高三数学一轮复习 数学归纳法 理 新人教B版
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高考数学总复习 11-4 数学归纳法(理)但因为测试 新人教B 版1.(2011·威海模拟)在用数学归纳法证明“2n >n 2对从n 0开始的所有正整数都成立”时,第一步验证的n 0等于( )A .1B .3C .5D .7[答案] C[解析] n 的取值与2n,n 2的取值如下表:2.(2011·厦门月考、日照模拟)用数学归纳法证明:“(n +1)·(n +2)·…·(n +n )=2n·1·3·…·(2n -1)”,从“n =k 到n =k +1”左端需增乘的代数式为( )A .2k +1B .2(2k +1) C.2k +1k +1D.2k +3k +1[答案] B[解析] n =k 时,左端为(k +1)(k +2)…(k +k );n =k +1时,左端为[(k +1)+1]·[(k +1)+2]…[(k +1)+(k +1)]=(k +2)(k +3)…(k +k )·(k +k +1)·(k +k +2)=2(k +1)(k +2)(k +3)…(k +k )(2k +1),故左端增加了2(2k +1).3.若f (n )=1+12+13+14+…+16n -1(n ∈N +),则f (1)为( )A .1B.15C .1+12+13+14+15D .非以上答案[答案] C[解析] 注意f (n )的项的构成规律,各项分子都是1,分母是从1到6n -1的自然数,故f (1)=1+12+13+14+15.4.某个命题与自然数n 有关,若n =k (k ∈N *)时命题成立,则可推得当n =k +1时该命题也成立,现已知n =5时,该命题不成立,那么可以推得( )A .n =6时该命题不成立B .n =6时该命题成立C .n =4时该命题不成立D .n =4时该命题成立[答案] C[解析] ∵“若n =k (k ∈N *)时命题成立,则当n =k +1时,该命题也成立”,故若n =4时命题成立,则n =5时命题也应成立,现已知n =5时,命题不成立,故n =4时,命题也不成立.[点评] 可用逆否法判断. 5.观察下式:1+3=221+3+5=32 1+3+5+7=42 1+3+5+7+9=52……据此你可归纳猜想出的一般结论为( ) A .1+3+5+…+(2n -1)=n 2(n ∈N *) B .1+3+5+…+(2n +1)=n 2(n ∈N *) C .1+3+5+…+(2n -1)=(n +1)2(n ∈N *) D .1+3+5+…+(2n +1)=(n +1)2(n ∈N *) [答案] D[解析] 观察可见第n 行左边有n +1个奇数,右边是(n +1)2,故选D.6.一个正方形被分成九个相等的小正方形,将中间的一个正方形挖去,如图(1);再将剩余的每个正方形都分成九个相等的小正方形,并将中间的一个挖去,得图(2);如此继续下去……则第n 个图共挖去小正方形( )A .(8n-1)个 B .(8n+1)个 C.17(8n-1)个 D.17(8n+1)个 [答案] C[解析] 第1个图挖去1个,第2个图挖去1+8个,第3个图挖去1+8+82个……第n 个图挖去1+8+82+…+8n -1=8n-17个.7.(2011·徐州模拟)用数学归纳法证明命题“当n 为正奇数时,x n+y n能被x +y 整除”,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.[答案] n =2k +18.(2010·吉林市检测、浙江金华十校联考)观察下列式子:1+122<32,1+122+132<53,1+122+132+142<74,……,则可以猜想:当n ≥2时,有__________________. [答案] 1+122+132+…+1n 2<2n -1n(n ≥2)[解析] 观察式子左边都是自然数的平方的倒数求和,右边分母为左边的项数,分子为项数的2倍减1,故右边表达式为2n -1n.9.