第一篇:【彈無虛發】2013高考數學秒殺必備:數列和不等式證明的交叉論文
高考中數列和不等式證明的交叉
數列和不等式是高考的兩大熱點也是難點,數列是高中數學中一個重要的內容,在高等數學也有很重要的地位,不等式是高中數學培養學生思維能力的一個突出的內容,它可以體現數學思維中的很多方法,當兩者結合在一起的時候,問題會變得非常的靈活。所以在復習時,我們在分別復習好兩類知識的同時,一定要注意它們的相互滲透和交叉,培養靈活的思維能力。
數列和證明不等式的交叉,是這兩大塊知識的主要交叉點,它在數列的特殊情景下,巧妙的融合了不等式的證明,它所涉及的問題往往是靈活的應用了數列和不等式的知識,把這兩者完美的結合在了一起。
例1設?an?和?bn?分別是等差數列和等比數列,且a1?b1?0,a2?b2?0,若a1?a2,試比較an和bn的大小。
分析:這兩個通項大小的比較,它們的未知量比較多,比容易直接完成。因通過它們的項數n把他們組合在一起。設?an?的公差為d,?bn?的公比為q。顯然q?0,因為a2?b2?0,所以有,a1?d?a1q,即a1?q?1??d。
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an?bn。綜上所述,當n?N,且n?2時,an?bn。在證明過程,對等比數列求和公式的逆用,是本題證明的一個轉折點,它避免了一些不必要的分類討論,時問題得以簡化。
例2已知遞增的等比數列?an?前三項之積為512,且這三項分別減去1,3,9后成等差數列,求證:1?2?3???n?1。123n
分析:要想證明這個不等式,首先要求出左邊的和式。根據題意,?an?是等比數列,所以左邊的和式可以利用錯位相減法來求和。先確定這個等比數列。由
23a1a3?a2?512,所以a2?8。再設等比數列?an?的公比為q。可得,a1a2a3?a
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于是,1?n?1?1?n?1?1?n,因此,an?1。在此題的證明過程中,我們巧
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妙的利用了數列求和的累加法,時問題的解決有一種全新的感覺。本題由于和自
然數有關,也可以利用數學歸納法來證明。
例5 設a?2,給定數列?xn?,其中x1?a,且滿足xn?1
2xn
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求證:xn?2且
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分析:這是1984年的高考題,當時難倒了絕大部分的學生,大家覺得無從著手。它給定的是數列,求證的是不等式,而且都是和通項有關,所以我們可以考慮求出數列的通項再來觀察。因為
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1。例6求證:1?3?5?2n?1?
分析:這是一道不等式的證明題,若我們總是在不等式的圈子里轉悠,問題不能圓滿的解決。跳出這個圈子,我們不難發現這是一個自然數有關的命題,那么,解決它的方法不外乎兩種,一是利用數學歸納法;二是構造數列。我們來構造一
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因此原不等式得證。
例7設?an?是正項的等比數列,Sn是其前n項的和.證明:
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分析:這是在數列情景下的不等式證明,所以要交叉使用數列的性質和不等式的證明技巧。要證不等式等價于Sn?Sn?2?Sn?1,因為an?0,所以Sn?1?Sn?0。
由等比數列的定義可得:
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再用等比定理得:
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有:Sn?Sn?2?Sn?1。
2例8 數列?an?和?bn?都是正項數列,對任意的自然數都有an,bn,an?1成等差數
22列,bn,an?1,bn?1成等比數列。
(1)問:?bn?是不是等差數列?為什么?
