§13數學歸納法
1.數學歸納法的基本形式
(1)第一數學歸納法
設是乙個與正整數有關的命題,如果
①當()時,成立;
②假設成立,由此推得時,也成立,那麼,根據①②對一切正整數時,成立.
(2)第二數學歸納法
設是乙個與正整數有關的命題,如果
①當()時,成立;
②假設成立,由此推得時,也成立,那麼,根據①②對一切正整數時,成立.
2.數學歸納法的其他形式
(1)跳躍數學歸納法
①當時,成立,
②假設時成立,由此推得時,也成立,那麼,根據①②對一切正整數時,成立.
(2)反向數學歸納法
設是乙個與正整數有關的命題,如果
①對無限多個正整數成立;
②假設時,命題成立,則當時命題也成立,那麼根據①②對一切正整數時,成立.
3.應用數學歸納法的技巧
(1)起點前移:有些命題對一切大於等於1的正整數正整數都成立,但命題本身對也成立,而且驗證起來比驗證時容易,因此用驗證成立代替驗證,同理,其他起點也可以前移,只要前移的起點成立且容易驗證就可以.因而為了便於起步,有意前移起點.
(2)起點增多:有些命題在由向跨進時,需要經其他特殊情形作為基礎,此時往往需要補充驗證某些特殊情形,因此需要適當增多起點.
(3)加大跨度:有些命題為了減少歸納中的困難,適當可以改變跨度,但注意起點也應相應增多.
(4)選擇合適的假設方式:歸納假設為一定要拘泥於「假設時命題成立」不可,需要根據題意採取第
一、第二、跳躍、反向數學歸納法中的某一形式,靈活選擇使用.
(5)變換命題:有些命題在用數學歸納證明時,需要引進乙個輔助命題幫助證明,或者需要改變命題即將命題一般化或加強命題才能滿足歸納的需要,才能順利進行證明.
5.歸納、猜想和證明
在數學中經常通過特例或根據一部分物件得出的結論可能是正確的,也可能是錯誤的,這種不嚴格的推理方法稱為不完全歸納法.不完全歸納法得出的結論,只能是一種猜想,其正確與否,必須進一步檢驗或證明,經常採用數學歸納法證明.不完全歸納法是發現規律、解決問題極好的方法.
例題講解
1.用數學歸納法證明:
()2.已知對任意,,且,求證:.
3.如果正整數不是6的倍數,則不是7的倍數.
4.設都是正數,證明.
5.已知函式的定義域為,對於區間內的任意兩數均有.求證:對於任意,均有
.6.試證:對一切大於等於1的自然數都有
.7.試證:對一切自然數()都有.
8.證明:任一正方形可以剖分成任意個數多於5個的正方形.
9.設,,,求證:對一切均有
10.已知,,求證:對一切,都是整數.
11.設,是否存在關於正整數的函式使等式對於的一切自然數都成立?並證明你的結論.
12.設整數數列滿足,,,且.證明:任意正整數,是乙個整數的平方.
課後練習
1.證明時,能被31整除.
2.設不小於6的自然數,證明:可以將乙個正三角形分成個較小的正三角形.
3.用數學歸納法證明:
4.設為自然數,求證:.
5.對於自然數(),求證:.
6.已知,,求證:對於一切,是整數.
7.設有個球分成了許多堆,我們可以任意選甲、乙兩堆來按照以下規則挪動:若甲戴盆望天的球數不小於乙堆的球數,則從甲堆拿個球放堆乙堆,這樣算是挪動一次.證明:可以經過有限次挪動把所有的球合併成一堆.
8.已知數列滿足:,,(),試證:.
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