最新充要条件与反证法(整理好的很详细)
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数学证明与推理的基本方法与技巧数学是一门严谨而抽象的学科,其中的证明和推理是数学思维的核心部分。
通过证明和推理,数学家能够发现、验证和推广数学定理,推动数学科学的进步。
本文将介绍数学证明与推理的基本方法与技巧,帮助读者更好地理解和应用数学知识。
一、数学证明的基本方法1. 直接证明法直接证明法是数学证明中最常见的方法,即通过逻辑推理从已知条件推出结论。
首先,列出已知条件,然后基于这些已知条件使用逻辑推理得出结论。
例如,证明一个等式,可以从等式的两边进行运算,逐步推导出相等关系。
2. 反证法反证法是通过假设命题的否定结果,然后推导出矛盾,从而证明原命题是正确的方法。
这种方法常用于证明存在性质的命题,其证明思路是假设命题不成立,然后通过推理得出矛盾的结论。
3. 数学归纳法数学归纳法用于证明具有递推性质的命题,即通过证明命题在某些特殊情况下成立,并假设对于某个自然数n成立,然后证明在n+1的情况下也成立。
这样,通过归纳可以得出命题在所有自然数上成立的结论。
4. 构造法构造法是通过构造一个满足条件的示例来证明命题。
证明思路是首先根据已知条件构造出一个符合题目要求的对象,然后验证该对象满足题目给出的条件。
例如,证明存在一个正整数满足某种性质,可以通过构造一个具体的正整数来完成证明。
二、推理的基本技巧1. 充分性与必要性在数学证明中,需要区分充分条件和必要条件。
充分条件指的是当条件成立时,结论一定成立;必要条件指的是当结论成立时,条件一定成立。
在进行推理时,需要确保充分条件和必要条件的正确性,不可混淆。
2. 逻辑演绎逻辑演绎是通过逻辑关系进行推理的重要方法。
主要包括假言推理、拒取式推理、假设推理等。
在推理过程中,需要根据已知条件和逻辑规则推导出新的结论,确保逻辑推理的准确性和完整性。
3. 利用等价关系等价关系在数学证明中起着重要的作用。
当遇到复杂的命题或不等式时,可以利用等价关系将其转化为更简单的形式,从而更便于证明。
v1并v2是v的子空间的充要条件证明设V1和V2是向量空间V的任意两个子空间。
(充分性证明)假设V1和V2都是V的子空间。
要证明V1∩V2也是V的子空间。
首先,我们知道一个子空间必须满足三个条件:1.零向量属于子空间;2.子空间对于向量的加法运算是封闭的;3.子空间对于标量的乘法运算是封闭的。
根据V1和V2都是V的子空间,我们可以得到:1.零向量0属于V1,零向量0属于V2,因此零向量0属于V1∩V2;2.对于任意的向量v1和v2,如果v1属于V1并且v2属于V2,那么v1和v2加起来的结果v1+v2也属于V1和V2,因此v1+v2也属于V1∩V2;也属于V1和V2。
由于V1和V2都是子空间,即v属于V1和V2,所以av也属于V1和V2,因此av也属于V1∩V2。
综上所述,根据V1和V2都是V的子空间的条件,我们得到V1∩V2也是V的子空间。
(必要性证明)假设V1∩V2是V的子空间。
要证明V1和V2都是V的子空间。
首先,我们知道一个子空间必须满足三个条件:1.零向量属于子空间;2.子空间对于向量的加法运算是封闭的;3.子空间对于标量的乘法运算是封闭的。
根据V1∩V2是V的子空间,我们可以得到:1.零向量0属于V1∩V2;2.对于任意的向量v1和v2,如果v1和v2属于V1∩V2,那么v1和v2加起来的结果v1+v2也属于V1∩V2;av也属于V1∩V2。
接下来,我们需要证明V1和V2都是V的子空间。
我们可以通过反证法来证明。
假设V1不是V的子空间。
那么至少存在一个子空间的条件不满足。
由于V1∩V2是V的子空间,那么它必然满足所有的子空间条件。
因此,V1必须满足三个条件:零向量属于子空间;子空间对于向量的加法运算是封闭的;子空间对于标量的乘法运算是封闭的。
根据假设,V1不是V的子空间,所以至少有一个条件不满足。
类似地,假设V2不是V的子空间。
同样地,由于V1∩V2是V的子空间,那么它必然满足所有的子空间条件。
反证法——要点解密反证法是高中数学的一种重要的证明方法,在不等式和立体几何的证明中经常用到,在高考题中也经常出现。
一般用于直接证明条件较少,关系不明确,问题形式较抽象,而其反面较具体、较容易发现入手点等,正所谓“正难则反”,这也是转化思想的体现。
1.反证法证题的基本步骤(1)反设:假设原命题的结论不成立,即其反面成立;(2)归谬:以命题的条件和所作的假设出发,经过推理,得出矛盾;(3)否定假设得出欲证结论:由矛盾判定假设不正确,从而肯定原命题的结论正确。
注:这里所说的矛盾常常有以下四种情形:与已知条件矛盾;与假设矛盾;与已知的定义、定理、公理矛盾;自相矛盾。
2.反证法解决的常见题型:(1)否定性问题:(2)存在性问题;(3)唯一性问题:(4)分类性问题。
例1 若,x y∈{正整数},且2x y+>。
求证:12xy+<或12yx+<中至少有一个成立。
分析:注意到“至少”字样,可考虑用反证法证明。
证明:假设12xy+≥与12yx+≥同时成立,又0,0x y>>,∴12, 12.x yy x +≥⎧⎨+≥⎩将以上两式相加得2x y+≤,这与已知条件2x y+>矛盾,因此假设不成立。
故12x y +<或12y x+<中至少有一个成立。
导评:反证法的逻辑根据为:要证明命题“若p 则q 为真”,该证“若p 则q ⌝为假”,因此,反证法的核心是从q ⌝出发导出矛盾。
例2 设二次函数()()20f x ax bx c a =++≠中的a 、b 、c 均为整数,且()0f 、()1f 均为奇数,求证:方程()0f x =无整数根。
分析:若直接证明否定性命题比较困难,故运用反证法处理。
证明:假设方程()0f x =有一个整数根k ,则20ak bk c ++=。
①∵()0f c =,()1f a b c =++均为奇数,∴a b +必为偶数,当k 为偶数时,令()2k n n Z =∈,则()224222ak bk n a nb n na b +=+=+必为偶数,与①式矛盾;当k 为奇数时,令()21k n n Z =+∈,则()()2212ak bk n na a b +=+++为一奇数与一偶数乘积,必为偶数,也与①式矛盾。
反证法
1.反证法
【知识点的认识】
反证法:假设结论的反面成立,在已知条件和“否定结论”这个新条件下,通过逻辑推理,得出与公理、定理、题设、临时假设相矛盾的结论或自相矛盾,从而断定结论的反面不能成立,即证明了命题的结论一定正确,这种证明方法就叫反证法.