222(2)求證:對任意的自然數p和q(p?q),bp≥?b2b?qp?qp。
分析:對于第(1)題,我們不難證明它一定是等差數列。問題(2)的證明方法很多,我們可以直接利用等差數列的通項公式,通過作差比較來完成。但是若我們仔細
222
分析題意,觀察bp ?q,bp?q,bp的特點,我們不難發現它們三者之間有等量關系:
22bp?q?bp?q?2bp,所以bp?q?bp?q
?bp?q?bp?q?2
?2b2。此題充分體現了數列≥
p
和不等式知識的交叉運用。
例9數列?an?中,前n項之和為Sn?an2?bn,其中a和b為常數,且a?0,a?b?1,n?N。
(1)求數列?an?的通項公式an;并證明an?1?an?1。(2)若cn?loganan?1,試判斷數列?cn?中任意兩項的大小。
分析:此題的已知條件,前n項之和為Sn?an2?bn 告訴我們,數列?an?是一個等差數列,要證明an?1?an?1成立,只要證明該數列是一個遞增的數列,且a1?1即可。(1)由Sn?an2?bn可知,a1?S1?a?b?1,an?Sn?Sn?1?2an?a?b,所以an?1?an?2a?0,即數列?an?是一個單調遞增的數列,那么
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求證:(1)an?1?1an;
(2)若Sn表示數列?an?的前n項之和,則Sn?2a1。
2分析:從題目的結構可以看出,條件an?an?1?2an?1?an?0是解決問題的關鍵,2必須從中找出an?1和an 的關系。(1)由已知an?an?1?2an?1?an?0,可得
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從上面的一系列問題中,我們可以看出,數列和不等式證明是緊密相連互相滲透的,在復習中我們一定要注意它們的聯系,在知識的交叉點上思考分析,達到知識的融會貫通,培養分析問題和解決問題的能力。
第二篇:高中數學 高考中數列和不等式證明的交叉論文
高考中數列和不等式證明的交叉
數列和不等式是高考的兩大熱點也是難點,數列是高中數學中一個重要的內容,在高等數學也有很重要的地位,不等式是高中數學培養學生思維能力的一個突出的內容,它可以體現數學思維中的很多方法,當兩者結合在一起的時候,問題會變得非常的靈活。所以在復習時,我們在分別復習好兩類知識的同時,一定要注意它們的相互滲透和交叉,培養靈活的思維能力。
數列和證明不等式的交叉,是這兩大塊知識的主要交叉點,它在數列的特殊情景下,巧妙的融合了不等式的證明,它所涉及的問題往往是靈活的應用了數列和不等式的知識,把這兩者完美的結合在了一起。
例1設?an?和?bn?分別是等差數列和等比數列,且a1?b1?0,a2?b2?0,若a1?a2,試比較an和bn的大小。
分析:這兩個通項大小的比較,它們的未知量比較多,比容易直接完成。因通過它們的項數n把他們組合在一起。設?an?的公差為d,?bn?的公比為q。顯然q?0,因為a2?b2?0,所以有,a1?d?a1q,即a1?q?1??d。an?bn?a1??n?1?d?a1qn?1?a1?a1?n?1??q?1??a1qn?1。又因為a1?a2,所以
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例2已知遞增的等比數列?an?前三項之積為512,且這三項分別減去1,3,9后成等差數列,求證:1?2?3???n?1。a1a2a3an
分析:要想證明這個不等式,首先要求出左邊的和式。根據題意,?an?是等比數列,2所以左邊的和式可以利用錯位相減法來求和。先確定這個等比數列。由a1a3?a2可
得,a1a2a3?a2?512,所以a2?8。再設等比數列?an?的公比為q。則根據條件可
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得:?8?1???8q?9??2?8?3?,解得,q?2或q?1(舍去)。所以?,因此,q2???q?2123n
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1?1?1???1?n1?1?n?
1= Sn?
222232n2n?12n2n?1
例3在某兩個正數x,y之間,若插入一個數a,使x,a,y成等差數列;若另插入兩個數b,c,使x,b,c,y成等比數列,求證:?a?1?2??b?1??c?1?
分析:不等式左邊有字母a,右邊有不同字母b、c,要比較兩邊的大小,必須尋找
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分析:這是一道不等式的證明題,若我們總是在不等式的圈子里轉悠,問題不能圓滿的解決。跳出這個圈子,我們不難發現這是一個自然數有關的命題,那么,解決它的方法不外乎兩種,一是利用數學歸納法;二是構造數列。我們來構造一個數列
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12n?28n?20n?4?1。所以,a?a,從而有,a?a?a???a?1。=n?1nnn?1n?2112n3?28n2?19n?4
因此原不等式得證。
lgSn?lgSn?2
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分析:這是在數列情景下的不等式證明,所以要交叉使用數列的性質和不等式的證
例7設?an?是正項的等比數列,Sn是其前n項的和.證明:
明技巧。要證不等式等價于Sn?Sn?2?Sn?1,因為an?0,所以Sn?1?Sn?0。
由等比數列的定義可得:
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例8 數列?an?和?bn?都是正項數列,對任意的自然數都有an,bn,an?1成等差數列,22,an?1,bnbn?1成等比數列。
(1)問:?bn?是不是等差數列?為什么?
