《高考數(shù)學(xué)大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題四 數(shù)列、推理與證明 第4講 推理與證明練習(xí) 文》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高考數(shù)學(xué)大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題四 數(shù)列、推理與證明 第4講 推理與證明練習(xí) 文(15頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第4講 推理與證明
1.(2016山東)觀察下列等式:
-2+-2=12;
-2+-2+-2+-2=23;
-2+-2+-2+…+-2=34;
-2+-2+-2+…+-2=45;
…
照此規(guī)律,-2+-2+-2+…+-2=__________.
答案 n(n+1)
解析 觀察等式右邊的規(guī)律:第1個(gè)數(shù)都是,第2個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)行數(shù)n,第3個(gè)數(shù)為n+1.
2.(2016課標(biāo)全國甲)有三張卡片,分別寫有1和2,1和3,2和3.甲,乙,丙三人各取走一張卡片,甲看了乙的卡片后說:“我與乙的卡片上相同的數(shù)字不是2”,乙看了丙的卡片后說:“我與丙的卡片上相同的數(shù)字不是1”,丙說:“我的卡片上的數(shù)字之和不是5”,則甲的卡片上的數(shù)字是________.
答案 1和3
解析 由丙說:“我的卡片上的數(shù)字之和不是5”可知,丙為“1和2”或“1和3”,又乙說“我與丙的卡片上相同的數(shù)字不是1”,所以乙只可能為“2和3”,所以由甲說“我與乙的卡片上相同的數(shù)字不是2”,所以甲只能為“1和3”.
1.以數(shù)表、數(shù)陣、圖形為背景與數(shù)列、周期性等知識(shí)相結(jié)合考查歸納推理和類比推理,多以小題形式出現(xiàn).2.直接證明和間接證明的考查主要作為證明和推理數(shù)學(xué)命題的方法,常與函數(shù)、數(shù)列及不等式等綜合命題.
熱點(diǎn)一 歸納推理
1.歸納推理是由某類事物的部分對(duì)象具有某些特征,推出該類事物的全部對(duì)象都具有這些特征的推理,或者由個(gè)別事實(shí)概括出一般結(jié)論的推理.
2.歸納推理的思維過程如下:
→→
例1 (1)古希臘畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的數(shù)學(xué)家研究過各種多邊形數(shù),如三角形數(shù)1,3,6,10,…,第n個(gè)三角形數(shù)為=n2+n,記第n個(gè)k邊形數(shù)為N(n,k)(k≥3),以下列出了部分k邊形數(shù)中第n個(gè)數(shù)的表達(dá)式:
三角形數(shù) N(n,3)=n2+n,
正方形數(shù) N(n,4)=n2,
五邊形數(shù) N(n,5)=n2-n,
六邊形數(shù) N(n,6)=2n2-n
……
可以推測N(n,k)的表達(dá)式,由此計(jì)算N(8,12)=____________.
(2)已知f(n)=1+++…+(n∈N*),經(jīng)計(jì)算得f(4)>2,f(8)>,f(16)>3,f(32)>,則有______________________.
答案 (1)288 (2)f(2n)>(n≥2,n∈N*)
解析 (1)原已知式子可化為N(n,3)=n2+n=n2+n,N(n,4)=n2=n2+n,N(n,5)=n2-n=n2+n,N(n,6)=2n2-n=n2+n,由歸納推理可得N(n,k)=n2+n,故N(8,12)=82+8=288.
(2)由題意得f(22)>,f(23)>,f(24)>,f(25)>,所以當(dāng)n≥2時(shí),有f(2n)>.
故填f(2n)>(n≥2,n∈N*).
思維升華 歸納遞推思想在解決問題時(shí),從特殊情況入手,通過觀察、分析、概括,猜想出一般性結(jié)論,然后予以證明,這一數(shù)學(xué)思想方法在解決探索性問題、存在性問題或與正整數(shù)有關(guān)的命題時(shí)有著廣泛的應(yīng)用.其思維模式是“觀察—?dú)w納—猜想—證明”,解題的關(guān)鍵在于正確的歸納猜想.