已知点列A n (x n,0),n ∈N *,其中x 1=0,x 2=a (a >0),A 3是线段A 1A 2的中点,A 4是线段A 2A 3的中点,…A n 是线段A n -2A n -1的中点,…,(1)写出x n 与x n -1、x n -2之间的关系式(n ≥3);(2)设a n =x n +1-x n ,计算a 1,a 2,a 3,由此推测数列{a n }的通项公式,并加以证明. [解析] (1)当n ≥3时,x n =x n -1+x n -22.(2)a 1=x 2-x 1=a ,a 2=x 3-x 2=x 2+x 12-x 2=-12(x 2-x 1)=-12a ,a 3=x 4-x 3=x 3+x 22-x 3=-12(x 3-x 2)=14a ,由此推测a n =(-12)n -1a (n ∈N *).证法1:因为a 1=a >0,且a n =x n +1-x n =x n +x n -12-x n =x n -1-x n 2=-12(x n -x n -1)=-12a n -1(n ≥2),所以a n =(-12)n -1a .证法2:用数学归纳法证明:(1)当n =1时,a 1=x 2-x 1=a =(-12)0a ,公式成立.(2)假设当n =k 时,公式成立,即a k =(-12)k -1a 成立.那么当n =k +1时,a k +1=x k +2-x k +1=x k +1+x k 2-x k +1=-12(x k +1-x k )=-12a k =-12(-12)k -1a =(-12)(k +1)-1a ,公式仍成立,根据(1)和(2)可知,对任意n ∈N *,公式a n =(-12)n -1a 成立.10.已知正项数列{a n }中,对于一切的n ∈N *均有a 2n ≤a n -a n +1成立. (1)证明:数列{a n }中的任意一项都小于1; (2)探究a n 与1n的大小,并证明你的结论.[解析] (1)由a 2n ≤a n -a n +1得a n +1≤a n -a 2n . ∵在数列{a n }中a n >0,∴a n +1>0, ∴a n -a 2n >0,∴0<a n <1,故数列{a n }中的任何一项都小于1. (2)解法1:由(1)知0<a n <1=11,那么a 2≤a 1-a 21=-⎝ ⎛⎭⎪⎫a 1-122+14≤14<12,由此猜想:a n <1n .下面用数学归纳法证明:当n ≥2,n ∈N 时猜想正确. ①当n =2时,显然成立;②假设当n =k (k ≥2,k ∈N)时,有a k <1k ≤12成立.那么a k +1≤a k -a 2k =-⎝ ⎛⎭⎪⎫a k -122+14<-⎝ ⎛⎭⎪⎫1k -122+14=1k -1k 2=k -1k 2<k -1k 2-1=1k +1,∴当n =k +1时,猜想也正确. 综上所述,对于一切n ∈N *,都有a n <1n.解法2:由a 2n ≤a n -a n +1, 得0<a k +1≤a k -a 2k =a k (1-a k ), ∵0<a k <1,∴1a k +1≥1a k 1-a k =1a k +11-a k,∴1a k +1-1a k ≥11-a k>1. 令k =1,2,3,…,n -1得: 1a 2-1a 1>1,1a 3-1a 2>1,…,1a n -1a n -1>1,∴1a n >1a 1+n -1>n ,∴a n <1n.11.用数学归纳法证明1+a +a 2+…+a n +1=1-an +21-a(a ≠1,n ∈N +),在验证n =1成立时,左边的项是( )A .1B .1+aC .1+a +a 2D .1+a +a 2+a 3[答案] C[解析] 左边项的指数规律是从第2项起指数为正整数列,故n =1时,应为1+a +a 2. 12.凸k 边形内角和为f (k ),则凸k +1边形的内角和f (k +1)=f (k )+________. [答案] π[解析] 将k +1边形A 1A 2…A k A k +1的顶点A 1与A k 连接,则原k +1边形分为k 边形A 1A 2…A k与三角形A 1A k A k +1,显见有f (k +1)=f (k )+π.13.