222(2)求證:對任意的自然數p和q(p?q),bp?q?bp?q≥2bp。
分析:對于第(1)題,我們不難證明它一定是等差數列。問題(2)的證明方法很多,我們可以直接利用等差數列的通項公式,通過作差比較來完成。但是若我們仔細分
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析題意,觀察bp,bb?qp?qp的特點,我們不難發現它們三者之間有等量關系:
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不等式知識的交叉運用。
例9數列?an?中,前n項之和為Sn?an2?bn,其中a和b為常數,且a?0,a?b?1,n?N。
(1)求數列?an?的通項公式an;并證明an?1?an?1。(2)若cn?loganan?1,試判斷數列?cn?中任意兩項的大小。
分析:此題的已知條件,前n項之和為Sn?an2?bn 告訴我們,數列?an?是一個等差數列,要證明an?1?an?1成立,只要證明該數列是一個遞增的數列,且a1?1即可。(1)由Sn?an2?bn可知,a1?S1?a?b?1,an?Sn?Sn?1?2an?a?b,所以an?1?an?2a?0,即數列?an?是一個單調遞增的數列,那么an?1?an?a1?1。
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(2)若Sn表示數列?an?的前n項之和,則Sn?2a1。
分析:從題目的結構可以看出,條件an?an?1?2an?1?an?0是解決問題的關鍵,必2須從中找出an?1和an 的關系。(1)由已知an?an可得an??1?2an?1?an?0,2an?1
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從上面的一系列問題中,我們可以看出,數列和不等式證明是緊密相連互相滲透的,在復習中我們一定要注意它們的聯系,在知識的交叉點上思考分析,達到知識的融會貫通,培養分析問題和解決問題的能力。
第三篇:用數學歸納法證明數列不等式
【例1】(2012全國大綱卷理22)函數f(x)?x2?2x?3,定義數列?xn?如下:x1?2,xn?1是過兩點P(4,5)、Qn(xn,f(xn))的直線PQn與x軸交點的橫坐標.(1)證明:2?xn?xn?1?3;(2)求數列?xn?的通項公式.【證】(1)證:直線PQn的方程為y?5?f(xn)?5(x?4),即y?5?(xn?2)(x?4),xn?44x?35令y?0,解得xn?1?4?.?nxn?2xn?2下用數學歸納法證明2?xn?3:
① 當n?1時,x1?2,所以2?x1?3.② 假設當n?k時結論成立,即2?xk?3,則當n?k?1時,由xk?1?4?11555?xk?1?3,故?xk?1?4?,得4?,即42?23?2xk?2*2?xk?1?3.由①②知,對一切n?N都有2?xn?3.4xn?3?xn2?2xn?3(3?xn)(xn?1)從而xn?1?xn??xn???0,故xn?1?xn.xn?2xn?2xn?2綜上,2?xn?xn?1?3.4x?3x?35(xn?1)(2)解:由(1)知,xn?1?n,則 xn?1?3?n ①,xn?1?1? ②,xn?2xn?2xn?
2①?②,得
?x?3?11xn?1?31xn?3???,故數列?n是首項為,公比為的等比數列.?53xn?1?15xn?1x?1?n?n?19?5n?1?1xn?31?1?*
因此,(n?N).?????,解得:xn?n?13?5?1xn?13?5?【例2】已知函數f(x)?ln(2?x)?ax在開區間(0,1)內是增函數.