【解题思路点拨】
用反证法证题时,首先要搞清反证法证题的方法,其次注意反证法是在条件较少,不易入手时常用的方法,尤其有否定词或含“至多”“至少”等词的问题中常用.使用反证法进行证明的关键是在正确的推理下得出矛盾,这个矛盾可以是与已知矛盾,或与假设矛盾,或与定义、公理、定理、事实矛盾等.
1.证明思路:肯定条件,否定结论→推出矛盾→推翻假设,肯定结论
2.反证法的一般步骤:
(1)分清命题的条件和结论;
(2)作出与命题结论相矛盾的假设;
(3)由假设出发,应用正确的推理方法,推出矛盾的结果;
(4)断定产生矛盾的原因,在于开始所作的假设不真,于是原结论成立,从而间接地证明命题为真.
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充分条件和必要条件高中数学知识点整理1. 充分条件与必要条件的概念在高中数学中,我们经常会遇到充分条件和必要条件的概念。
它们是数学推理中非常重要的概念,用于描述事物之间的关系。
在这里,我们将详细介绍充分条件和必要条件以及它们在高中数学中的应用。
1.1 充分条件充分条件是指一个条件在成立时可以推出结论成立。
如果一个命题P能够推出另一个命题Q,那么P就是Q的充分条件。
充分条件的成立并不意味着结论一定成立,只能说明在满足充分条件的情况下,结论有可能成立。
例如,对于命题P:一个数是偶数。
命题Q:这个数可以被2整除。
那么命题P是命题Q的充分条件,因为一个数是偶数时,一定可以被2整除。
1.2 必要条件必要条件是指一个条件在成立时可以保证结论成立。
如果一个命题Q需要命题P的满足才能成立,那么P就是Q的必要条件。
必要条件的成立意味着结论一定成立,但不意味着充分条件成立。
继续上面的例子,命题Q:这个数可以被2整除,命题P:一个数是偶数。
那么命题P是命题Q的必要条件,因为一个数可以被2整除时,一定是偶数。
2.直观理解为了更好地理解充分条件和必要条件的概念,我们可以通过一个简单的实例来说明。
假设我们有一个条件P:如果下雨,那么地面湿润。
那么反过来说,地面湿润是否意味着下雨呢?在这个例子中,条件P是地面湿润的充分条件,而地面湿润是下雨的必要条件。
也就是说,如果地面湿润意味着下雨,但不一定下雨地面就湿润。
这个例子很好地诠释了充分条件和必要条件的概念。
充分条件可以看作是一个“充足条件”,如果满足了这个条件,则可以得出结论。
而必要条件则可以看作是一个“必须条件”,只有满足了这个条件,才能确保结论的成立。
3. 充分条件的证明方法在数学推理中,证明一个充分条件是成立的方法通常有以下几种:3.1 直接证明法直接证明法是最常见和直接的证明方法。
如果要证明一个充分条件P可以推出命题Q,我们可以从假设P开始,连续推导出Q。
而证明每一步的推导是正确的,最终得到Q。
高二数学反证法在大家的学习中,数学是大家学习的难点。
对于数学的学习,每个人都必须掌握一定的学习技巧。
这一点很重要,同时大家也要了解数学中的一些重要概念。
下面学大教育专家为大家讲解高二数学中的反证法。
一、反证法的逻辑依据反证法的理论依据是形式逻辑中的两个基本规律——矛盾律和排中律。
所谓“矛盾律”是说:在同一论证过程中两个互相反对或互相否定的论断,其中至少有一个是假的。
而所谓“排中律”则是说:任何一个判断或者为真或者为假,二者必居其一。
也就是说结论“p真”与“非p真”中有且只有一个是正确的。
关于反证法,法国数学家J·阿达玛曾说过:“这种方法在于表明:若肯定定理的假设而否定其结论,就会导致矛盾。
”这段话可以理解为:假设命题的结论不正确,并运用此判断,在正确的逻辑推证下导致逻辑矛盾,(根据矛盾律)知该相反判断的错误性,(再根据排中律)进而知判断本身的正确性。
这就是反证法的逻辑依据。
由此可见,证明原命题的逆否命题只是反证法的一种具体形式。
二、反证法与证逆否命题是不同的全日制普通高级中学教科书(试验修订本·必修)数学第一册(上)《教师教学用书》(以下简称教参)在第10页中指出:从逻辑角度看,命题“若p则q”的否定,是“p且非q”,由此进行推理,如果发生矛盾,那么“p且非q”为假,因此可知“若 p则q”为真。
像这样证明“若p 则q”为真的证明方法,叫做反证法。
如上所述,用反证法证明命题“若p则q”,是把“p且非q”作为假设,利用正确的推理推出矛盾,得出“p且非q”为假,从而得出“若p则q”为真;而证明命题“若p则q”的逆否命题“若非q则非p ”,是将非q作为条件,用正确的推理推出非p成立,根据“若p则q”和“若非q则非p ”的等价性得出“若p则q”成立。
比较可知,不论从思路方面还是从方法方面来讲,反证法与证逆否命题是有着本质的不同的。
因而“反证法就是证逆否命题”这一说法的不妥之处便是非常清楚的了。
1.3 充要条件与反证法●知识梳理1.充分条件:如果p ⇒q ,则p 叫q 的充分条件,原2.必要条件:如果q ⇒p ,则p 叫q 的必要条件,逆3.充要条件:如果既有p ⇒q ,又有q ⇒p ,记作p ⇔q ,则p 叫做q 的充分必要条件,简称充要条件,原4.反证法:当直接证明有困难时,常用反证法.●点击双基1.ac 2>bc 2是a >b 成立的A.充分而不必要条件B.充要条件C.必要而不充分条件D.既不充分也不必要条件解析:a >b ac 2>bc 2,如c=0. 答案:A2.(2004年湖北,理4)已知a 、b 、c 为非零的平面向量.甲:a ·b=a ·c ,乙:b=c ,则A.甲是乙的充分条件但不是必要条件B.甲是乙的必要条件但不是充分条件C.甲是乙的充要条件D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件 解析:命题甲:a ·b=a ·c ⇒a ·(b -c )=0⇒a=0或b=c. 命题乙:b=c ,因而乙⇒甲,但甲乙. 故甲是乙的必要条件但不是充分条件. 