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在历年高考中,证明方法是常考内容,考查的主要方式是对其原理的理解和用法,难度多为中、高档题. 从考查的形式上看,主要以不等式、立体几何、解析几何、函数与方程、数列等知识为载体,考查综合法、分析法和反证法等方法. 下面举例说明,供同学们参考.
综合法
高考的热点问题,也是必考问题之一. 通常在解答题中某一问出现,一般为中、高档题,高考对综合法的考查常有以下三个命题角度:(1)三角函数、数列证明题;(2)几何证明题;(3)与函数、方程、不等式结合的证明题.
例1 (1)设数列[{an}]的各项都为正数,其前[n]项和为[Sn],已知对任意[n∈N*,][Sn]是[a2n]和[an]的等差中项.
①证明数列[{an}]为等差数列,并求数列[{an}]的通项公式;
②证明:[1S1+1S2+…+1Sn<2].
(2)设[f(x)=lnx+x-1,]证明:当[x>1]时,[f(x)<][32(x-1).]
解析 (1)①由已知得,[2Sn=a2n+an,]且[an>0.]
当[n=1]时,[2a1=a21+a1,]解得[a1=1][(a1=0舍去).]
当[n≥2]时,有[2Sn-1=a2n-1+an-1.]
于是[2Sn-2Sn-1=a2n-a2n-1+an-an-1,]
即[2an=a2n-a2n-1+an-an-1].
于是[a2n-a2n-1=an+an-1,]
即[(an+an-1)(an-an-1)=an+an-1.]
因为[an+an-1>0,]所以[an-an-1=1(n≥2).]
故数列[{an}]是首项为1,公差为1的等差数列,
所以数列[{an}]的通项公式为[an=n.]
②证明:因为[an=n,]所以[Sn=n(n+1)2,]
则[1Sn=2n(n+1)=21n-1n+1,]
所以[1S1+1S2+…+1Sn]
[=21-12+12-13+…+1n-1n+1]
[=21-1n+1<2].
(2)证明:法一:记[g(x)=lnx+x-1-32(x-1),]
则当[x>1]时,[g(x)=1x+12x-32<0].
又[g(1)=0,]所以[g(x)<0,]即[f(x)<32(x-1).]
法二:由均值不等式知,当[x>1]时,[2x 故[x 令[k(x)=ln x-x+1,]则[k(1)=0,k(x)=1x-1<0,]
故[k(x)<0,]即[ln x 由①②得,当[x>1]时,[f(x)<32(x-1)].
点拨 (1)综合法是“由因导果”,它是从已知条件出发,顺着推证,经过一系列的中间推理,最后导出所证结论的真实性. 用综合法证明时的逻辑关系是:[A?B1?B2?…?Bn?B]([A]为已知条件或数学定义、定理、公理,[B]为要证结论),它的常见书面表达是“∵,∴”或“?”;(2)利用综合法证不等式时,是以基本不等式为基础,以不等式的性质为依据,进行推理论证的.因此,关键是找到与要证结论相匹配的基本不等式及其不等式的性质.
分析法
分析法的思路是逆向思维,用分析法证题必须从结论出发,逆向分析,寻找结论成立的充分条件.应用分析法证明问题时要严格按分析法的语言表达,下一步是上一步的充分条件.
例2 分析法又称执果索因法,若用分析法证明“设[a>b>c,]且[a+b+c=0,]求证:[b2-ac<3a]”索的因应是( )
A. [a-b>0] B. [a-c>0]
C. [(a-b)(a-c)>0] D. [(a-b)(a-c)<0]
解析 [b2-ac<3a?b2-ac<3a2,]
[?(a+c)2-ac<3a2?a2+2ac+c2-ac-3a2<0,]
[?-2a2+ac+c2<0?2a2-ac-c2>0,]
[?(a-c)(2a+c)>0?(a-c)(a-b)>0].
答案 C
例3 已知[n≥0,]试用分析法证明:[n+2-n+1][ 证明 要证原不等式成立,需证[n+2+n<2n+1,]
只需证[(n+2+n)2<(2n+1)2],只需证[n+1>][n2+2n],
只需证[(n+1)2>n2+2n,]即[n2+2n+1>n2+2n,]
只需证[1>0,]显然成立,
所以原不等式成立.