(Ⅰ)求實數a的取值范圍;
(Ⅱ)若數列?an?滿a1?(0,1),an?1?ln(2?an)?an(n?N*),證明:0?an?an?1?1.(Ⅰ)解:f?(x)??1?a,由于f(x)在(0,1)內是增函數,2?x1?a?0在x∈∴ f?(x)?0,即 ?(0,1)時恒成立. 2?x1∴ a?? 恒成立,x?2而
-2<x-2<-1,11??,x?2211?1,即 ??2x?2∴
a?1即為所求. ∴ ?1?(Ⅱ)證明:① 當n=1時,由題設知a1∈(0,1). ② 假設當n=k時,不等式成立,即ak∈(0,1),則 當n=k+1時,由(Ⅰ)知,f(x)=ln(2-x)+x在(0,1)上是增函數
∴0?f(0)?ln(2?0)?0?ak?1?ln(2?ak)?ak?f(ak)?f(1)?ln(2?1)?1?1,即ak+1∈(0,1),故n=k+1時命題成立.根據① ② 知0<an<1,n∈N*. 又 ∵ an?1?an?ln(2?an)?ln(2?1)?0,∴ 0?an?an?1?1.
【例3】已知函數f(x)?x?sinx,數列{an}滿足:0?a1?1,an?1?f(an),n?1,2,3,證明:,13an.6證明:(Ⅰ)先用數學歸納法證明0?an?1,n?1,2,3,?(Ⅰ)0?an?1?an?1;(Ⅱ)an?1?① 當n=1時,由已知,結論成立.② 假設當n=k時結論成立,即0?ak?1,因為0?x?1時,f?(x)?1?cosx?0,所以f(x)在(0,1)上是增函數,又f(x)在[0,1]上連續,從而f(0)?f(ak)?f(1),即0?ak?1?1?sin1?1,故當n=k+1時,結論成立.由①②可知,0?an?1對一切正整數都成立.又因為0?an?1時,an?1?an?an?sinan?an??sinan?0,所以an?1?an,綜上所述0?an?1?an?1.(Ⅱ)設函數g(x)?sinx?x?13x,0?x?1,6由(Ⅰ)可知,當0?x?1時,sinx?x.x2x2x2x22x??2sin???2()??0, 從而g?(x)?cosx?1?22222所以g(x)在(0,1)上是增函數.又g(0)?0,所以當0?x?1時,g(x)>0成立.13于是g(an)?0,即sinan?an?an?0,613故an?1?an.
【例4】已知函數f(x)?x?ln?1?x?,數列?an?滿足0?a1?1, an?1?f?an?;數列?bn?滿足b1?11,bn?1?(n?1)bn, n?N*.求證: 22(Ⅰ)0?an?1?an?1;
an2;(Ⅱ)an?1?22,則當n≥2時,bn?an?n!.(n!?n?(n?1)?(Ⅲ)若a1?2*解:(Ⅰ)先用數學歸納法證明0?an?1,n?N.(1)當n=1時,由已知得結論成立;
?2?1)(2)假設當n=k時,結論成立,即0?ak?1.則當n=k+1時,因為0
————①bn?1bn?2b12 an2aaaaa,知:n?1?n, 所以n=2?3由(Ⅱ)an?1?2a1a1a2an2因為a1?anaa?12an?122an?1 , 22, n≥2, 0?an?1?an?1.2a1a2an?1a1n2?a121?a1 所以 an?.222222 由①② 兩式可知: bn?an?n!.【例5】 設函數f(x)與數列?an?滿足以下關系: ① a1??,其中?是方程f(x)?x的實根; ② an?1?f(an); 1).③ f(x)的導數f?(x)?(0,(Ⅰ)求證:an??; (Ⅱ)判斷an與an?1的大小關系,并證明你的結論.(Ⅰ)證:① 當n?1時,a1??,不等式成立.② 假設當n?k時不等式成立,即ak??,則n?k?1時,∵f?(x)?0,則f(x)遞增.∴ak?1?f(ak)?f(?)??,即n?k?1時不等式也成立.由①、②知,an??對一切n?N都成立.(Ⅱ)解:an?1?an?f(an)?an,設F(x)?f(x)?x,則F?(x)?f?(x)?1?0,∴F(x)遞減,而an??,∴F(an)?F(?)?f(?)???0,即f(an)?an?0,亦即an?1?an?0,*∴an?1?an.