(2010·南京调研)已知:(x +1)n =a 0+a 1(x -1)+a 2(x -1)2+a 3(x -1)3+…+a n (x -1)n(n ≥2,n ∈N *).(1)当n =5时,求a 0+a 1+a 2+a 3+a 4+a 5的值. (2)设b n =a 22n -3,T n =b 2+b 3+b 4+…+b n .试用数学归纳法证明:当n ≥2时,T n =n n +1n -13.[解析] (1)当n =5时,原等式变为(x +1)5=a 0+a 1(x -1)+a 2(x -1)2+a 3(x -1)3+a 4(x -1)4+a 5(x -1)5令x =2得a 0+a 1+a 2+a 3+a 4+a 5=35=243. (2)因为(x +1)n=[2+(x -1)]n,所以a 2=C 2n ·2n -2b n =a 22n -3=2C 2n =n (n -1)(n ≥2)①当n =2时.左边=T 2=b 2=2, 右边=22+12-13=2,左边=右边,等式成立.②假设当n =k (k ≥2,k ∈N *)时,等式成立, 即T k =k k +1k -13成立那么,当n =k +1时, 左边=T k +b k +1=k k +1k -13+(k +1)[(k +1)-1]=k k +1k -13+k (k+1)=k (k +1)⎝ ⎛⎭⎪⎫k -13+1=k k +1k +23=k +1[k +1+1][k +1-1]3=右边.故当n =k +1时,等式成立. 综上①②,当n ≥2时,T n =n n +1n -13.14.已知f (x )=a 1x +a 2x 2+…+a n x n(n 为正偶数)且{a n }为等差数列,f (1)=n 2,f (-1)=n ,试比较f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12与3的大小,并证明你的结论. [解析] 由f (1)=n 2,f (-1)=n 得,a 1=1,d =2.∴f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=⎝ ⎛⎭⎪⎫12+3⎝ ⎛⎭⎪⎫122+5⎝ ⎛⎭⎪⎫123+…+(2n -1)· ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n, 两边同乘以12得,12f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=⎝ ⎛⎭⎪⎫122+3⎝ ⎛⎭⎪⎫123+…+(2n -3)⎝ ⎛⎭⎪⎫12n +(2n -1)⎝ ⎛⎭⎪⎫12n +1,两式相减得,12f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=12+2⎝ ⎛⎭⎪⎫122+2⎝ ⎛⎭⎪⎫123+…+2⎝ ⎛⎭⎪⎫12n -(2n -1)⎝ ⎛⎭⎪⎫12n +1=12+12⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12n -11-12-(2n-1)12n +1.∴f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=3-2n +32n <3. 15.证明:当n ∈N *时,1+12+13+…+1n >ln(n +1).[证明] (1)当n =1时,由于ln2<ln e =1,故不等式成立. (2)假设当n =k (k ∈N *)时不等式成立. 则1+12+13+…+1k>ln(1+k ).则当n =k +1时,1+12+13+…+1k +1k +1>1k +1+ln(k +1).要证不等式成立,只需证明ln(k +2)<1k +1+ln(k +1)成立. 要证明此不等式成立只需证明 1k +1>ln(k +2k +1)=ln(1+1k +1). 