跟蹤演練1 (1)兩旅客坐火車外出旅游,希望座位連在一起,且有一個(gè)靠窗,已知火車上的座位的排法如圖所示,則下列座位號(hào)碼符合要求的應(yīng)當(dāng)是( )
A.48,49 B.62,63
C.75,76 D.84,85
(2)觀察下列等式:
1+2+3+…+n=n(n+1);
1+3+6+…+n(n+1)=n(n+1)(n+2);
1+4+10+…+n(n+1)(n+2)=n(n+1)(n+2)(n+3);
可以推測,1+5+15+…+n(n+1)(n+2)(n+3)=________.
答案 (1)D (2)n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)
解析 (1)由已知圖形中座位的排列順序,可得:被5除余1的數(shù)和能被5整除的座位號(hào)臨窗,由于兩旅客希望座位連在一起,且有一個(gè)靠窗,分析答案中的4組座位號(hào),只有D符合條件.
(2)觀察所給等式的左側(cè)和右側(cè)并歸納推理,可以得到答案.
熱點(diǎn)二 類比推理
1.類比推理是由兩類對(duì)象具有某些類似特征和其中一類對(duì)象的某些已知特征,推出另一類對(duì)象也具有這些特征的推理.
2.類比推理的思維過程如下:
→→
例2 (1)已知結(jié)論:“在正△ABC中,若D是邊BC的中點(diǎn),G是△ABC的重心,則=2”.若把該結(jié)論推廣到空間,則有結(jié)論:“在棱長都相等的四面體A—BCD中,若△BCD的中心為M,四面體內(nèi)部一點(diǎn)O到四面體各面的距離都相等”,則等于( )
A.1 B.2 C.3 D.4
(2)在平面直角坐標(biāo)系中,△ABC的頂點(diǎn)A,B分別是離心率為e的圓錐曲線+=1的焦點(diǎn),頂點(diǎn)C在該曲線上.一同學(xué)已正確地推得:當(dāng)m>n>0時(shí),有e(sin A+sin B)=sin C.類似地,當(dāng)m>0,n<0時(shí),有e(________)=sin C.
答案 (1)C (2)|sin A-sin B|
解析 (1)如圖,設(shè)正四面體的棱長為1,則易知其高AM=,此時(shí)易知點(diǎn)O即為正四面體內(nèi)切球的球心,設(shè)其半徑為r,利用等積法有4r=?r=,故AO=AM-MO=-=,
故AO∶OM=∶=3∶1.
(2)設(shè)△ABC中角A,B,C所對(duì)的邊長分別為a,b,c.
∵△ABC的頂點(diǎn)A,B分別是離心率為e的圓錐曲線+=1的焦點(diǎn),頂點(diǎn)C在該曲線上,∴m>0>n時(shí),曲線是雙曲線,離心率e=.
由雙曲線定義得|b-a|=2,得e|b-a|=c.
由正弦定理,得e|sin A-sin B|=sin C.
思維升華 類比推理是合情推理中的一類重要推理,強(qiáng)調(diào)的是兩類事物之間的相似性,有共同要素是產(chǎn)生類比遷移的客觀因素,類比可以由概念性質(zhì)上的相似性引起,如等差數(shù)列與等比數(shù)列的類比,也可以由解題方法上的類似引起.當(dāng)然首先是在某些方面有一定的共性,才能有方法上的類比.
跟蹤演練2 (1)若等差數(shù)列{an}的首項(xiàng)為a1,公差為d,前n項(xiàng)和為Sn,則數(shù)列{}為等差數(shù)列,且通項(xiàng)為=a1+(n-1).類似地,請(qǐng)完成下列命題:若各項(xiàng)均為正數(shù)的等比數(shù)列{bn}的首項(xiàng)為b1,公比為q,前n項(xiàng)積為Tn,則數(shù)列________為等比數(shù)列,通項(xiàng)為______.
(2)若點(diǎn)P0(x0,y0)在橢圓+=1(a>b>0)外,過點(diǎn)P0作該橢圓的兩條切線,切點(diǎn)分別為P1,P2,則切點(diǎn)弦P1P2所在直線的方程為+=1.那么對(duì)于雙曲線-=1(a>0,b>0),類似地,可以得到切點(diǎn)弦所在直線的方程為____________________.