【例6】(2005江西)已知數列{an}的各項都是正數,且滿足: 1an(4?an),n?N.2(1)證明an?an?1?2,n?N;a0?1,an?1?(2)求數列{an}的通項公式an.解:(1)方法一 用數學歸納法證明: 13a0(4?a0)?,∴a0?a1?2,命題正確.222°假設n=k時有ak?1?ak?2.1則n?k?1時,ak?ak?1?ak?1(4?ak?1)?ak(4?ak) 221?2(ak?1?ak)?(ak?1?ak)(ak?1?ak) 21?(ak?1?ak)(4?ak?1?ak).2而ak?1?ak?0.4?ak?1?ak?0,?ak?ak?1?0.112又ak?1?ak(4?ak)?[4?(ak?2)]?2.22∴n?k?1時命題正確.由1°、2°知,對一切n∈N時有an?an?1?2.1°當n=1時,a0?1,a1?方法二:用數學歸納法證明: 1°當n=1時,a0?1,a1? 2°假設n=k時有ak?令f(x)?13a0(4?a0)?,∴0?a0?a1?2; 22?ak?2成立,1x(4?x),f(x)在[0,2]上單調遞增,所以由假設 2111有:f(ak?1)?f(ak)?f(2),即ak?1(4?ak?1)?ak(4?ak)??2?(4?2),222也即當n=k+1時 ak?ak?1?2成立,所以由1°、2°知,對一切n?N,有ak?ak?1? 2(2)下面來求數列的通項:an?1?11an(4?an)?[?(an?2)2?4],所以 222(an?1?2)??(an?2)2 1211221122211?2???2n?12n令bn?an?2,則bn??bn??(?b)???()b????()bn?1n?2n?1222222,2又bn=-1,所以bn??()12n?11n,即an?2?bn?2?()2?1 【拓展題】 【例】、數列?an?滿足an?12a?3an??,且a1?1.(1)當??1時,求數列?an?的?nan?12通項公式; (2)若不等式an?1?an對一切n?N恒成立,求?的取值范圍; (3)當?3???1時,證明: *1111?????1?n.1?a11?a21?an2解:(1)當??1時,an?1?2an?1?an?1?1?2(an?1)???an?2n?1.(an?1)2???1*(2)an?1?an?①,要使an?1?an對一切n?N恒成立,an?1(a1?1)2???1??3至少需使a2?a1???0成立????3.a1?12下面先用數歸法證明:當???3時,an?1(略),再由①知an?1?an恒成立.所以??[?3,??)為所求.(3)當?3???1時,由(2)知an?1,則由 2a(a?1)?(an?1)???1??1an?1?nn?2an?1??2an?1 an?1an?1?an?1?1?2(an?1)?22(an?1?1)???2n(a1?1)?2n?111?0?an?1?2n??n,1?an21111111從而??????2???n?1?n,等號當且僅當n?11?a11?a21?an2222時成立.(2009安徽理21)首項為正數的數列?an?滿足an?1?為奇數,則對一切n?2,an都是奇數;(2)若對一切n?N都有an?1?an,求a1的取值范圍.略解:(1)已知a1是奇數,假設ak?2m?1是奇數,其中m為正整數,*12(an?3),n?N*.(1)證明:若a14ak2?3?m(m?1)?1是奇數.(因為m(m?1)是偶數)則由遞推關系得ak?1?4*根據數學歸納法,對任何n?N,an都是奇數.1(2)(方法一)由an?1?an?(an?1)(an?3)知,an?1?an當且僅當an?1或an?3.41?332?3?1;若ak?3,則ak?1??3.另一方面,若0?ak?1,則0?ak?1?44根據數學歸納法,0?a1?1,?0?an?1,?n?N*;a1?3?an?3,?n?N*.綜合所述,對一切n?N都有an?1?an的充要條件是0?a1?1或a1?3.*a12?3?a1,得a12?4a1?3?0,于是0?a1?1或a1?3.