下面构造函数f (x )=ln(1+x )-x (x >0). ∵f ′(x )=11+x -1=-x 1+x<0,∴f (x )=ln(1+x )-x 在(0,+∞)上是减函数, ∴f (x )<f (0), 即ln(1+x )<x . 令x =1k +1得ln(1+1k +1)<11+k. 即不等式ln(k +2)<1k +1+ln(1+k )成立, 所以1+12+13+…+1k +1k +1>ln(k +2)成立.由(1)、(2)可知对n ∈N *,不等式1+12+13+ (1)>ln(n +1)成立.[点评] 利用数学归纳法证明涉及与指数式、对数式有关的不等式时,在由n =k 证明n =k +1时,可以通过构造函数,利用函数的单调性得到需要证明的不等式,这是近年来函数、不等式、数学归纳法结合在一起综合考查的热点问题,要加深对此法的理解与应用.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,第四个图有37个蜂巢,按此规律,以f (n )表示第n 幅图的蜂巢总数,则f (6)=( )A .53B .73C .91D .97[答案] B[解析] f (1)=1×6-6+1;f (2)=2×6-6+f (1); f (3)=3×6-6+f (2); f (4)=4×6-6+f (3);… f (n )=n ×6-6+f (n -1).以上各式相加得f (n )=(1+2+3+…+n )×6-6n +1=3n 2-3n +1,∴f (6)=3×62-3×6+1=73.2.在应用数学归纳法证明凸n 边形的对角线为12n (n -3)条时,第一步检验第一个值n 0等于( )A .1B .2C .3D .4[答案] C[解析] 因为凸n 边形的边数最少为3,故验证的第一个值n 0=3.3.(2010·辽宁沈阳质检)用数学归纳法证明1+12+14+…+12n -1>12764(n ∈N *)成立,其初始值至少应取( )A .7B .8C .9D .10 [答案] B[解析] 等式左端=1+12+14+…+12n -1=1-12n 1-12=2-12n -1,将选项中的值代入验证可知n 的最小值为8.4.设f (x )是定义在正整数集上的函数,且f (x )满足:“当f (k )≥k 2成立时,总可推出f (k +1)≥(k +1)2成立”.那么,下列命题总成立的是( )A .若f (3)≥9成立,则当k ≥1时,均有f (k )≥k 2成立 B .若f (5)≥25成立,则当k ≤5时,均有f (k )≥k 2成立 C .若f (7)<49成立,则当k ≥8时,均有f (k )>k 2成立 D .若f (4)=25成立,则当k ≥4时,均有f (k )≥k 2成立 [答案] D[解析] 对于A ,f (3)≥9,加上题设可推出当k ≥3时,均有f (k )≥k 2成立,故A 错误. 对于B ,要求逆推到比5小的正整数,与题设不符,故B 错误. 对于C ,没有奠基部分,即没有f (8)≥82,故C 错误.对于D ,f (4)=25≥42,由题设的递推关系,可知结论成立,故选D. 5.(2011·济南模拟)用数学归纳法证明1+2+3+…+n 2=n 4+n 22时,当n =k +1时,左端应在n =k 的基础上加上( )A .k 2+1B .(k +1)2C.k +14+k +122D .(k 2+1)+(k 2+2)+…+(k +1)2[答案] D6.(2011·湖南理,22)已知函数f (x )=x 3,g (x )=x +x . (1)求函数h (x )=f (x )-g (x )的零点个数,并说明理由;(2)设数列{a n }(n ∈N *)满足a 1=a (a >0),f (a n +1)=g (a n ),证明:存在常数M ,使得对于任意的n ∈N *,都有a n ≤M .[解析] (1)由h (x )=x 3-x -x 知,x ∈[0,+∞),而h (0)=0,且h (1)=-1<0,h (2)=6-2>0,则x =0为h (x )的一个零点,且h (x )在(1,2)内有零点.因此h (x )至少有两个零点.