答案:B3.(2004年浙江,8)在△ABC 中,“A >30°”是“sinA >21”的 A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件 C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件 解析:在△ABC 中,A >30°⇒0<sinA <1sinA >21,sinA >21⇒30°<A <150°⇒ A >30°.∴“A >30°”是“sinA >21”的必要不充分条件. 答案:B4.若条件p:a >4,q:5<a <6,则p 是q 的______________.解析:a >45<a <6,如a=7虽然满足a >4,但显然a 不满足5<a <6. 答案:必要不充分条件5.(2005年春季上海,16)若a 、b 、c 是常数,则“a >0且b 2-4ac <0”是“对任意x ∈R ,有ax 2+bx+c >0”的A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件解析:若a >0且b 2-4ac <0,则对任意x ∈R ,有ax 2+bx+c >0,反之,则不一定成立.如a=0,b=0且c >0时,也有对任意x ∈R ,有ax 2+bx+c >0.因此应选A.答案:A ●典例剖析【例1】 使不等式2x 2-5x -3≥0成立的一个充分而不必要条件是 A.x <0 B.x ≥0C.x ∈{-1,3,5}D.x ≤-21或x ≥3剖析:∵2x 2-5x -3≥0成立的充要条件是x ≤-21或x ≥3,∴对于A 当x=-31时2x 2-5x -3≥0.同理其他也可用特殊值验证.答案:C【例2】 求证:关于x 的方程ax 2+bx+c=0有一根为1的充分必要条件是a+b+c=0.证明:(1)必要性,即“若x=1是方程ax 2+bx+c=0的根,则a+b+c=0”.∵x=1是方程的根,将x=1代入方程,得a ·12+b ·1+c=0,即a+b+c=0.(2)充分性,即“若a+b+c=0,则x=1是方程ax 2+bx+c=0的根”.把x=1代入方程的左边,得a ·12+b ·1+c=a+b+c.∵a+b+c=0,∴x=1是方程的根. 综合(1)(2)知 深化拓展求ax 2+2x+1=0(a ≠0)至少有一负根的充要条件. 证明:必要性:(1)方程有一正根和一负根,等价于 ⇒⎪⎩⎪⎨⎧<=>-=0104421a x x a Δa <0. (2)方程有两负根,等价于 ⇒⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧><-≥-=0102044aa a Δ0<a ≤1. 综上可知,原方程至少有一负根的必要条件是a <0或0<a ≤1.充分性:由以上推理的可逆性,知当a <0时方程有异号两根;当0<a ≤1时,方程有两负根.故a <0或0<a ≤1是方程ax 2+2x+1=0至少有一负根的充分条件.答案:a <0或0<a ≤1.【例3】 下列说法对不对?如果不对,分析错误的原因.(1)x 2=x +2是x 2+x =x 2的充分条件; (2)x 2=x +2是x 2+x =x 2的必要条件.解:(1)x 2=x+2是x 2+x =x 2的充分条件是指x 2=x+2⇒x 2+x =x 2. 但这里“⇒”不成立,因为x=-1时,“⇒”左边为真,但右边为假.得出错误结论的原因可能是应用了错误的推理:x 2=x+2⇒x=2+x ⇒x 2=x 2+x .这里推理的第一步是错误的(请同学补充说明具体错在哪里).(2)x 2=x+2是x 2+x =x 2的必要条件是指x 2+x =x 2⇒x 2=x+2. 但这里“⇒”不成立,因为x=0时,“⇒”左边为真,但右边为假.得出错误结论的原因可能是用了错误的推理:x 2+x =x 2⇒2+x =x ⇒x+2=x 2.这里推理的第一步是错误的(请同学补充说明具体错在哪里).评述:此题的解答比较注重逻辑推理.事实上,也可以从真值集合方面来分析:x 2=x+2的真值集合是{-1,2},x 2+x =x 2的真值集合是{0,2},{-1,2}{0,2},而{0,2} {-1,2},所以(1)(2)两个结论都不对.●闯关训练 夯实基础1.(2004年重庆,7)已知p 是r 的充分不必要条件,s 是r 的必要条件,q 是s 的必要条件,那么p 是q 成立的A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件 解析:依题意有p ⇒r ,r ⇒s ,s ⇒q ,∴p ⇒r ⇒s ⇒q.但由于r p ,∴q p.答案:A2.(2003年北京高考题)“cos2α=-23”是“α=k π+12π5,k ∈Z ”的 A.必要不充分条件 B.充分不必要条件 C.充分必要条件 D.既不充分又不必要条件解析:cos2α=-23⇔2α=2k π±6π5⇔α=k π±12π5.答案:A3.(2005年海淀区第一学期期末练习)在△ABC 中,“A >B ”是“cosA <cosB ”的 A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件 解析:在△ABC 中,A >B ⇔cosA <cosB (余弦函数单调性). 答案:C4.答案:充分不必要5.(2004年北京,5)函数f (x )=x 2-2ax -3在区间[1,2]上存在反函数的充分必要条件是A.a ∈(-∞,1]B.a ∈[2,+∞)C.α∈[1,2]D.a ∈(-∞,1]∪[2,+∞)解析:∵f (x )=x 2-2ax -3的对称轴为x=a ,∴y=f (x )在[1,2]上存在反函数的充要条件为[1,2]⊆(-∞,a ]或[1,2]⊆[a ,+∞),即a ≥2或a ≤1.