答案 (1){} =b1()n-1
(2)-=1
解析 (1)因?yàn)樵诘炔顢?shù)列{an}中前n項(xiàng)和為Sn,且寫成了=a1+(n-1),所以在等比數(shù)列{bn}中應(yīng)研究前n項(xiàng)積Tn開n次方的形式.等差數(shù)列中的求和類比等比數(shù)列中的乘積,類比可得:數(shù)列{}為等比數(shù)列,通項(xiàng)為=b1()n-1.
(2)設(shè)P1(x1,y1),P2(x2,y2),P0(x0,y0),則過點(diǎn)P1,P2的切線的方程分別為-=1,-=1.因?yàn)镻0(x0,y0)在這兩條切線上,所以-=1,-=1,這說明P1(x1,y1),P2(x2,y2)都在直線-=1上,故切點(diǎn)弦P1P2所在直線的方程為-=1.
熱點(diǎn)三 直接證明和間接證明
直接證明的常用方法有綜合法和分析法,綜合法由因?qū)Ч?,而分析法則是執(zhí)果索因,反證法是反設(shè)結(jié)論導(dǎo)出矛盾的證明方法.
例3 已知{an}是正數(shù)組成的數(shù)列,a1=1,且點(diǎn)(,an+1) (n∈N*)在函數(shù)y=x2+1的圖象上.
(1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(2)若數(shù)列{bn}滿足b1=1,bn+1=bn+2an,求證:bnbn+2
0,公差d>0.
①若a1=1,d=2,且,,成等比數(shù)列,求整數(shù)m的值;
②求證:對(duì)任意正整數(shù)n,,,都不成等差數(shù)列.
①解 ∵a1=1,d=2,∴a4=7,am=2m-1.
∵,,成等比數(shù)列,
∴()2=,∴(2m-1)2=492.
∵a1>0,d>0,∴m=25.
②證明 假設(shè)存在m∈N*,使,,成等差數(shù)列,即=+,
∴=+
=,
化簡,得d2=3a.
又a1>0,d>0,∴am+1=a1+md>d,
∴3a>3d2>d2,與d2=3a矛盾,因此假設(shè)不成立,故原命題得證.
1.將正整數(shù)作如下分組:
(1),
(2,3),
(4,5,6),
(7,8,9,10),
(11,12,13,14,15),
(16,17,18,19,20,21),
(22,23,24,25,26,27,28),
…
分別計(jì)算各組包含的正整數(shù)的和,如下所示:
S1=1,
S2=2+3=5,
S3=4+5+6=15,
S4=7+8+9+10=34,
S5=11+12+13+14+15=65,
S6=16+17+18+19+20+21=111,
S7=22+23+24+25+26+27+28=175,
…
試猜測S1+S3+S5+…+S2 015=________.
押題依據(jù) 數(shù)表(陣)是高考命題的常見類型,本題以三角形數(shù)表中對(duì)應(yīng)的各組包含的正整數(shù)的和的計(jì)算為依托,圍繞簡單的計(jì)算、歸納猜想的應(yīng)用等,考查考生歸納猜想能力以及對(duì)邏輯推理證明步驟的掌握程度.
答案 1 0084
解析 由題意知,當(dāng)n=1時(shí),S1=1=14;
當(dāng)n=2時(shí),S1+S3=16=24;
當(dāng)n=3時(shí),S1+S3+S5=81=34;
當(dāng)n=4時(shí),S1+S3+S5+S7=256=44;
……
猜想:S1+S3+S5+…+S2n-1=n4.
∴S1+S3+S5+…+S2 015=1 0084.
2.已知下列不等式:x+≥2,x+≥3,x+≥4,…,則第n個(gè)不等式為________________.
押題依據(jù) 根據(jù)n個(gè)等式或不等式歸納猜想一般規(guī)律的式子是近幾年高考熱點(diǎn),相對(duì)而言,歸納推理在高考中出現(xiàn)的機(jī)率較大.
