)，…，分别计算各组包含的正整数的和如下，试猜测S1＋S3＋S5＋…＋S2n 的结果，并用数学归纳法证明．－1S1＝1，S2＝2＋3＝5，S3＝4＋5＋6＝15，S4＝7＋8＋9＋10＝34，S5＝11＋12＋13＋14＋15＝65，S6＝16＋17＋18＋19＋20＋21＝111，…解：由题意知，当n＝1时，S1＝1＝14；当n＝2时，S1＋S3＝16＝24；当n＝3时，S1＋S3＋S5＝81＝34；当n＝4时，S1＋S3＋S5＋S7＝256＝44；猜想：S1＋S3＋S5＋…＋S2n－1＝n4.下面用数学归纳法证明：(1)当n＝1时，S1＝1＝14，等式成立．(2)假设当n＝k(k∈N＋)时等式成立，即S1＋S3＋S5＋…＋S2k－1＝k4，那么，当n ＝k ＋1时，S 1＋S 3＋S 5＋…＋S 2k －1＋S 2k ＋1＝k 4＋[(2k 2＋k ＋1)＋(2k 2＋k ＋2)＋…＋(2k 2＋k ＋2k ＋1)]＝k 4＋(2k ＋1)(2k 2＋2k ＋1)＝k 4＋4k 3＋6k 2＋4k ＋1＝(k ＋1)4，这就是说，当n ＝k ＋1时，等式也成立．根据(1)和(2)，可知对于任意的n ∈N ＋，S 1＋S 3＋S 5＋…＋S 2n －1＝n 4都成立．10．用数学归纳法证明(n 2－1)＋2(n 2－22)＋…＋n (n 2－n 2)＝n 2(n 2－1)(n ∈N ＋)．14证明：(1)当n ＝1时，左边＝0，右边＝0，等式成立．(2)假设n ＝k 时，等式成立，即(k 2－1)＋2(k 2－22)＋…＋k (k 2－k 2)＝k 2(k 2－1)成立．14当n ＝k ＋1时，[(k ＋1)2－12]＋2[(k ＋1)2－22]＋…＋k [(k ＋1)2－k 2]＋(k ＋1)[(k ＋1)2－(k ＋1)2]＝[(k 2－12)＋(2k ＋1)]＋2[(k 2－22)＋(2k ＋1)]＋…＋k [(k 2－k 2)＋(2k ＋1)]＝[(k 2－12)＋2(k 2－22)＋…＋k (k 2－k 2)]＋(2k ＋1)(1＋2＋…＋k )＝k 2(k 2－1)＋(2k ＋1)·k (k ＋1)1412＝(k ＋1)2[(k ＋1)2－1]．14所以当n ＝k ＋1时，等式成立．由(1)(2)，可知等式对任何n ∈N ＋都成立．。

[A 基础达标]1．用反证法证明“三角形中最多只有一个内角为钝角”，下列假设中正确的是( )A ．有两个内角是钝角B ．有三个内角是钝角C ．至少有两个内角是钝角D ．没有一个内角是钝角解析：选C.“最多有一个”的反设是“至少有两个”．2．已知a ，b 是异面直线，直线c 平行于直线a ，那么c 与b 的位置关系为( )A ．一定是异面直线B ．一定是相交直线C ．不可能是平行直线D ．不可能是相交直线解析：选C.假设c ∥b ，而由c ∥a ，可得a ∥b ，这与a ，b 异面矛盾，故c 与b 不可能是平行直线．故应选C.3．否定结论“自然数a 、b 、c 中恰有一个偶数”时，正确的反设为( )A ．a 、b 、c 都是奇数B ．a 、b 、c 都是偶数C ．a 、b 、c 中至少有两个偶数D ．a 、b 、c 都是奇数或至少有两个偶数解析：选D.自然数a 、b 、c 中奇数、偶数的可能情况有：全为奇数，恰有一个偶数，恰有两个偶数，全为偶数．剔出结论即为反设．4．设x >0，则方程x ＋1x＝2sin x 的根的情况是( ) A ．有实根 B ．无实根C ．恰有一实根D ．无法确定解析：选B.x >0时，x ＋1x≥2，而2sin x ≤2，但此二式中“＝”不可能同时取得，所以x ＋1x＝2sin x 无实根． 5．设x ，y ，z 都是正实数，a ＝x ＋1y ，b ＝y ＋1z ，c ＝z ＋1x，则a ，b ，c 三个数( ) A ．至少有一个不大于2B ．都小于2C ．至少有一个不小于2D ．都大于2解析：选C.若a ，b ，c 都小于2，则a ＋b ＋c ＜6①，而a ＋b ＋c ＝x ＋1x ＋y ＋1y ＋z ＋1z≥6②，显然①，②矛盾，所以C 正确．6．在△ABC 中，若AB ＝AC ，P 是△ABC 内的一点，∠APB ＞∠APC ，求证：∠BAP ＜∠CAP ，用反证法证明时的假设为________________．解析：反证法对结论的否定是全面否定，∠BAP ＜∠CAP 的对立面是∠BAP ＝∠CAP 或∠BAP ＞∠CAP .答案：∠BAP ＝∠CAP 或∠BAP ＞∠CAP7．用反证法证明命题：“一个三角形中不能有两个直角”的过程归纳为以下三个步骤： ①∠A ＋∠B ＋∠C ＝90°＋90°＋∠C ＞180°，这与三角形内角和为180°相矛盾，∠A ＝∠B ＝90°不成立．②所以一个三角形中不能有两个直角．