答案:D6.已知数列{a n }的前n 项和S n =p n+q (p ≠0且p ≠1),求数列{a n }成等比数列的充要条件. 分析:先根据前n 项和公式,导出使{a n }为等比数列的必要条件,再证明其充分条件. 解:当n=1时,a 1=S 1=p+q ;当n ≥2时,a n =S n -S n -1=(p -1)·p n -1.由于p ≠0,p ≠1,∴当n ≥2时,{a n }是等比数列.要使{a n }(n ∈N *)是等比数列,则12a a =p ,即(p -1)·p=p (p+q ),∴q=-1,即{a n }是等比数列的必要条件是p ≠0且p ≠1且q=-1.再证充分性:当p ≠0且p ≠1且q=-1时,S n =p n-1,a n =(p -1)·p n -1,1-n n a a =p (n ≥2),∴{a n }是等比数列. 培养能力7.(2004年湖南,9)设集合U={(x ,y )|x ∈R ,y ∈R },A={(x ,y )|2x -y+m >0},B={(x ,y )|x+y -n ≤0},那么点P (2,3)∈A ∩(U B )的充要条件是 A.m >-1,n <5 B.m <-1,n <5 C.m >-1,n >5 D.m <-1,n >5解析:∵U B={(x ,y )|n <x+y },将P (2,3)分别代入集合A 、B 取交集即可.∴选A. 答案:A8.已知关于x 的一元二次方程mx 2-4x+4=0, ①x 2-4mx+4m 2-4m -5=0.②求使方程①②都有实根的充要条件.解:方程①有实数根的充要条件是Δ1=(-4)2-16m ≥0,即m ≤1; 方程②有实数根的充要条件是Δ2=(4m )2-4(4m 2-4m -5)≥0,即m ≥-45. ∴方程①②都有实数根的充要条件是-45≤m ≤1. 9.已知a 、b 、c 是互不相等的非零实数.求证:三个方程ax 2+2bx+c=0,bx 2+2cx+a=0,cx 2+2ax+b=0至少有一个方程有两个相异实根.证明:反证法:假设三个方程中都没有两个相异实根,则Δ1=4b 2-4ac ≤0,Δ2=4c 2-4ab ≤0,Δ3=4a 2-4bc ≤0.相加有a 2-2ab+b 2+b 2-2bc+c 2+c 2-2ac+a 2≤0,(a -b )2+(b -c )2+(c -a )2≤0. ①由题意a 、b 、c 互不相等,∴①式不能成立.∴假设不成立,即三个方程中至少有一个方程有两个相异实根. 探究创新10.若x 、y 、z 均为实数,且a=x 2-2y+2π,b=y 2-2z+3π,c=z 2-2x+6π,则a 、b 、c 中是否至少有一个大于零?请说明理由.解:假设a 、b 、c 都不大于0,即a ≤0,b ≤0,c ≤0,则a+b+c ≤0.而a+b+c=x 2-2y+2π+y 2-2z+3π+z 2-2x+6π=(x -1)2+(y -1)2+(z -1)2+π-3, ∵π-3>0,且无论x 、y 、z 为何实数,(x -1)2+(y -1)2+(z -1)2≥0,∴a+b+c >0.这与a+b+c ≤0矛盾.因此,a 、b 、c 中至少有一个大于0. ●思悟小结1.要注意一些常用的“结论否定形式”,如“至少有一个”“至多有一个”“都是”的否定形式是“一个也没有”“至少有两个”“不都是”.2.证明充要性要从充分性、必要性两个方面来证明. ●教师下载中心 教学点睛1.掌握常用反证法证题的题型,如含有“至少有一个”“至多有一个”等字眼多用反证法.2.强调反证法的第一步,要与否3.要证明充要性应从充分性、必要性两个方面来证.拓展题例【例题】 指出下列(1)p:0<x <3,q:|x -1|<2;(2)p:(x -2)(x -3)=0,q:x=2;(3)p:c=0,q:抛物线y=ax 2+bx+c 过原点. 解:(1)p:0<x <3,q:-1<x <3. p 是q 的充分但不必要条件.(2)p q ,q ⇒p.p 是q 的必要但不充分条件. (3)p 是q 的充要条件.评述:依集合的观点看,若A ⊆B ,则A 是B 的充分条件,B 是A 的必要条件;若A=B ,则A 是B 的充要条件.。
椭圆上四点共圆充要条件的一种简易证明方法
椭圆是一种几何形状,为了让椭圆上四点共圆,具体要求如下:椭圆的主轴方
向和对称轴方向上,相距最远的两点之间的距离相等,平分线两端点距离椭圆圆心的距离相等,这就是椭圆上四点共圆的充要条件。
关于椭圆上四点共圆的证明方法,其一是旋转的方法,即假设椭圆上两点A和
B的距离相等。
通过入射点C、D使得CB=CD,绕A旋转直线CD得出CA=DA,那么这
四点就在一个共圆上。
其二是反证法,即充分条件不满足时,就不能使四点共圆。
设T代表椭圆圆心,若点M、N相距最远,MN≠2a(a为椭圆的半短轴),那么当点PQ中间点O,TP=TQ,TO≠PQ/2时,就不能使四点在一个圆上。
就完整的椭圆四点共圆来说,通过旋转和反证法搭配使用是非常有用的,以证
明椭圆的两点相距最远的距离等于椭圆的半长轴,平分线两端点距离椭圆圆心的距离相等,即椭圆四点共圆的充要条件。
此外,要辩论成功,最重要的是深入研究,仔细梳理思路,做出充分的分析和论证,加之积极的态度,就可以顺利通过证明。