答案 x+≥n+1
解析 已知所給不等式的左邊第一個(gè)式子都是x,不同之處在于第二個(gè)式子,當(dāng)n=1時(shí),為;當(dāng)n=2時(shí),為;當(dāng)n=3時(shí),為;……
顯然式子中的分子與分母是對(duì)應(yīng)的,分母為xn,分子是nn,
所以不等式左邊的式子為x+,
顯然不等式右邊的式子為n+1,
所以第n個(gè)不等式為x+≥n+1.
3.設(shè)數(shù)列{an}是公比為q的等比數(shù)列,Sn是它的前n項(xiàng)和,證明:數(shù)列{Sn}不是等比數(shù)列.
押題依據(jù) 反證法是一種重要的證明方法,對(duì)含“至多”“至少”等詞語的命題用反證法十分有效,近幾年高考時(shí)有涉及.
證明 假設(shè){Sn}是等比數(shù)列,則S=S1S3,
即a(1+q)2=a1a1(1+q+q2).
因?yàn)閍1≠0,所以(1+q)2=1+q+q2,即q=0,這與q≠0矛盾,故{Sn}不是等比數(shù)列.
A組 專題通關(guān)
1.下列三句話按“三段論”模式排列順序正確的是( )
①y=cos x(x∈R)是三角函數(shù);②三角函數(shù)是周期函數(shù);③y=cos x(x∈R)是周期函數(shù).
A.①②③ B.②①③
C.②③① D.③②①
答案 B
解析 根據(jù)“三段論”:“大前提”?“小前提”?“結(jié)論”可知:①y=cos x(x∈R)是三角函數(shù)是“小前提”;②三角函數(shù)是周期函數(shù)是“大前提”;③y=cos x(x∈R)是周期函數(shù)“結(jié)論”.故“三段論”模式排列順序?yàn)棰冖佗?故選B.
2.設(shè)a,b,c∈(-∞,0),則a+,b+,c+( )
A.都不大于-2
B.都不小于-2
C.至少有一個(gè)不大于-2
D.至少有一個(gè)不小于-2
答案 C
解析 假設(shè)a+,b+,c+都大于-2,
即a+>-2,b+>-2,c+>-2,
將三式相加,得a++b++c+>-6,
又因?yàn)閍+≤-2,b+≤-2,c+≤-2,
所以a++b++c+≤-6,
所以假設(shè)不成立,故選C.
3.分析法又稱執(zhí)果索因法,若用分析法證明:“設(shè)a>b>c,且a+b+c=0,求證0 B.a(chǎn)-c>0
C.(a-b)(a-c)>0 D.(a-b)(a-c)<0
答案 C
解析 由a>b>c,且a+b+c=0可得b=-a-c,a>0,c<0.要證0,即證a(a-c)+(a+c)(a-c)>0,即證a(a-c)-b(a-c)>0,即證(a-c)(a-b)>0.故求證“0,故選C.
4.某珠寶店丟了一件珍貴珠寶,以下四人中只有一個(gè)人說了真話,只有一人偷了珠寶.甲:我沒有偷;乙:丙是小偷;丙:丁是小偷;?。何覜]有偷.根據(jù)以上條件,可以判斷偷珠寶的人是( )
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
答案 A
解析 假如甲說了真話,則乙、丙、丁都說了假話,那么丙不是小偷,丁不是小偷,丁偷了珠寶,顯然矛盾,故甲說了假話,即甲是小偷,故選A.
5.設(shè)a,b∈R,定義:M(a,b)=,m(a,b)=,則下列式子錯(cuò)誤的是( )
A.M(a,b)+m(a,b)=a+b
B.m(|a+b|,|a-b|)=|a|-|b|
C.M(|a+b|,|a-b|)=|a|+|b|
D.m(M(a,b),m(a,b))=m(a,b)
答案 B
解析 ∵M(jìn)(a,b)=m(a,b)=
∴m(M(a,b),m(a,b))=m(a,b),D正確;
M(a,b)+m(a,b)=a+b,A正確;
m(|a+b|,|a-b|)=
=B錯(cuò)誤;
M(|a+b|,|a-b|)=
=C正確.
