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文檔簡介
§4反證法1.了解間接證明的一種基本方法——反證法.2.理解反證法的概念及思考過程和特點.(難點)3.掌握反證法證題的基本步驟,會用反證法證明相關的數(shù)學問題.(重點、難點)[基礎·初探]教材整理反證法閱讀教材P65~P67“練習”以上內容,完成下列問題.1.反證法的定義在證明數(shù)學命題時,先假定命題結論的反面成立,在這個前提下,若推出的結果與定義、公理、定理相矛盾,或與命題中的已知條件相矛盾,或與假定相矛盾,從而說明命題結論的反面不可能成立,由此斷定命題的結論成立.這種證明方法叫作反證法.2.反證法證明的思維過程反證法的證明過程可以概括為“否定——推理——否定”,即從否定結論開始,經(jīng)過正確的推理,導出邏輯矛盾,從而達到新的否定(即肯定原命題)的過程.用反證法證明命題“若p則q”的過程可以用框圖3-4-1表示:eq\x(\a\al(肯定條件p,,否定結論q))→eq\x(\a\al(導致邏,輯矛盾))→eq\x(\a\al(“p且?q”,為假))→eq\x(\a\al(“若p則q”,為真))圖3-4-1判斷(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)反證法屬于間接證明問題的方法.()(2)反證法的證明過程既可以是合情推理,也可以是一種演繹推理.()(3)反證法推出的矛盾不能與已知相矛盾.()【解析】(1)正確.反證法其實是證明其逆否命題成立,所以它屬于間接證明問題的方法.(2)錯誤.反證法從證明過程看是一種嚴謹?shù)难堇[推理.(3)錯誤.反證法推出的矛盾可以與已知相矛盾.【答案】(1)√(2)×(3)×[質疑·手記]預習完成后,請將你的疑問記錄,并與“小伙伴們”探討交流:疑問1:________________________________________________________解惑:__________________________________________________________疑問2:________________________________________________________解惑:__________________________________________________________疑問3:________________________________________________________解惑:__________________________________________________________[小組合作型]用反證法證明否定性命題等差數(shù)列{an}的前n項和為Sn,a1=1+eq\r(2),S3=9+3eq\r(2).【導學號:67720230】(1)求數(shù)列{an}的通項an與前n項和Sn;(2)設bn=eq\f(Sn,n)(n∈N+),求證:數(shù)列{bn}中任意不同的三項都不可能成為等比數(shù)列.【精彩點撥】第(1)問應用an=a1+(n-1)d和Sn=na1+eq\f(1,2)n(n-1)d兩式求解.第(2)問先假設存在三項bp,bq,br成等比數(shù)列,再用反證法證明.【自主解答】(1)設等差數(shù)列{an}的公差為d,由已知得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a1=\r(2)+1,,3a1+3d=9+3\r(2),))∴d=2,故an=2n-1+eq\r(2),Sn=n(n+eq\r(2)).(2)證明:由(1)得bn=eq\f(Sn,n)=n+eq\r(2).假設數(shù)列{bn}中存在三項bp,bq,br(p,q,r互不相等)成等比數(shù)列,則beq\o\al(2,q)=bpbr,即(q+eq\r(2))2=(p+eq\r(2))(r+eq\r(2)),∴(q2-pr)+(2q-p-r)eq\r(2)=0.∵p,q,r∈N+,∴eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(q2-pr=0,,2q-p-r=0,))∴eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p+r,2)))2=pr,(p-r)2=0,∴p=r,這與p≠r矛盾.所以數(shù)列{bn}中任意不同的三項都不可能成為等比數(shù)列.1.當結論中含有“不”“不是”“不可能”“不存在”等詞語的命題,此類問題的反面比較具體,適合應用反證法.