充要条件与反证法●知识梳理1.充分条件:如果p ⇒q ,则p 叫q 的充分条件,原命题(或逆否命题)成立,命题中的条件是充分的,也可称q 是p 的必要条件.2.必要条件:如果q ⇒p ,则p 叫q 的必要条件,逆命题(或否命题)成立,命题中的条件为必要的,也可称q 是p 的充分条件.3.充要条件:如果既有p ⇒q ,又有q ⇒p ,记作p ⇔q ,则p 叫做q 的充分必要条件,简称充要条件,原命题和逆命题(或逆否命题和否命题)都成立,命题中的条件是充要的.4.反证法:当直接证明有困难时,常用反证法. ●点击双基1.ac 2>bc 2是a >b 成立的A.充分而不必要条件B.充要条件C.必要而不充分条件D.既不充分也不必要条件解析:a >b ac 2>bc 2,如c =0. 答案:A2.(2004年湖北,理4)已知a 、b 、c 为非零的平面向量.甲:a ·b =a ·c ,乙:b =c ,则A.甲是乙的充分条件但不是必要条件B.甲是乙的必要条件但不是充分条件C.甲是乙的充要条件D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件 解析:命题甲:a ·b =a ·c ⇒a ·(b -c )=0⇒a =0或b =c . 命题乙:b =c ,因而乙⇒甲,但甲乙. 故甲是乙的必要条件但不是充分条件. 答案:B3.(2004年浙江,8)在△ABC 中,“A >30°”是“sin A >21”的 A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件 C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件解析:在△ABC 中,A >30°⇒0<sin A <1sin A >21,sin A >21⇒30°<A <150°⇒A >30°.∴“A >30°”是“sin A >21”的必要不充分条件.答案:B4.若条件p :a >4,q :5<a <6,则p 是q 的______________.解析:a >45<a <6,如a =7虽然满足a >4,但显然a 不满足5<a <6. 答案:必要不充分条件5.(2005年春季上海,16)若a 、b 、c 是常数,则“a >0且b 2-4ac <0”是“对任意x ∈R ,有ax 2+bx +c >0”的A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件解析:若a >0且b 2-4ac <0,则对任意x ∈R ,有ax 2+bx +c >0,反之,则不一定成立.如a =0,b =0且c >0时,也有对任意x ∈R ,有ax 2+bx +c >0.因此应选A.答案:A ●典例剖析【例1】 使不等式2x 2-5x -3≥0成立的一个充分而不必要条件是 A.x <0 B.x ≥0C.x ∈{-1,3,5}D.x ≤-21或x ≥3 剖析:∵2x 2-5x -3≥0成立的充要条件是x ≤-21或x ≥3,∴对于A 当x =-31时2x 2-5x -3≥0.同理其他也可用特殊值验证.答案:C【例2】 求证:关于x 的方程ax 2+bx +c =0有一根为1的充分必要条件是a +b +c =0.证明:(1)必要性,即“若x =1是方程ax 2+bx +c =0的根,则a +b +c =0”.∵x =1是方程的根,将x =1代入方程,得a ·12+b ·1+c =0,即a +b +c =0.(2)充分性,即“若a +b +c =0,则x =1是方程ax 2+bx +c =0的根”.把x =1代入方程的左边,得a ·12+b ·1+c =a +b +c .∵a +b +c =0,∴x =1是方程的根. 综合(1)(2)知命题成立. 深化拓展求ax 2+2x +1=0(a ≠0)至少有一负根的充要条件. 证明:必要性:(1)方程有一正根和一负根,等价于⇒⎪⎩⎪⎨⎧<=>-=0104421a x x a Δa <0. (2)方程有两负根,等价于⇒⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧><-≥-=0102044aa a Δ0<a ≤1.综上可知,原方程至少有一负根的必要条件是a <0或0<a ≤1.充分性:由以上推理的可逆性,知当a <0时方程有异号两根;当0<a ≤1时,方程有两负根.故a <0或0<a ≤1是方程ax 2+2x +1=0至少有一负根的充分条件.答案:a <0或0<a ≤1.【例3】 下列说法对不对?如果不对,分析错误的原因. (1)x 2=x +2是x 2+x =x 2的充分条件; (2)x 2=x +2是x 2+x =x 2的必要条件.解:(1)x 2=x +2是x 2+x =x 2的充分条件是指x 2=x +2⇒x 2+x =x 2.但这里“⇒”不成立,因为x =-1时,“⇒”左边为真,但右边为假.得出错误结论的原因可能是应用了错误的推理:x 2=x +2⇒x =2+x ⇒x 2=x 2+x .这里推理的第一步是错误的(请同学补充说明具体错在哪里).(2)x 2=x +2是x 2+x =x 2的必要条件是指x 2+x =x 2⇒x 2=x +2.但这里“⇒”不成立,因为x =0时,“⇒”左边为真,但右边为假.得出错误结论的原因可能是用了错误的推理:x 2+x =x 2⇒2+x =x ⇒x +2=x 2.这里推理的第一步是错误的(请同学补充说明具体错在哪里). 评述:此题的解答比较注重逻辑推理.事实上,也可以从真值集合方面来分析:x 2=x +2的真值集合是{-1,2},x 2+x =x 2的真值集合是{0,2},{-1,2}{0,2},而{0,2} {-1,2},所以(1)(2)两个结论都不对. ●闯关训练 夯实基础1.(2004年重庆,7)已知p 是r 的充分不必要条件,s 是r 的必要条件,q 是s 的必要条件,那么p 是q 成立的A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件解析:依题意有p ⇒r ,r ⇒s ,s ⇒q ,∴p ⇒r ⇒s ⇒q .但由于r p ,∴q p . 答案:A2.(2003年北京高考题)“cos2α=-23”是“α=k π+12π5,k ∈Z ”的 A.必要不充分条件 B.充分不必要条件 C.充分必要条件D.既不充分又不必要条件解析:cos2α=-23⇔2α=2k π±6π5⇔α=k π±12π5. 