数学归纳法导学案
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数学归纳法 导学案
【学习目标】
借助具体实例了解数学归纳法的基本思想,掌握它的基本步骤,运用它证明一些与正整数n(n取无限多个值)有关的数学命题.
【学习任务单】
一、引入
1. 本章知识结构图
2. 练习
已知数列}{na的首项11a,且满足),,,(32111naaannn,求数列}{na
的前四项,并以此猜想数列}{na的通项公式.
分析:可求得数列}{na的前四项依次是:4131211,,,;并猜想其通项公式nan1.
3. 多米诺骨牌游戏
这是一种码放骨牌的游戏,码放时保
证任意相邻的两块骨牌,若前一块骨牌倒下,则一定导致后一块骨牌也倒下. 只要推倒第一块骨牌,由于第一块骨牌倒下,就可导致第二块骨牌倒下;而第二块骨牌倒下,就可导致第三块骨牌倒下……最后,不论有多少块骨牌,都能全部倒下.
思考1:这个游戏中,能使多米诺骨牌全部倒下的条件是什么?
可以看出,只要满足以下两个条件,所有多米诺骨牌就都能倒下:
(1) 第一块骨牌倒下;
(2) 任意相邻的两块骨牌,前一块倒下一定导致后一块倒下.
思考2: 你认为条件(2)的作用是什么?
可以看出,条件(2)事实上给出了一个递推关系:
当第k块倒下时,相邻的第1k块也倒下.
这样,只要第1块骨牌倒下,其他所有的骨牌就能够相继倒下. 事实上,无论有多少块骨牌,只要保证(1)(2)成立,那么所有的骨牌一定可以全部倒下.
思考3: 你认为上述练习中证明数列的通项公式是nan1这个猜想与上述多米诺骨牌游戏有相似性吗?你能类比多米诺骨牌游戏解决这个问题吗?
由条件容易知道,1n时猜想成立. 这就相当于游戏的条件(1). 类比条件(2),可以考虑证明一个递推关系:
如果kn时猜想成立,即kak1,那么当1kn时猜想也成立,即111kak.
事实上,如果kak1,那么
1111111kkkaaakkk,
即1kn时猜想也成立.
这样,对于猜想,由已知1n成立,就有2n也成立;2n成立,就有3n也成立;3n成立,就有4n也成立;4n成立,就有5n也成立……所以,对任意的正整数n,猜想都成立,即数列的通项公式是nan1. 二、新课
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取第一个值)(*00Nnn时命题成立;
(2)(归纳递推)假设),(*0Nknkkn时命题成立,证明当1kn时命题也成立.
只要完成这两个步骤,就可以断定命题对从0n开始的所有正整数n都成立.
上述证明方法叫做数学归纳法. 用框图表示就是:
三、例题讲解
例1. 用数学归纳法证明
).N(6)12)(1(21*222nnnnn
证明:(1)当1n时,左边112,
右边161)1(21)(11,
等式成立.
(2)假设当)N(*kkn时等式成立,即
)N(6)12)(1(21*222kkkkk,
那么,
2222)1(21kk
21)(6)12)(1(kkkk
6)32)(2)(1(kkk ,6]1)1(2][1)1)[(1(kkk
即当1kn时等式也成立.
根据(1)和(2),可知等式对任何*Nn都成立.
例2. 已知数列nSnn,,,,,,)13)(23(11071741411表示其前n项和. 计算4321SSSS,,,,根据计算结果,猜想nS的表达式,并用数学归纳法进行证明.
解:可求得.13410372414321SSSS,,,
由此猜想 .13nnnS
下面我们用数学归纳法证明这个猜想.
(1)当1n时,左边411S,
右边41113113nn,
猜想成立.
(2)假设当)N(*kkn时猜想成立,即
,13)13)(23(11071741411kkkk
那么1kn时,
]1)1(3][2)1(3[1)13)(23(11071741411kkkk
)43)(13(113kkkk
431kk
,1)1(31kk
所以,当1kn时猜想也成立.
根据(1)和(2),可知猜想对任何*Nn都成立.
归纳小结: