选择性必修 第二册 · 人教A版
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6 数学归纳法_第1课时

免费读1257字2024-07-20

  老师:同学们好,我是北京市广群门中学数学教师杨若晨。之前我们学习了等差数列和等比数列,其中等差数列的通项公式是an等于首项A1加上n减一倍的公差d。我们当时用归纳的方法得出了这一结论,但是并未给出严格的数学证明。那么对于这类与正整数n有关的数学命题,我们该如何证明它对每个正整数都成立?为了解决这一问题,我们本节课就介绍一种重要的证明方法,数学归纳法。

  老师:我们先来看这个问题,已知一个数列满足首项等于1,a,n加1=2减an分之一,其中n属于正整数级。请计算第2项、第3项、第4项,猜想其通项公式,并证明你的猜想。我们对这类问题并不陌生,已知反应相邻两项关系的递推公式,又已知首项,那么我们就可以求出这个数列的每一项。我们令n等于一,就有A2等于2,减a1/1,然后我们把A1等于一代入,就可求得A2等于一。我们在令n等于2,就有A3等于2,减a1/2,我们再把刚刚求出的A2等于一代入,就可求得A3也等于1。同理,我们再令n等于3,就有A4也等于1。看上去这个数列的每一项都等于1。因此我们可以猜想该数列的通项公式就是a,n等于一,其中n属于正整数级。

  老师:那么该如何证明这个猜想?可能你会说,从n等于5开始,一个往后验证不就行了吗?一般的涉及正整数n的命题,当n较小时,我们可以逐一验证,但当n较大时,验证起来就会很麻烦。尤其是这里,我们要证明n举所有正整数时,命题都成立。这是一个无限的问题。逐一验证是不可能的,我们用常规方法无法解决。因此,我们很有必要寻求一种新的方法,这种方法能让我们通过有限个步骤的推理,证明n取所有正整数时,命题都成立。

  老师:为了更好地认识这种方法,我们先从多米弄骨牌游戏说起。这里有若干块骨牌,码放的时候要注意相邻两块骨牌之间的距离,要保证若前一块骨牌倒下,那么后一块骨牌一定能够倒下。这样,只要我们推倒第一块骨牌,那么后面无论有多少块骨牌都能全部倒下。通过观察,你能归纳出使所有多米诺骨牌全部倒下的条件是什么吗?不难得出使所有骨牌都能倒下的条件有两个,第一块骨牌倒下,且任意相邻的两块骨牌前一块倒下,一定导致后一块倒下。我们来分别分析一下这两个条件。首先,条件一的作用是什么呢?如果第一块骨牌不倒下,就这么放着,那么后面的骨牌自然也不会倒下。所以第一块骨牌岛下为所有骨牌岛下提供了基础,这个条件必不可少。那条件2的作用又是什么呢?试想,若骨牌的间距过大,导致前一块骨牌无法推倒后一块骨牌,那么我们自然就不能使所有骨牌全部倒下。条件2实际上是提供了一个递推关系,DK快股牌导下能推出DK加一块股牌导下。假设有无限多块骨牌,那么可以想象前一块推倒后一块的步骤将永远进行下去。也就是说,无论有多少块骨牌,只要能够保证这两个条件成立,那么所有的骨牌一定可以全部倒下,这就是骨牌原理。

  老师:那你认为我们证明前面的这个猜想与多米诺骨牌游戏有相似性

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