2017_18学年高中数学第二章推理与证明2.3数学归纳法教学案

2.3 数学归纳法

预习课本P92～95，思考并完成下列问题 (1)数学归纳法的概念是什么？适用范围是什么？

(2)数学归纳法的证题步骤是什么？

[新知初探]

1．数学归纳法的定义

一般地，证明一个与正整数n有关的命题，可按下列步骤进行

只要完成这两个步骤，就可以断定命题对从n0开始的所有正整数n都成立．这种证明方法叫做数学归纳法．

2．数学归纳法的框图表示

[点睛] 数学归纳法证题的三个关键点 (1)验证是基础

数学归纳法的原理表明：第一个步骤是要找一个数n0，这个n0，就是我们要证明的命题对象对应的最小自然数，这个自然数并不一定都是“1”，因此“找准起点，奠基要稳”是第一个关键点．

(2)递推是关键

数学归纳法的实质在于递推，所以从“k”到“k＋1”的过程中，要正确分析式子项数的变化．关键是弄清等式两边的构成规律，弄清由n＝k到n＝k＋1时，等式的两边会增加多少项，增加怎样的项．

(3)利用假设是核心

在第二步证明n＝k＋1成立时，一定要利用归纳假设，即必须把归纳假设“n＝k时命题成立”作为条件来导出“n＝k＋1”，在书写f(k＋1)时，一定要把包含f(k)的式子写出来，尤其是f(k)中的最后一项，这是数学归纳法的核心．不用归纳假设的证明就不是数学归纳法．

[小试身手]

1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)与正整数n有关的数学命题的证明只能用数学归纳法．( ) (2)数学归纳法的第一步n0的初始值一定为1.( ) (3)数学归纳法的两个步骤缺一不可．( ) 答案：(1)× (2)× (3)√

2．如果命题p(n)对所有正偶数n都成立，则用数学归纳法证明时须先证n＝________成立．

答案：2

11135*

3．已知f(n)＝1＋＋＋…＋(n∈N)，计算得f(2)＝，f(4)＞2，f(8)＞，f(16)

23n227

＞3，f(32)＞，由此推测，当n＞2时，有______________．

2

答案：f(2)＞

nn＋2

2

用数学归纳法证明等式

[典例] 用数学归纳法证明：

12nn(n＋1)*

＋＋…＋＝(n∈N)． 1×33×5(2n－1)(2n＋1)2(2n＋1)11×2[证明] (1)当n＝1时，＝成立．

1×32×3(2)假设当n＝k(n∈N)时等式成立，即有 12kk(k＋1)＋＋…＋＝， 1×33×5(2k－1)(2k＋1)2(2k＋1)12k则当n＝k＋1时，＋＋…＋＋

1×33×5(2k－1)(2k＋1)(k＋1)k(k＋1)(k＋1)＝＋

(2k＋1)(2k＋3)2(2k＋1)(2k＋1)(2k＋3)＝

(k＋1)(k＋2)

，

2(2k＋3)

2

2

2

2

2

2

2

2

*

2

2

2

2

即当n＝k＋1时等式也成立．

由(1)(2)可得对于任意的n∈N等式都成立．

用数学归纳法证明恒等式应注意的三点

用数学归纳法证明恒等式时，一是弄清n取第一个值n0时等式两端项的情况；二是弄清从n＝k到n＝k＋1等式两端增加了哪些项，减少了哪些项；三是证明n＝k＋1时结论也成立，要设法将待证式与归纳假设建立联系，并朝n＝k＋1证明目标的表达式变形．

[活学活用]

11111111*

求证：1－＋－＋…＋－＝＋＋…＋(n∈N)．

2342n－12nn＋1n＋22n11

证明：(1)当n＝1时，左边＝1－＝，

22右边＝

11

＝，左边＝右边． 1＋12

*

1111111*

(2)假设n＝k(k∈N)时等式成立，即1－＋－＋…＋－＝＋＋…＋

2342k－12kk＋1k＋21

， 2k则当n＝k＋1时，

?1－1＋1－1＋…＋1－1?＋?1－1? ?234??2k－12k????2k＋12k＋2?

＝?＝

?1＋1＋…＋1?＋?1－1?

??2k??k＋1k＋2??2k＋12k＋2?

1111

＋＋…＋＋. k＋2k＋32k＋12k＋2

即当n＝k＋1时，等式也成立．

综合(1)，(2)可知，对一切n∈N，等式成立．

[典例] 已知n∈N，n＞2， 求证：1＋

12＋13＋…＋

1

**

用数学归纳法证明不等式 n ＞n＋1.

12＋1

，右边＝3＋1＝2，左边＞右边，不等式

3

[证明] (1)当n＝3时，左边＝1＋成立．

(2)假设当n＝k(k∈N，k≥3)时，不等式成立， 即1＋

1

11

＋＋…＋＞k＋1. 23k*

当n＝k＋1时， 1＋12＋1

111

＋…＋＋ ＞k＋1＋ 3kk＋1k＋1

＝

k＋1＋1k＋2＝ . k＋1k＋1

k＋2k＋2

＞＝k＋2＝(k＋1)＋1， k＋1k＋2

12＋13＋…＋

1

因为

所以1＋

k＋ ＞(k＋1)＋1.

k＋1

1

所以当n＝k＋1时，不等式也成立．

由(1)，(2)知对一切n∈N，n＞2，不等式恒成立． [一题多变]

1．[变条件，变设问]将本题中所要证明的不等式改为：

*