数学归纳法的应用

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  [摘 要]数学归纳法是一个常用的数学工具,在猜想证明的数学问题上表现出了它的强大作用。在教学中,教师可以将它用于整除问题、证明恒等式问题和不等式问题。
  [关键词]归纳法;数学;应用
  数学归纳法是证明与自然数有关的命题的一种方法,应用广泛。在最近几年的高考试卷中体现的特别明显,以下通过几道高考试题来谈一谈数学归纳法的应用。
  一、用数学归纳法证明整除问题
  用数学归纳法证明整除问题时,首先要从要证的式子中拼凑出假设成立的式子,然后证明剩余的式子也能被某式(数)整除,这是数学归纳法证明问题的一大技巧。
  〔例1〕 求证:5个连续自然数的积能被120整除。
  证明:
  1.当n=1时1×2×3×4×5=120,能被120整除,原命题成立。
  2.假设当n=k时原命题成立,则当n=k+1时
  (k+1)(k+2)(k+3)(k+4)(k+5)
  =k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)+5(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)
  因为k(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)是120的倍数,
  只需证5(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)是120的倍数,
  即欲证(k+1)(k+2)(k+3)(k+4)是24的倍数,四个数中两奇两偶,一定有4的倍数,3的倍数,还有另一个偶数,所以一定能被4×2×3=24整除。即当n=k+1时原命题成立。
  所以,综合1、2,原命题对任何自然数成立。
  二、用数学归纳法证明恒等式问题
  对于证明恒等的问题,在由证等式也成立时,应及时把结论和推导过程对比,也就是我们通常所说的两边凑的方法,以减小计算的复杂程度,从而发现所要证明的式子,使问题的证明有目的性。
  〔例2〕 是否存在常数a,b,c,使得等式
  1·22+2·32+n·(n+1)2=■(an2+bn+c)对一切自然数n成立?并证明你的结论。
  解:假设存在a,b,c,使得题设的等式成立,则当n=1,2,3时也成立,代入得
  4=■(a+b+c)22=■(4a+2b+c)70=9a+3b+c
  解得a=3,b=11,c=10,于是对n=1,2,3,下面等式成立:
  1·22+2·32+n·(n+1)2=■(3n2+11n+10)
  令Sn=1·22+2·32+…+n·(n+1)2
  假设n=k时上式成立,即Sk=■(3n2+11k+10)
  那么Sk+1=Sk+(k+1)(k+2)2
  =■(3k2+11k+10)+(k+1)(k+2)2
  =■(k+2)+(3k+5)+(k+1)(k+2)2
  =■(3k2+5k+12k+10)
  =■[3(k+1)2+11(k+1)+10]
  这就是说,等式当n=k+1时也成立。
  综上所述,当a=3,b=11,c=10时,题设的等式对一切自然数n都成立。
  三、用数学归纳法证明不等式问题
  用数学归纳法证明一些与有关的不等式时,推导“n=k+1”时成立,有时要进行一些简单的放缩,有时还要用到一些其他的证明不等式的方法,如比较法、综合法、分析法、反证法等等。
  数学归纳法的运用是非常广泛的,它在猜想证明中的作用是非常明显的。
  责任编辑 一 觉
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