答案:A3.(2005年海淀区第一学期期末练习)在△ABC 中,“A >B ”是“cos A <cos B ”的 A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件 解析:在△ABC 中,A >B ⇔cos A <cos B (余弦函数单调性). 答案:C4.命题A :两曲线F (x ,y )=0和G (x ,y )=0相交于点P (x 0,y 0),命题B :曲线F (x ,y )+λG (x ,y )=0(λ为常数)过点P (x 0,y 0),则A 是B 的__________条件.答案:充分不必要5.(2004年北京,5)函数f (x )=x 2-2ax -3在区间[1,2]上存在反函数的充分必要条件是A.a ∈(-∞,1]B.a ∈[2,+∞)C.α∈[1,2]D.a ∈(-∞,1]∪[2,+∞)解析:∵f (x )=x 2-2ax -3的对称轴为x =a ,∴y =f (x )在[1,2]上存在反函数的充要条件为[1,2]⊆(-∞,a ]或[1,2]⊆[a ,+∞),即a ≥2或a ≤1.答案:D6.已知数列{a n }的前n 项和S n =p n+q (p ≠0且p ≠1),求数列{a n }成等比数列的充要条件. 分析:先根据前n 项和公式,导出使{a n }为等比数列的必要条件,再证明其充分条件. 解:当n =1时,a 1=S 1=p +q ;当n ≥2时,a n =S n -S n -1=(p -1)·p n -1. 由于p ≠0,p ≠1,∴当n ≥2时,{a n }是等比数列.要使{a n }(n ∈N *)是等比数列,则12a a =p ,即(p -1)·p =p (p +q ),∴q =-1,即{a n }是等比数列的必要条件是p ≠0且p ≠1且q =-1.再证充分性:当p ≠0且p ≠1且q =-1时,S n =p n-1,a n =(p -1)·p n -1,1-n na a =p (n ≥2), ∴{a n }是等比数列. 培养能力7.(2004年湖南,9)设集合U ={(x ,y )|x ∈R ,y ∈R },A ={(x ,y )|2x -y +m >0},B ={(x ,y )|x +y -n ≤0},那么点P (2,3)∈A ∩(UB )的充要条件是A.m >-1,n <5B.m <-1,n <5C.m >-1,n >5D.m <-1,n >5解析:∵UB ={(x ,y )|n <x +y },将P (2,3)分别代入集合A 、B 取交集即可.∴选A.答案:A8.已知关于x 的一元二次方程mx 2-4x +4=0,①x 2-4mx +4m 2-4m -5=0.②求使方程①②都有实根的充要条件.解:方程①有实数根的充要条件是Δ1=(-4)2-16m ≥0,即m ≤1; 方程②有实数根的充要条件是Δ2=(4m )2-4(4m 2-4m -5)≥0,即m ≥-45. ∴方程①②都有实数根的充要条件是-45≤m ≤1. 9.已知a 、b 、c 是互不相等的非零实数.求证:三个方程ax 2+2bx +c =0,bx 2+2cx +a =0,cx 2+2ax +b =0至少有一个方程有两个相异实根.证明:反证法:假设三个方程中都没有两个相异实根,则Δ1=4b 2-4ac ≤0,Δ2=4c 2-4ab ≤0,Δ3=4a 2-4bc ≤0.相加有a 2-2ab +b 2+b 2-2bc +c 2+c 2-2ac +a 2≤0,(a -b )2+(b -c )2+(c -a )2≤0. ①由题意a 、b 、c 互不相等,∴①式不能成立.∴假设不成立,即三个方程中至少有一个方程有两个相异实根. 探究创新10.若x 、y 、z 均为实数,且a =x 2-2y +2π,b =y 2-2z +3π,c =z 2-2x +6π,则a 、b 、c 中是否至少有一个大于零?请说明理由.解:假设a 、b 、c 都不大于0,即a ≤0,b ≤0,c ≤0,则a +b +c ≤0.而a +b +c =x 2-2y +2π+y 2-2z +3π+z 2-2x +6π=(x -1)2+(y -1)2+(z -1)2+π-3, ∵π-3>0,且无论x 、y 、z 为何实数,(x -1)2+(y -1)2+(z -1)2≥0,∴a +b +c >0.这与a +b +c ≤0矛盾.因此,a 、b 、c 中至少有一个大于0. ●思悟小结1.要注意一些常用的“结论否定形式”,如“至少有一个”“至多有一个”“都是”的否定形式是“一个也没有”“至少有两个”“不都是”.2.证明充要性要从充分性、必要性两个方面来证明. ●教师下载中心 教学点睛1.掌握常用反证法证题的题型,如含有“至少有一个”“至多有一个”等字眼多用反证法.2.强调反证法的第一步,要与否命题分清.3.要证明充要性应从充分性、必要性两个方面来证. 拓展题例【例题】 指出下列命题中,p 是q 的什么条件. (1)p :0<x <3,q :|x -1|<2; (2)p :(x -2)(x -3)=0,q :x =2;(3)p :c =0,q :抛物线y =ax 2+bx +c 过原点. 解:(1)p :0<x <3,q :-1<x <3. p 是q 的充分但不必要条件.(2)p q ,q ⇒p .p 是q 的必要但不充分条件. (3)p 是q 的充要条件.评述:依集合的观点看,若A ⊆B ,则A 是B 的充分条件,B 是A 的必要条件;若A =B ,则A 是B 的充要条件.。