解法1:h ′(x )=3x 2-1-12x - 12 ,记φ(x )=3x 2-1-12x - 12 ,则φ′(x )=6x +14x - 32.当x ∈(0,+∞)时,φ′(x )>0,因此φ(x )在(0,+∞)上单调递增,则φ(x )在(0,+∞)内至多只有一个零点.又因为φ(1)>0,φ(33)<0,则φ(x )在(33,1)内有零点,所以φ(x )在(0,+∞)内有且只有一个零点.记此零点为x 1,则当x ∈(0,x 1)时,φ(x )<φ(x 1)=0;当x ∈(x 1,+∞)时,φ(x )>φ(x 1)=0.所以当x ∈(0,x 1)时,h (x )单调递减,而h (0)=0,则h (x )在(0,x 1]内无零点;当x ∈(x 1,+∞)时,h (x )单调递增,则h (x )在(x 1,+∞)内至多只有一个零点,从而h (x )在(0,+∞)内至多只有一个零点.综上所述,h (x )有且只有两个零点.解法2:由h (x )=x (x 2-1-x - 12),记φ(x )=x 2-1-x- 12,则φ′(x )=2x +12x - 32.当x ∈(0,+∞)时,φ′(x )>0,从而φ(x )在(0,+∞)上单调递增,则φ(x )在(0,+∞)内至多只有一个零点.因此h (x )在(0,+∞)内也至多只有一个零点.综上所述,h (x )有且只有两个零点.(2)记h (x )的正零点为x 0,即x 30=x 0+x 0. ①当a <x 0时,由a 1=a ,即a 1<x 0.而a 32=a 1+a 1<x 0+x 0=x 30,因此a 2<x 0,由此猜测:a n <x 0,下面用数学归纳法证明. a .当n =1时,a 1<x 0显然成立.b.假设当n=k(k≥1)时,a k<x0成立,则当n=k+1时,由a3k+1=a k+a k<x0+x0=x30知,a k+1<x0.因此,当n=k+1时,a k+1<x0成立.故对任意的n∈N*,a n<x0成立.②当a≥x0时,由(1)知,h(x)在(x0,+∞)上单调递增,则h(a)≥h(x0)=0,即a3≥a +a,从而a32=a1+a1=a+a≤a3,即a2≤a.由此猜测:a n≤a,下面用数学归纳法证明.a.当n=1时,a1≤a显然成立.b.假设当n=k(k≥2)时,a k≤a成立,则当n=k+1时,由a3k+1=a k+a k≤a+a≤a3知,a k+1≤a.因此,当n=k+1时,a k+1≤a成立.故对任意的n∈N*,a n≤a成立.综上所述,存在常数M=max{x0,a},使得对于任意的n∈N*,都有a n≤M.。
数学归纳法【学习目标】1.理解数学归纳法的原理及适用范围.掌握数学归纳法证题的思路和特点。
2.能够利用数学归纳法证明与正整数有关的命题。
【要点梳理】知识点一、数学归纳法的原理1.数学归纳法定义:对于某些与自然数n有关的命题常常采用下面的方法来证明它的正确性:先证明当n取第一个值n0时命题成立;然后假设当n=k(k N*,k≥n0)时命题成立,证明当n=k+1时命题也成立这种证明方法就叫做数学归纳法要点诠释:即先验证使结论有意义的最小的正整数n0,如果当n=n0时,命题成立,再假设当n=k(k≥n0,k ∈N*)时,命题成立.(这时命题是否成立不是确定的),根据这个假设,如能推出当n=k+1时,命题也成立,那么就可以递推出对所有不小于n0的正整数n0+1,n0+2,…,命题都成立.2.数学归纳法的原理:数学归纳法是专门证明与正整数集有关的命题的一种方法,它是一种完全归纳法。
它的证明共分两步:①证明了第一步,就获得了递推的基础。
但仅靠这一步还不能说明结论的普遍性.在第一步中,考察结论成立的最小正整数就足够了,没有必要再考察几个正整数,即使命题对这几个正整数都成立,也不能保证命题对其他正整数也成立;②证明了第二步,就获得了递推的依据。
但没有第一步就失去了递推的基础.只有把第一步和第二步结合在一起,才能获得普遍性的结论。
其中第一步是命题成立的基础,称为“归纳基础”(或称特殊性),第二步是递推的证据,解决的是延续性问题(又称传递性问题)。
