1.4 数学归纳法 学案-2023-2024学年高二上学期数学湘教版（2019）选择性必修第一册

1.4*　数学归纳法 【学习目标】 1.了解数学归纳法的原理.(数学抽象、逻辑推理) 2.掌握数学归纳法的步骤.(逻辑推理) 3.能用数学归纳法证明一些简单的数学命题.(逻辑推理) 【自主预习】 预学忆思 1.如果你从袋子里拿出5个小球,发现全部都是绿色的,那么能否判断袋子里面的小球都是绿色的? 2.对于数列{an},已知a1=1,an+1=(n=1,2,3,…),通过对n=1,2,3,4前4项的归纳,猜出其通项公式为an=.而在教材第37页中,根据多米诺骨牌游戏的原理给出证明,说明猜想是正确的,其证明步骤是什么? 自学检测 1.判断下列结论是否正确.(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)用数学归纳法证明等式时,由n=k到n=k+1的推导过程中,等式的项数不一定增加了一项. (　　) 2.用数学归纳法证明:首项是a1,公差是d的等差数列的前n项和公式是Sn=na1+d,假设当n=k时,公式成立,则Sk=(　　).　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.a1+(k-1)d B. C.ka1+d D.(k+1)a1+d 3.用数学归纳法证明:++…+>-,假设当n=k时,不等式成立,则当n=k+1时,应推证的目标不等式是　　　　　　　　.  4.用数学归纳法证明等式“1+2+3+…+(n+3)=”,第一步验证当n=1时,左边应取的项是　　　　.  【合作探究】 探究1：用数学归纳法证明等式 情境设置 　　问题:在多米诺骨牌游戏中,能使所有多米诺骨牌全部倒下的条件是什么? 新知生成 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:(1)(归纳奠基)证明当n取第一个值n0(n0∈N+)时命题成立;(2)(归纳递推)以“当n=k(k≥n0,k∈N+)时命题成立”为条件,推出“当n=k+1时命题也成立”.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.这种证明方法叫作数学归纳法. 新知运用 例1　求证:12-22+32-42+…+(2n-1)2-(2n)2=-n(2n+1)(n∈N+). 【方法总结】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;三是证明当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. 巩固训练 　　证明:1-+-+…+-=++…+(n∈N+). 探究2：用数学归纳法证明不等式 例2　已知正项数列{an}中,a1=1,an+1=1+(n∈N+),用数学归纳法证明:an<an+1(n∈N+). 方法指导　直接利用数学归纳法的证明步骤,通过n=1验证不等式成立,假设当n=k时不等式成立,证明当n=k+1时不等式也成立即可. 【方法总结】用数学归纳法证明不等式的四个关键 (1)验证第一个n的值时,要注意n0不一定为1,若n>k(k为正整数),则n0=k+1. (2)证明不等式的第二步中,从n=k到n=k+1的推导过程中,一定要用到归纳假设,因为不运用归纳假设的证明不是数学归纳法. (3)用数学归纳法证明与n有关的不等式一般有两种具体形式:一是直接给出不等式,按要求进行证明;二是给出两个式子,按要求比较它们的大小.第二种形式往往要先对n取前几个值的情况分别验证比较,以免出现判断失误,最后猜出从某个n值开始都成立的结论,用数学归纳法证明. (4)用数学归纳法证明不等式的关键是由当n=k时成立得出当n=k+1时也成立,主要方法有比较法、分析法、综合法、放缩法等. 巩固训练 用数学归纳法证明: 1+++…+<2-(n∈N+,n≥2). 探究3：“归纳—猜想—证明”问题 例3　已知数列{an}的前n项和为Sn,其中an=,且a1=. (1)求a2,a3的值; (2)猜想数列{an}的通项公式,并证明. 方法指导　(1)令n=2,3可分别求出a2,a3. (2)根据a1,a2,a3的值,找出规律,猜想an,再用数学归纳法证明. 【方法总结】“归纳—猜想—证明”的一般步骤 巩固训练 已知函数y=f(n)(n∈N+),设f(1)=2,且对任意的n1,n2∈N+,都有f(n1+n2)=f(n1)·f(n2). (1)求f(2),f(3),f(4)的值; (2)试猜想f(n)的解析式,并用数学归纳法给出证明. 【随堂检测】 1.对于不等式<n+1(n∈N+),某同学用数学归纳法证明的过程如下: (1)当n=1时,<1+1,不等式成立. (2)假设当n=k(k∈N+)时,不等式成立,即<