例如證明異面直線,可以假設共面,再把假設作為已知條件推導出矛盾.2.反證法必須從否定結論進行推理,即應把結論的反面作為條件,且必須根據(jù)這一條件進行推證,否則,僅否定結論,不從結論的反面出發(fā)進行推理,就不是反證法.3.常見否定詞語的否定形式如下表所示:否定詞語否定詞語的否定形式?jīng)]有有不大于大于不等于等于不存在存在[再練一題]1.已知方程f(x)=ax+eq\f(x-2,x+1)(a>1),證明:方程f(x)=0沒有負數(shù)根.【證明】假設x0是方程f(x)=0的負數(shù)根,則x0<0,x0≠-1且ax0+eq\f(x0-2,x0+1)=0,所以ax0=-eq\f(x0-2,x0+1).又當x0<0時,0<ax0<1,故0<-eq\f(x0-2,x0+1)<1,即0<-1+eq\f(3,x0+1)<1,1<eq\f(3,x0+1)<2,解得eq\f(1,2)<x0<2.這與x0<0矛盾,所以假設不成立,故方程f(x)=0沒有負數(shù)根.用反證法證明“至多”“至少”問題已知x,y,z均大于零,求證:x+eq\f(4,y),y+eq\f(4,z),z+eq\f(4,x)這三個數(shù)中至少有一個不小于4.【精彩點撥】本題中含有“至少”,不宜直接證明,故可采用反證法證明.【自主解答】假設x+eq\f(4,y),y+eq\f(4,z),z+eq\f(4,x)都小于4,即x+eq\f(4,y)<4,y+eq\f(4,z)<4,z+eq\f(4,x)<4,于是得eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(4,y)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(y+\f(4,z)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(z+\f(4,x)))<12,而eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(4,y)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(y+\f(4,z)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(z+\f(4,x)))=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(4,x)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(y+\f(4,y)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(z+\f(4,z)))≥2eq\r(x·\f(4,x))+2eq\r(y·\f(4,y))+2eq\r(z·\f(4,z))=12,這與eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(4,y)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(y+\f(4,z)))+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(z+\f(4,x)))<12矛盾,因此假設錯誤,即x+eq\f(4,y),y+eq\f(4,z),z+eq\f(4,x)中至少有一個不小于4.1.用反證法證明“至少”“至多”型命題,可減少討論情況,目標明確.否定結論時需弄清楚結論的否定是什么,避免出現(xiàn)錯誤.2.用反證法證明“至多”“至少”問題時常見的“結論詞”與“反設詞”如下:結論詞反設詞結論詞反設詞至少有一個一個也沒有對所有x成立存在某個x0不成立至多有一個至少有兩個對任意x不成立存在某個x0成立至少有n個至多有n-1個p或q?p且?q至多有n個至少有n+1個p且q?p或?q[再練一題]2.若x>0,y>0,且x+y>2,求證:eq\f(1+y,x)與eq\f(1+x,y)至少有一個小于2.【證明】假設eq\f(1+y,x)與eq\f(1+x,y)都不小于2,即eq\f(1+y,x)≥2,eq\f(1+x,y)≥2.∵x>0,y>0,∴1+y≥2x,1+x≥2y,兩式相加得2+(x+y)≥2(x+y),∴x+y≤2,這與已知中x+y>2矛盾,∴假設不成立,原命題成立.故eq\f(1+y,x)與eq\f(1+x,y)至少有一個小于2.[探究共研型]用反證法證明“唯一性”命題探究1用反證法證明數(shù)學命題的步驟是什么?