充要条件与反证法●知识梳理1.充分条件:如果p ⇒q ,则p 叫q 的充分条件,原命题(或逆否命题)成立,命题中的条件是充分的,也可称q 是p 的必要条件.2.必要条件:如果q ⇒p ,则p 叫q 的必要条件,逆命题(或否命题)成立,命题中的条件为必要的,也可称q 是p 的充分条件.3.充要条件:如果既有p ⇒q ,又有q ⇒p ,记作p ⇔q ,则p 叫做q 的充分必要条件,简称充要条件,原命题和逆命题(或逆否命题和否命题)都成立,命题中的条件是充要的.4.反证法:当直接证明有困难时,常用反证法. ●点击双基1.ac 2>bc 2是a >b 成立的 A.充分而不必要条件 B.充要条件 C.必要而不充分条件 D.既不充分也不必要条件 解析:a >b ac 2>bc 2,如c =0. 答案:A2.(2004年湖北,理4)已知a 、b 、c 为非零的平面向量.甲:a ·b =a ·c ,乙:b =c ,则 A.甲是乙的充分条件但不是必要条件 B.甲是乙的必要条件但不是充分条件 C.甲是乙的充要条件D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件 解析:命题甲:a ·b =a ·c ⇒a ·(b -c )=0⇒a =0或b =c . 命题乙:b =c ,因而乙⇒甲,但甲乙. 故甲是乙的必要条件但不是充分条件. 答案:B3.(2004年浙江,8)在△ABC 中,“A >30°”是“sin A >21”的 A.充分而不必要条件B.必要而不充分条件C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件解析:在△ABC 中,A >30°⇒0<sin A <1sin A >21,sin A >21⇒30°<A <150°⇒A >30°.∴“A >30°”是“sin A >21”的必要不充分条件. 答案:B4.若条件p :a >4,q :5<a <6,则p 是q 的______________.解析:a >45<a <6,如a =7虽然满足a >4,但显然a 不满足5<a <6. 答案:必要不充分条件5.(2005年春季上海,16)若a 、b 、c 是常数,则“a >0且b 2-4ac <0”是“对任意x ∈R ,有ax 2+bx +c >0”的A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件解析:若a >0且b 2-4ac <0,则对任意x ∈R ,有ax 2+bx +c >0,反之,则不一定成立.如a =0,b =0且c >0时,也有对任意x ∈R ,有ax 2+bx +c >0.因此应选A.答案:A ●典例剖析【例1】 使不等式2x 2-5x -3≥0成立的一个充分而不必要条件是 A.x <0 B.x ≥0C.x ∈{-1,3,5}D.x ≤-21或x ≥3 剖析:∵2x 2-5x -3≥0成立的充要条件是x ≤-21或x ≥3,∴对于A 当x =-31时2x 2-5x -3≥0.同理其他也可用特殊值验证.答案:C【例2】 求证:关于x 的方程ax 2+bx +c =0有一根为1的充分必要条件是a +b +c =0. 证明:(1)必要性,即“若x =1是方程ax 2+bx +c =0的根,则a +b +c =0”. ∵x =1是方程的根,将x =1代入方程,得a ·12+b ·1+c =0,即a +b +c =0. (2)充分性,即“若a +b +c =0,则x =1是方程ax 2+bx +c =0的根”.把x =1代入方程的左边,得a ·12+b ·1+c =a +b +c .∵a +b +c =0,∴x =1是方程的根. 综合(1)(2)知命题成立. 深化拓展求ax 2+2x +1=0(a ≠0)至少有一负根的充要条件. 证明:必要性:(1)方程有一正根和一负根,等价于⇒⎪⎩⎪⎨⎧<=>-=0104421a x x a Δa <0. (2)方程有两负根,等价于⇒⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧><-≥-=0102044aa a Δ0<a ≤1.综上可知,原方程至少有一负根的必要条件是a <0或0<a ≤1.充分性:由以上推理的可逆性,知当a <0时方程有异号两根;当0<a ≤1时,方程有两负根.故a <0或0<a ≤1是方程ax 2+2x +1=0至少有一负根的充分条件.答案:a <0或0<a ≤1.【例3】 下列说法对不对?如果不对,分析错误的原因. (1)x 2=x +2是x 2+x =x 2的充分条件; (2)x 2=x +2是x 2+x =x 2的必要条件.解:(1)x 2=x +2是x 2+x =x 2的充分条件是指x 2=x +2⇒x 2+x =x 2.但这里“⇒”不成立,因为x =-1时,“⇒”左边为真,但右边为假.得出错误结论的原因可能是应用了错误的推理:x 2=x +2⇒x =2+x ⇒x 2=x 2+x .这里推理的第一步是错误的(请同学补充说明具体错在哪里). (2)x 2=x +2是x 2+x =x 2的必要条件是指x 2+x =x 2⇒x 2=x +2.但这里“⇒”不成立,因为x =0时,“⇒”左边为真,但右边为假.得出错误结论的原因可能是用了错误的推理:x 2+x =x 2⇒2+x =x ⇒x +2=x 2.这里推理的第一步是错误的(请同学补充说明具体错在哪里). 评述:此题的解答比较注重逻辑推理.事实上,也可以从真值集合方面来分析:x 2=x +2的真值集合是{-1,2},x 2+x =x 2的真值集合是{0,2},{-1,2}{0,2},而{0,2} {-1,2},所以(1)(2)两个结论都不对. ●闯关训练 夯实基础1.(2004年重庆,7)已知p 是r 的充分不必要条件,s 是r 的必要条件,q 是s 的必要条件,那么p 是q 成立的A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件解析:依题意有p ⇒r ,r ⇒s ,s ⇒q ,∴p ⇒r ⇒s ⇒q .但由于r p ,∴q p . 答案:A2.