3.数学归纳法的功能和适用范围1.数学归纳法具有证明的功能,它将无穷的归纳过程根据归纳公理转化为有限的特殊演绎(直接验证和演绎推理相结合)过程.2. 数学归纳法一般被用于证明某些与正整数n(n取无限多个值)有关的数学命题。
但是,并不能简单地说所有与正整数n有关的数学命题都可使用数学归纳法证明。
知识点二、运用数学归纳法的步骤与技巧1 用数学归纳法证明一个与正整数有关的命题的步骤:(1)证明:当n取第一个值n0结论正确;(2)假设当n=k(k∈N*,且k≥n0)时结论正确,证明当n=k+1时结论也正确由(1),(2)可知,命题对于从n0开始的所有正整数n都正确2.用数学归纳法证题的注意事项(1)弄错起始n0.n0不一定恒为1,也可能n0=2或3(即起点问题).(2)对项数估算错误.特别是当寻找n=k与n=k+1的关系时,项数的变化易出现错误(即跨度问题).(3)没有利用归纳假设.归纳假设是必须要用的,假设是起桥梁作用的,桥梁断了就过不去了,整个证明过程也就不正确了(即伪证问题).(4)关键步骤含糊不清.“假设n=k时结论成立,利用此假设证明n=k+1时结论也成立”是数学归纳法的关键一步,也是证明问题最重要的环节,推导的过程中要把步骤写完整,另外要注意证明过程的严谨性、规范性(即规范问题).3.用数学归纳法证题的关键:运用数学归纳法由n=k到n=k+l的证明是证明的难点,突破难点的关键是掌握由n=k到n=k+1的推证方法.在运用归纳假设时,应分析由n=k到n=k+1的差异与联系,利用拆、添、并、放、缩等手段,或从归纳假设出发,或从n=k+1时分离出n=k时的式子,再进行局部调整;也可以考虑二者的结合点,以便顺利过渡.知识点三、用数学归纳法证题的类型:1.用数学归纳法证明与正整数n有关的恒等式;对于证明恒等的问题,在由证等式也成立时,应及时把结论和推导过程对比,也就是我们通常所说的两边凑的方法,以减小计算的复杂程度,从而发现所要证明的式子,使问题的证明有目的性.2.用数学归纳法证明与正整数n有关的整除性问题;用数学归纳法证明整除问题时,由到时,首先要从要证的式子中拼凑出假设成立的式子,然后证明剩余的式子也能被某式(数)整除,这是数学归纳法证明问题的一大技巧。
高三数学第一轮复习:4-5 第一章 不等式的基本性质(理)人教实验B 版【本讲教育信息】一. 教学内容:4-5 / 第一章 / 不等式的基本性质、基本不等式;不等式的解法二. 教学目的:1、巩固不等式的基本性质、拓展基本不等式相关知识;2、掌握一元一次不等式、一元二次不等式及绝对值不等式的解法三. 教学重点、难点基本不等式的知识拓展;绝对值不等式的解法四. 知识分析【不等式的基本性质】1、不等式的基本性质:对于任意的实数a ,b ,有000a b a b a b a b a b a b ->⇔>⎧⎪-=⇔=⎨⎪-<⇔<⎩,这三条基本性质是差值比较法的理论依据.2、不等式的性质包括“单向性”和“双向性”两个方面. 【单向性】(1)c a c b ,b a >⇒>>(2)d b c a d c ,b a +>+⇒>> (3)bc ac 0c ,b a >⇒>> (4)bc ac 0c ,b a <⇒<>(5)bd ac 0d c ,0b a >⇒>>>>(6)n n b a R n ,0b a >⇒∈>>+ 【双向性】(1)000a b a b a b a b a b a b ->⇔>⎧⎪-=⇔=⎨⎪-<⇔<⎩(2)a b b a >⇔<(3)a b a c b c >⇔+>+单向性主要用于证明不等式;双向性是解不等式的基础(当然也可用于证明不等式),由于单向性(3)、(4)的逆命题都成立,所以它们也可用于解不等式,在应用单向性(6)解无理不等式和形如nx a >的高次不等式时,若n 为偶数时要注意讨论. 3、要注意不等式性质成立的条件.例如,在应用“11,0a b ab a b>>⇒<”这一性质时,有些同学要么是弱化了条件,得11a b a b>⇒<,要么是强化了条件,而得110a b a b>>⇒<【基本不等式】定理1 设R b ,a ∈,则ab 2b a 22≥+,当且仅当b a =时,等号成立。