【提示】(1)反設:假設命題的結論不成立,即假定原結論的反面為真.(2)歸謬:從反設和已知條件出發(fā),經(jīng)過一系列正確的邏輯推理,得出矛盾的結果.(3)存真:由矛盾的結果斷定反設不真,從而肯定原結論成立.探究2如何證明兩條相交直線有且只有一個交點?【提示】假設兩條直線a,b不只有一個交點,則至少有兩個交點A和B,這樣同時經(jīng)過點A,B的直線就有兩條,這與“經(jīng)過兩點有且只有一條直線”相矛盾.所以兩條相交直線有且只有一個交點.已知一點A和平面α.求證:經(jīng)過點A只能有一條直線和平面α垂直.【精彩點撥】【自主解答】根據(jù)點A和平面α的位置關系,分兩種情況證明.(1)如圖①,點A在平面α內,假設經(jīng)過點A至少有平面α的兩條垂線AB,AC,那么AB,AC是兩條相交直線,它們確定一個平面β,平面β和平面α相交于經(jīng)過點A的一條直線a.因為AB⊥平面α,AC⊥平面α,aα,所以AB⊥a,AC⊥a,在平面β內經(jīng)過點A有兩條直線都和直線a垂直,這與平面幾何中經(jīng)過直線上一點只能有已知直線的一條垂線相矛盾.①(2)如圖②,點A在平面α外,假設經(jīng)過點A至少有平面α的兩條垂線AB和AC(B,C為垂足),那么AB,AC是兩條相交直線,它們確定一個平面β,平面β和平面α相交于直線BC,因為AB⊥平面α,AC⊥平面α,BCα,所以AB⊥BC,AC⊥BC.②在平面β內經(jīng)過點A有兩條直線都和BC垂直,這與平面幾何中經(jīng)過直線外一點只能有已知直線的一條垂線相矛盾.綜上,經(jīng)過一點A只能有一條直線和平面α垂直.證明“有且只有一個”的問題,需要證明兩個命題,即存在性和唯一性.當證明結論以“有且只有”“只有一個”“唯一存在”等形式出現(xiàn)的命題時,由于反設結論易于導出矛盾,所以用反證法證其唯一性就較簡單明了.[再練一題]3.若函數(shù)f(x)在區(qū)間[a,b]上的圖像連續(xù)不斷,且f(a)<0,f(b)>0,且f(x)在[a,b]上單調遞增,求證:f(x)在(a,b)內有且只有一個零點.【證明】由于f(x)在[a,b]上的圖像連續(xù)不斷,且f(a)<0,f(b)>0,即f(a)·f(b)<0,所以f(x)在(a,b)內至少存在一個零點,設零點為m,則f(m)=0,假設f(x)在(a,b)內還存在另一個零點n,即f(n)=0,則n≠m.若n>m,則f(n)>f(m),即0>0,矛盾;若n<m,則f(n)<f(m),即0<0,矛盾.因此假設不正確,即f(x)在(a,b)內有且只有一個零點.[構建·體系]1.應用反證法推出矛盾的推理過程中可作為條件使用的是()①結論的否定;②已知條件;③公理、定理、定義等;④原結論.A.①② B.②③C.①②③ D.①②④【解析】根據(jù)反證法的基本思想,應用反證法推出矛盾的推導過程中可把“結論的否定”“已知條件”“公理、定理、定義等”作為條件使用.【答案】C2.實數(shù)a,b,c不全為0等價于()A.a(chǎn),b,c均不為0B.a(chǎn),b,c中至多有一個為0C.a(chǎn),b,c中至少有一個為0D.a(chǎn),b,c中至少有一個不為0【解析】不全為0即至少有一個不為0,故選D.【答案】D3.命題“△ABC中,若A>B,則a>b”的結論的否定應該是()A.a(chǎn)<b B.a(chǎn)≤bC.a(chǎn)=b D.a(chǎn)≥b【解析】“大于”的否定是“不大于”,即“小于或等于”,故選B.【答案】B4.用反證法證明某命題時,對某結論:“自然數(shù)a,b,c中無偶數(shù)”,正確的假設為________.【解析】a,b,c中無偶數(shù),即a,b,c都是奇數(shù),反設應是“a,b,c中至少有一個偶數(shù)”.【答案】a,b,c中至少有一個偶數(shù)5.若a,b,c互不相等,證明:三個方程ax2+2bx+c=0,bx2+2cx+a=0,cx2+2ax+b=0至少有一個方程有兩個相異實根.【證明】假設三個方程中都沒有兩個相異實根,則Δ1=4b2-4ac≤0,Δ2=4c2-4ab≤0,Δ3=4a2-4bc≤0.相加得a2-2ab+b2+b2-2bc+c2+c2-2ac+a2≤0,(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2≤0,∴a=b=c,這與a,∴假設不成立,即三個方程中至少有一個方程有兩個相異實
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