人教版高中數(shù)學(xué)選修22第二章第3節(jié)《數(shù)學(xué)歸納法典型例題》專題

數(shù)學(xué)歸納法典型例題【典型例題】 例1. 用數(shù)學(xué)歸納法證明：時，。解析：當(dāng)時，左邊，右邊，左邊=右邊，所以等式成立。假設(shè)時等式成立，即有，則當(dāng)時，所以當(dāng)時，等式也成立。由，可知，對一切等式都成立。點評：（1）用數(shù)學(xué)歸納法證明與自然數(shù)有關(guān)的一些等式，命題關(guān)鍵在于“先看項”，弄清等式兩邊的構(gòu)成規(guī)律，等式的兩邊各有多少項，項的多少與n的取值是否有關(guān)，由到時等式的兩邊會增加多少項，增加怎樣的項。（2）在本例證明過程中，（I）考慮“n取第一個值的命題形式”時，需認(rèn)真對待，一般情況是把第一個值代入通項，考察命題的真假，（II）步驟在由到的遞推過程中，必須用歸納假設(shè)，不用歸納假設(shè)的證明就不是數(shù)學(xué)歸納法。本題證明時若利用數(shù)列求和中的拆項相消法，即，則這不是歸納假設(shè)，這是套用數(shù)學(xué)歸納法的一種偽證。（3）在步驟的證明過程中，突出了兩個湊字，一“湊”假設(shè)，二“湊”結(jié)論，關(guān)鍵是明確時證明的目標(biāo)，充分考慮由到時，命題形式之間的區(qū)別和聯(lián)系。 例2. 。解析：（1）當(dāng)時，左邊，右邊，命題成立。（2）假設(shè)當(dāng)時命題成立，即那么當(dāng)時，左邊上式表明當(dāng)時命題也成立。由（1）（2）知，命題對一切正整數(shù)均成立。 例3. 用數(shù)學(xué)歸納法證明：對一切大于1的自然數(shù)n，不等式成立。解析：當(dāng)時，左=，右，左右，不等式成立。假設(shè)時，不等式成立，即那么當(dāng)時，時，不等式也成立。由，知，對一切大于1的自然數(shù)n，不等式都成立。點評：（1）本題證明命題成立時，利用歸納假設(shè)，并對照目標(biāo)式進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)目s小來實現(xiàn)，也可以用上歸納假設(shè)后，證明不等式成立。（2）應(yīng)用數(shù)學(xué)歸納法證明與非零自然數(shù)有關(guān)的命題時要注意兩個步驟缺一不可，第步成立是推理的基礎(chǔ)，第步是推理的依據(jù)（即成立，則成立，成立，從而斷定命題對所有的自然數(shù)均成立）。另一方面，第步中，驗證中的未必是1，根據(jù)題目要求，有時可為2，3等；第步中，證明時命題也成立的過程中，要作適當(dāng)?shù)淖冃?，設(shè)法用上歸納假設(shè)。 例4. 若不等式對一切正整數(shù)n都成立，求正整數(shù)a的最大值，并證明你的結(jié)論。解析：取，。令，得，而，所以取，下面用數(shù)學(xué)歸納法證明，（1）時，已證結(jié)論正確（2）假設(shè)時，則當(dāng)時，有因為，所以，所以，即時，結(jié)論也成立，由（1）（2）可知，對一切，都有，故a的最大值為25。 例5. 用數(shù)學(xué)歸納法證明：能被9整除。解析：方法一：令，（1）能被9整除。（2）假設(shè)能被9整除，則能被9整除。由（1）（2）知，對一切，命題均成立。方法二：（1），原式能被9整除，（2）若，能被9整除，則時時也能被9整除。由（1），（2）可知，對任何，能被9整除。點評：證明整除性問題的關(guān)鍵是“湊項”，而采用增項、減項、拆項和因式分解等手段湊出時的情形，從而利用歸納假設(shè)使問題獲證。 例6. 求證：能被整除，。解析：（1）當(dāng)時，命題顯然成立。（2）設(shè)時，能被整除，則當(dāng)時，由歸納假設(shè)，上式中的兩項均能被整除，故時命題成立。由（1）（2）可知，對，命題成立。 例7. 平面內(nèi)有n個圓，其中每兩個圓都交于兩點，且無三個圓交于一點，求證：這n個圓將平面分成個部分。解析：時，1個圓將平面分成2部分，顯然命題成立。假設(shè)時，個圓將平面分成個部分，當(dāng)時，第k+1個圓交前面k個圓于2k個點，這2k個點將圓分成2k段，每段將各自所在區(qū)域一分為二，于是增加了2k個區(qū)域，所以這k+1個圓將平面分成個部分，即個部分。故時，命題成立 。由，可知，對命題成立。 點評：用數(shù)學(xué)歸納法證明幾何問題的關(guān)鍵是“找項”，即幾何元素從k個變成k+1個時，所證的幾何量將增加多少，這需用到幾何知識或借助于幾何圖形來分析，在實在分析不出來的情況下，將n=k+1和n=k分別代入所證的式子，然后作差，即可求出增加量，然后只需稍加說明即可，這也是用數(shù)學(xué)歸納法證明幾何命題的一大技巧。 例8. 設(shè)，是否存在關(guān)于自然數(shù)n的函數(shù)，使等式對于的一切自然數(shù)都成立？并證明你的結(jié)論。解析：當(dāng)時，由，得，當(dāng)時，由，得，猜想。下面用數(shù)學(xué)歸納法證明：當(dāng)時，等式恒成立。當(dāng)時，由上面計算知，等式成立。假設(shè)成立，那么當(dāng)時，當(dāng)時，等式也成立。由知，對一切的自然數(shù)n，等式都成立。故存在函數(shù)，使等式成立。點