故選B.
6.如圖,在單位圓中,用三角形的重心公式G(,)研究內(nèi)接正三角形ABC(點(diǎn)A在x軸上),有結(jié)論:cos 0+cos +cos =0.有位同學(xué),把正三角形ABC按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)α角,這時(shí),可以得到的一個(gè)結(jié)論是____________________________.
答案 cos α+cos(+α)+cos(+α)=0
解析 在把正三角形ABC按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)α角的過程中,三個(gè)角始終相差,所以得到cos α+cos(+α)+cos(+α)=0.
7.宋元時(shí)期杰出的數(shù)學(xué)家朱世杰在其數(shù)學(xué)巨著《四元玉鑒》卷中“茭草形段”第一個(gè)問題“今有茭草六百八十束,欲令‘落一形’埵(同垛)之.問底子(每層三角形邊茭草束數(shù),等價(jià)于層數(shù))幾何?”中探討了“垛枳術(shù)”中的落一形垛(“落一形”即是指頂上1束,下一層3束,再下一層6束,……,成三角錐的堆垛,故也稱三角垛,如圖,表示第二層開始的每層茭草束數(shù)),則本問題中三角垛底層茭草總束數(shù)為________.
答案 120
解析 由題意,第n層茭草束數(shù)為
1+2+…+n=,
∴1+3+6+…+=680,
即為[n(n+1)(2n+1)+n(n+1)]
=n(n+1)(n+2)=680,
即有n(n+1)(n+2)=151617,
∴n=15,∴=120.
8.如果函數(shù)f(x)在區(qū)間D上是凸函數(shù),那么對(duì)于區(qū)間D內(nèi)的任意x1,x2,…,xn,都有≤f().若y=sin x在區(qū)間(0,π)上是凸函數(shù),那么在△ABC中,sin A+sin B+sin C的最大值是________.
答案
解析 由題意知,凸函數(shù)滿足
≤f(),
又y=sin x在區(qū)間(0,π)上是凸函數(shù),
則sin A+sin B+sin C≤3sin=3sin=.
9.某同學(xué)在一次研究性學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn),以下五個(gè)式子的值都等于同一個(gè)常數(shù):
①sin213+cos217-sin 13cos 17;
②sin215+cos215-sin 15cos 15;
③sin218+cos212-sin 18cos 12;
④sin2(-18)+cos248-sin(-18)cos 48;
⑤sin2(-25)+cos255-sin(-25)cos 55.
(1)試從上述五個(gè)式子中選擇一個(gè),求出這個(gè)常數(shù);
(2)根據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果,將該同學(xué)的發(fā)現(xiàn)推廣為三角恒等式,并證明你的結(jié)論.
解 方法一 (1)選擇②式,計(jì)算如下:
sin215+cos215-sin 15cos 15
=1-sin 30=1-=.
(2)三角恒等式為
sin2α+cos2(30-α)-sin αcos(30-α)=.
證明如下:
sin2α+cos2(30-α)-sin αcos(30-α)
=sin2α+(cos 30cos α+sin 30sin α)2
-sin α(cos 30cos α+sin 30sin α)
=sin2α+cos2α+sin αcos α+sin2α-sin αcos α-sin2α=sin2α+cos2α=.
方法二 (1)同方法一.
(2)三角恒等式為sin2α+cos2(30-α)-sin αcos(30-α)=.
證明如下:
sin2α+cos2(30-α)-sin αcos(30-α)
=+-sin α(cos 30cos α+sin 30sin α)
=-cos 2α++(cos 60cos 2α+sin 60sin 2α)-sin αcos α-sin2α
=-cos 2α++cos 2α+sin 2α-sin 2α-(1-cos 2α)
=1-cos 2α-+cos 2α=.
10.已知a,b,m為非零實(shí)數(shù),且a2+b2+2-m=0,++1-2m=0.
(1)求證:+≥;
(2)求證:m≥.
證明 (1)(分析法)要證+≥成立,
只需證(+)(a2+b2)≥9,
即證1+4++≥9,
即證+≥4.