③假设∠A 、∠B 、∠C 中有两个角是直角，不妨设∠A ＝∠B ＝90°.正确顺序的排列为________．解析：反证法的步骤是：先假设命题不成立，然后通过推理得出矛盾，最后否定假设，得到命题是正确的．答案：③①②8．用反证法证明命题“若a 2＋b 2＝0，则a ，b 全为0(a ，b 为实数)”，其反设为________． 解析：“a 、b 全为0”即是“a ＝0且b ＝0”，因此它的反设为“a ≠0或b ≠0”．答案：a ，b 不全为09．如图所示，设SA 、SB 是圆锥的两条母线，O 是底面圆心，C 是SB 上一点．求证：AC 与平面SOB 不垂直．证明：如图所示，连接AB ，假设AC ⊥平面SOB .因为直线SO 在平面SOB 内，所以AC ⊥SO .因为SO ⊥底面圆O ，所以SO ⊥AB ，所以SO ⊥平面SAB ，所以平面SAB ∥底面圆O .这显然矛盾，所以假设不成立，故AC 与平面SOB 不垂直．10．若下列方程：x 2＋4ax －4a ＋3＝0，x 2＋(a －1)x ＋a 2＝0，x 2＋2ax －2a ＝0至少有一个方程有实根，试求实数a 的取值范围．解：设三个方程均无实数根，则有⎩⎪⎨⎪⎧Δ1＝16a 2－4（－4a ＋3）＜0，Δ2＝（a －1）2－4a 2＜0，Δ3＝4a 2－4（－2a ）＜0，解得⎩⎨⎧－32＜a ＜12，a ＜－1或a ＞13，－2＜a ＜0，即－32＜a ＜－1，所以当a ≥－1或a ≤－32时，三个方程至少有一个方程有实根． [B 能力提升]11．设a ，b 是两个实数，给出下列条件：①a ＋b ＝1；②a ＋b ＝2；③a ＋b ＞2；④a 2＋b 2＞2.其中能推出“a ，b 中至少有一个大于1”的条件是________(填序号)．解析：若a ＝13，b ＝23，则a ＋b ＝1，但a ＜1，b ＜1，故①不能推出．若a ＝b ＝1，则a ＋b ＝2，故②不能推出．若a ＝－2，b ＝1，则a 2＋b 2＞2，故④不能推出．对于③，即a ＋b ＞2，则a ，b 中至少有一个大于1.反证法：假设a ≤1且b ≤1，则a ＋b ≤2与a ＋b ＞2矛盾，因此假设不成立，故a ，b 中至少有一个大于1.答案：③12．若a 、b 、c 、d 都是有理数，c 、d 都是无理数，且a ＋c ＝b ＋d ，则a 与b ，c 与d 之间的数量关系为__________，________．解析：假设a ≠b ，令a ＝b ＋m (m 是不等于零的有理数)，于是b ＋m ＋c ＝b ＋d ，所以m ＋c ＝d ，两边平方整理得c ＝d －c －m 22m. 左边是无理数，右边是有理数，矛盾，因此a ＝b ，从而c ＝d .答案：a ＝b c ＝d13．已知二次函数f (x )＝ax 2＋bx ＋c (a ＞0)的图象与x 轴有两个不同的交点．若f (c )＝0，且0＜x ＜c 时f (x )＞0.(1)证明：1a是函数f (x )的一个零点； (2)试用反证法证明：1a＞c . 证明：(1)因为f (x )的图象与x 轴有两个不同的交点，所以f (x )＝0有两个不等实根x 1，x 2.因为f (c )＝0，所以x 1＝c 是f (x )＝0的一个根，又因为x 1x 2＝c a. 所以x 2＝1a ⎝⎛⎭⎫1a ≠c ， 所以1a 是f (x )＝0的另一个根，即1a是函数f (x )的一个零点． (2)由第一问知1a ≠c ，故假设1a＜c ， 易知1a＞0，由题知当0＜x ＜c 时，f (x )＞0， 所以f ⎝⎛⎭⎫1a ＞0与f ⎝⎛⎭⎫1a ＝0矛盾， 所以1a＞c . 14．(选做题)设{a n }是公比为q 的等比数列．(1)推导{a n }的前n 项和公式；(2)设q ≠1，证明数列{a n ＋1}不是等比数列．解：(1)设{a n }的前n 项和为S n ，当q ＝1时，S n ＝a 1＋a 1＋…＋a 1＝na 1；当q ≠1时，S n ＝a 1＋a 1q ＋a 1q 2＋…＋a 1q n －1，①qS n ＝a 1q ＋a 1q 2＋…＋a 1q n ，②由①－②得，(1－q )S n ＝a 1－a 1q n ，所以S n ＝a 1（1－q n ）1－q， 综上所述，S n ＝⎩⎪⎨⎪⎧na 1，q ＝1，a 1（1－q n）1－q ，q ≠1.(2)证明：假设{a n＋1}是等比数列，则对任意的k∈N*，(a k＋1＋1)2＝(a k＋1)(a k＋2＋1)，a2k＋1＋2a k＋1＋1＝a k a k＋2＋a k＋a k＋2＋1，a21q2k＋2a1q k＝a1q k－1·a1q k＋1＋a1q k－1＋a1q k＋1，因为a1≠0，所以2q k＝q k－1＋q k＋1.因为q≠0，所以q2－2q＋1＝0，所以q＝1，这与已知矛盾．所以假设不成立，故数列{a n＋1}不是等比数列．。