(2003年北京高考题)“cos2α=-23”是“α=k π+12π5,k ∈Z ”的 A.必要不充分条件 B.充分不必要条件 C.充分必要条件D.既不充分又不必要条件解析:cos2α=-23⇔2α=2k π±6π5⇔α=k π±12π5. 答案:A3.(2005年海淀区第一学期期末练习)在△ABC 中,“A >B ”是“cos A <cos B ”的 A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件 解析:在△ABC 中,A >B ⇔cos A <cos B (余弦函数单调性). 答案:C4.命题A :两曲线F (x ,y )=0和G (x ,y )=0相交于点P (x 0,y 0),命题B :曲线F (x ,y )+λG (x ,y )=0(λ为常数)过点P (x 0,y 0),则A 是B 的__________条件.答案:充分不必要5.(2004年北京,5)函数f (x )=x 2-2ax -3在区间[1,2]上存在反函数的充分必要条件是A.a ∈(-∞,1]B.a ∈[2,+∞)C.α∈[1,2]D.a ∈(-∞,1]∪[2,+∞)解析:∵f (x )=x 2-2ax -3的对称轴为x =a ,∴y =f (x )在[1,2]上存在反函数的充要条件为[1,2]⊆(-∞,a ]或[1,2]⊆[a ,+∞),即a ≥2或a ≤1.答案:D6.已知数列{a n }的前n 项和S n =p n +q (p ≠0且p ≠1),求数列{a n }成等比数列的充要条件. 分析:先根据前n 项和公式,导出使{a n }为等比数列的必要条件,再证明其充分条件. 解:当n =1时,a 1=S 1=p +q ;当n ≥2时,a n =S n -S n -1=(p -1)·p n -1. 由于p ≠0,p ≠1,∴当n ≥2时,{a n }是等比数列.要使{a n }(n ∈N *)是等比数列,则12a a =p ,即(p -1)·p =p (p +q ),∴q =-1,即{a n }是等比数列的必要条件是p ≠0且p ≠1且q =-1.再证充分性:当p ≠0且p ≠1且q =-1时,S n =p n -1,a n =(p -1)·p n -1,1n na a =p (n ≥2), ∴{a n }是等比数列. 培养能力7.(2004年湖南,9)设集合U ={(x ,y )|x ∈R ,y ∈R },A ={(x ,y )|2x -y +m >0},B ={(x ,y )|x +y -n ≤0},那么点P (2,3)∈A ∩(U B )的充要条件是A.m >-1,n <5B.m <-1,n <5C.m >-1,n >5D.m <-1,n >5解析:∵U B ={(x ,y )|n <x +y },将P (2,3)分别代入集合A 、B 取交集即可.∴选A.答案:A8.已知关于x 的一元二次方程mx 2-4x +4=0,①x 2-4mx +4m 2-4m -5=0.②求使方程①②都有实根的充要条件.解:方程①有实数根的充要条件是Δ1=(-4)2-16m ≥0,即m ≤1; 方程②有实数根的充要条件是Δ2=(4m )2-4(4m 2-4m -5)≥0,即m ≥-45. ∴方程①②都有实数根的充要条件是-45≤m ≤1. 9.已知a 、b 、c 是互不相等的非零实数.求证:三个方程ax 2+2bx +c =0,bx 2+2cx +a =0,cx 2+2ax +b =0至少有一个方程有两个相异实根.证明:反证法:假设三个方程中都没有两个相异实根,则Δ1=4b 2-4ac ≤0,Δ2=4c 2-4ab ≤0,Δ3=4a 2-4bc ≤0. 相加有a 2-2ab +b 2+b 2-2bc +c 2+c 2-2ac +a 2≤0, (a -b )2+(b -c )2+(c -a )2≤0. ①由题意a 、b 、c 互不相等,∴①式不能成立.∴假设不成立,即三个方程中至少有一个方程有两个相异实根. 探究创新10.若x 、y 、z 均为实数,且a =x 2-2y +2π,b =y 2-2z +3π,c =z 2-2x +6π,则a 、b 、c 中是否至少有一个大于零?请说明理由.解:假设a 、b 、c 都不大于0,即a ≤0,b ≤0,c ≤0,则a +b +c ≤0.而a +b +c =x 2-2y +2π+y 2-2z +3π+z 2-2x +6π=(x -1)2+(y -1)2+(z -1)2+π-3, ∵π-3>0,且无论x 、y 、z 为何实数, (x -1)2+(y -1)2+(z -1)2≥0,∴a +b +c >0.这与a +b +c ≤0矛盾.因此,a 、b 、c 中至少有一个大于0. ●思悟小结1.要注意一些常用的“结论否定形式”,如“至少有一个”“至多有一个”“都是”的否定形式是“一个也没有”“至少有两个”“不都是”.2.证明充要性要从充分性、必要性两个方面来证明. ●教师下载中心 教学点睛1.掌握常用反证法证题的题型,如含有“至少有一个”“至多有一个”等字眼多用反证法.2.强调反证法的第一步,要与否命题分清.3.要证明充要性应从充分性、必要性两个方面来证. 拓展题例【例题】 指出下列命题中,p 是q 的什么条件. (1)p :0<x <3,q :|x -1|<2; (2)p :(x -2)(x -3)=0,q :x =2;(3)p :c =0,q :抛物线y =ax 2+bx +c 过原点. 解:(1)p :0<x <3,q :-1<x <3. p 是q 的充分但不必要条件.(2)p q ,q ⇒p .p 是q 的必要但不充分条件. (3)p 是q 的充要条件.评述:依集合的观点看,若A ⊆B ,则A 是B 的充分条件,B 是A 的必要条件;若A =B ,则A 是B 的充要条件.初中物理知识点总结及公式第一章 声现象知识归纳1 . 声音的发生:由物体的振动而产生。