根據(jù)基本不等式,有+≥2 =4成立,
所以原不等式成立.
(2)(綜合法)因?yàn)閍2+b2=m-2,+=2m-1,
由(1),知(m-2)(2m-1)≥9,即2m2-5m-7≥0,
解得m≤-1或m≥.又因?yàn)閍2+b2=m-2>0.
所以m>2,故m≤-1舍去,所以m≥.
B組 能力提高
11.已知正方形ABCD的邊長是a,依次連接正方形ABCD各邊中點(diǎn)得到一個(gè)新的正方形,再依次連接新正方形各邊中點(diǎn)又得到一個(gè)新的正方形,由此規(guī)律,依次得到一系列的正方形,如圖所示.現(xiàn)有一只小蟲從A點(diǎn)出發(fā),沿正方形的邊逆時(shí)針方向爬行,每遇到新正方形的頂點(diǎn)時(shí),沿這個(gè)正方形的邊逆時(shí)針方向爬行,如此下去,爬行了10條線段.則這10條線段長度的平方和是( )
A.a2 B.a2
C.a2 D.a2
答案 A
解析 由題意可知,這只小蟲爬行的第一條線段長度的平方為a=(a)2=a2,第二條線段長度的平方為a=(a)2=a2,第三條線段長度的平方為a=(a)2=a2,…,從而可知,小蟲爬行的線段長度的平方可以構(gòu)成以a=a2為首項(xiàng),為公比的等比數(shù)列,所以該數(shù)列的前10項(xiàng)和為S10==.故選A.
12.對(duì)大于1的自然數(shù)m的三次冪可用奇數(shù)進(jìn)行以下方式的“分裂”:23,33,43,….仿此,若m3的“分裂數(shù)”中有一個(gè)是59,則m的值為________.
答案 8
解析 由已知可觀察出m3可分裂為m個(gè)連續(xù)奇數(shù),最小的一個(gè)為(m-1)m+1.當(dāng)m=8時(shí),最小的數(shù)為57,第二個(gè)便是59.∴m=8.
13.如圖(1),已知O是△ABC內(nèi)任意一點(diǎn),連接AO,BO,CO并延長交對(duì)邊分別于點(diǎn)A′,B′,C′,則++=1.這是平面幾何中的一道題,其證明常采用“面積法”:++=++==1.請(qǐng)運(yùn)用類比思想,如圖(2)所示,在空間四面體V—BCD中,任取一點(diǎn)O,連接VO,DO,BO,CO并延長分別交四個(gè)面于點(diǎn)E,F(xiàn),G,H,用“體積法”可得的類似結(jié)論為________________.
答案?。?
解析 利用類比推理,面積類比體積.
14.蜜蜂被認(rèn)為是自然界中最杰出的建筑師,單個(gè)蜂巢可以近似地看作是一個(gè)正六邊形,如圖為一組蜂巢的截面圖.其中第一個(gè)圖有1個(gè)蜂巢,第二個(gè)圖有7個(gè)蜂巢,第三個(gè)圖有19個(gè)蜂巢,按此規(guī)律,以f(n)表示第n個(gè)圖的蜂巢總數(shù).
(1)試給出f(4),f(5)的值,并求f(n)的表達(dá)式(不要求證明);
(2)證明:+++…+<.
(1)解 f(4)=37,f(5)=61.
由于f(2)-f(1)=7-1=6,
f(3)-f(2)=19-7=26,
f(4)-f(3)=37-19=36,
f(5)-f(4)=61-37=46,…
因此,當(dāng)n≥2時(shí),有f(n)-f(n-1)=6(n-1),
所以f(n)=[f(n)-f(n-1)]+[f(n-1)-f(n-2)]+…+[f(2)-f(1)]+f(1)
=6[(n-1)+(n+2)+…+2+1]+1=3n2-3n+1.
又f(1)=1=312-31+1,
所以f(n)=3n2-3n+1.
(2)證明 當(dāng)k≥2時(shí),
=<=(-).
所以+++…+<1+[(1-)+(-)+…+(-)]
=1+(1-)<1+=.
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