(方法二)由a2?4an2?3an2?3an?12?3(an?an?1)(an?an?1), an?1?an???,因為a1?0,an?1?4444所以所有的an均大于0,因此an?1?an與an?an?1同號.根據數學歸納法,?n?N,an?1?an與a2?a1同號.*因此,對一切n?N都有an?1?an的充要條件是0?a1?1或a1?3.* 數列和式不等式的證明策略 羅紅波洪湖二中高三 (九)班周二第三節(11月13日) 數列和式不等式的證明經常在試卷壓軸題中出現,在思維能力和方法上要求很高,難度很大,往往讓人束手無策,其實,這類不等式的證明,是有一定的規律的,利用S1 n? a1?q 來證明也能事半功倍,下面用幾個例子來簡述數列和式不等式的證明 S1 n? a1?q 常用策略。 一、基礎演練: 1、等比數列{an},公比為q,則{an}的前n項和Sn為() ?na1(q?1A.?) ?an a?1(1?q)1(1?qn)a? 1?q(q?1)B.na1C.1?qD.11?q2、正項等比數列{an},公比為q,0?q?1,{an}的前n項和Sn,以下說法正確的是()A.S1n? a11?qB.S?a11?qC.Saa nn?1?qD.Sn?11?q3、正項數列{a},{a的前n項和Sa nn}n,要證明S1n?1?q,其中0?q?1,可以去證明()A. an?1?qB.an?1a?qC.an?1?qD.a n?1a?q nnanan 二、典例精講: 例 1、等比數列{a1 n},a1?1,q?2,{an}的前n項和Sn,求證:Sn?2 變式 1、正項等比數列{an},{a1n}的前n項和Sn,a1?1,Sn?2恒成立,求證:0?q? 2例 2、已知數列{an},an?1 2n ?1,{an}的前n項和S5n,求證:Sn?2(Sn?3?) aann變式 2、數列{n?1n},a?3?23?2n?1,a1?1,{a3 n?1n}的前n項和Sn,求證:Sn? n 2例 3、(09四川理22)數列{an}的前n項和Sn,對任意正整數n,都有a4?an n?5Sn?1成立,記bn?1?a(n?N?).n (1)求數列{bn}的通項公式; (2)記c? n?b2n?b2n?1(n?N),{c3 n}的前n項和Tn,求證:Tn? 2變式 3、已知a1n? ?2,求證Sn?(?1)a1?(?1)2a2????????(?1)nan?1 (?2)n? 3三、小結 四、課后作業: 1、等比數列{a1 n},a1?2,q? 3,{an}的前n項和Sn,求證:Sn?3 2、已知數列{an},an? 14n?2,{an}的前n項和Sn,求證:S2 n ?3 數列、極限、數學歸納法·用數學歸納法證明不等式·教案 證明:(1)當n=1時,左=2,右=2,則等式成立.(2)假設n=k時(k∈N,k≥1),等式成立,即 2+4+6+…+2k=k(k+1). 當n=k+1時,2+4+6+…+2k+(k+1) 所以n=k+1時,等式也成立. 根據(1)(2)可知,對于任意自然數n,原等式都能成立. 生甲:證明過程正確. 生乙:證明方法不是數學歸納法,因為第二步證明時,沒有應用歸納假設. 師:從形式上看此種證明方法是數學歸納法,但實質在要證明n=k+1正確時,未用到歸納假設,直接采用等差數列求和公式,違背了數學歸納法的本質特點遞推性,所以不能稱之為數學歸納法.因此告誡我們在運用數學歸納法證明時,不能機械套用兩個步驟,在證明n=k+1命題成立時,一定要利用歸納假設. (課堂上講評作業,指出學生作業中不妥之處,有利于鞏固舊知識,為新知識的學習掃清障礙,使學生引以為戒,所謂溫故而知新) (二)講授新課 師:在明確數學歸納法本質的基礎上,我們來共同研究它在不等式證明中的應用.(板書)例1已知x>-1,且x≠0,n∈N,n≥2.求證:(1+x)n>1+nx. 師:首先驗證n=2時的情況. (板書)證:(1)當n=2時,左邊=(1+x)2=1+2x+x2,右邊=1+2x,因x2>0,則原不等式成立. (在這里,一定要強調之所以左邊>右邊,關鍵在于x2>0是由已知條件x≠0獲得,為下面證明做鋪墊)第四篇:數列不等式的證明
第五篇:數列、極限、數學歸納法·用數學歸納法證明不等式