点拨 当要证的不等式较复杂、两端差异难以消除或者已知条件信息量太少、已知与待证间的联系不明显时,一般可采用分析法. 分析法解决问题的关键:逆向思考是用分析法证题的主要思想,通过反推,逐步寻找结论成立的充分条件,注意把握转化方向.
反证法
反证法证题的实质是证明它的逆否命题成立. 反证法的主要依据是逻辑中的排中律,排中律的一般形式是:或者是[A],或者是非[A],即在同一讨论过程中,[A]和非[A]有且仅有一个是正确的,不能有第三种情况出现.
例4 用反证法证明命题:“设[a,b]为实数,则方程[x3+ax+b=0]至少有一个实根”时,要做的假设是( )
A. 方程[x3+ax+b=0]没有实根
B. 方程[x3+ax+b=0]至多有一个实根 C. 方程[x3+ax+b=0]至多有两个实根
D. 方程[x3+ax+b=0]恰好有两个实根
解析 依据反证法的要求,即至少有一个的反面是一个也没有,直接写出命题的否定. 方程[x3+ax+b=0]至少有一个实根的反面是方程[x3+ax+b=0]没有实根.
答案 A
例5 设[a,b]是两个实数,给出下列条件:①[a+b>1;]②[a+b=2;]③[a+b>2;]④[a2+b2>2;]⑤[ab>1].其中能推出:“[a,b]中至少有一个大于1”的条件是 .(填序号)
解析 若[a=12,b=23,]则[a+b>1,]但[a<1,b<1,]故①推不出;
若[a=b=1,]则[a+b=2,]故②推不出;
若[a=-2,b=-3,]则[a2+b2>2,]故④推不出;
若[a=-2,b=-3,]则[ab>1,]故⑤推不出;
对于③,即[a+b>2,]则[a,b]中至少有一个大于1,
反证法:假设[a≤1]且[b≤1,]则[a+b≤2]与[a+b>2]矛盾,因此假设不成立,故[a,b]中至少有一个大于1.
答案 ③
点拨 否定性命题,惟一性命题,至多、至少型命题,或直接从正面入手难以寻觅解题突破口的问题,宜考虑采用反证法. 注意:推导出的矛盾可能多种多样,但必须是明显的. 有的与已知条件矛盾,有的与已有公理、定理、定义矛盾,有的与假设矛盾等.
练 习
1. 已知数列[{An}:a1,a2,…,an.]如果数列[{Bn}:b1,][b2,…,bn]满足[b1=an,][bk=ak-1+ak-bk-1,]其中[k=2,3,…,n,]则称[{Bn}]为[{An}]的“衍生数列”.
(1)写出数列[{A4}:2,1,4,5]的“衍生数列”[{B4}].
(2)若[n]为偶数,且[{An}]的“衍生数列”是[{Bn},]证明:[bn=a1].
(3)若[n]为奇数,且[{An}]的“衍生数列”是[{Bn},][{Bn},]的“衍生数列”是[{Cn},]…,依次将数列[{An},{Bn},{Cn},…]首项取出,构成数列[{Ω}:a1,b1,c1,…,]证明:[{Ω}]是等差数列.
2. (1)如果[a,b]都是正数,且[a≠b,]求证:[a6+b6>a4b2+a2b4.]
(2)设[a,b,c]为[△ABC]的三条边,求证:[(a+b+c)2][<4(ab+bc+ca).]
综合法
高考的热点问题,也是必考问题之一. 通常在解答题中某一问出现,一般为中、高档题,高考对综合法的考查常有以下三个命题角度:(1)三角函数、数列证明题;(2)几何证明题;(3)与函数、方程、不等式结合的证明题.
例1 (1)设数列[{an}]的各项都为正数,其前[n]项和为[Sn],已知对任意[n∈N*,][Sn]是[a2n]和[an]的等差中项.
①证明数列[{an}]为等差数列,并求数列[{an}]的通项公式;
②证明:[1S1+1S2+…+1Sn<2].
(2)设[f(x)=lnx+x-1,]证明:当[x>1]时,[f(x)<][32(x-1).]
解析 (1)①由已知得,[2Sn=a2n+an,]且[an>0.]
当[n=1]时,[2a1=a21+a1,]解得[a1=1][(a1=0舍去).]
当[n≥2]时,有[2Sn-1=a2n-1+an-1.]
于是[2Sn-2Sn-1=a2n-a2n-1+an-an-1,]
即[2an=a2n-a2n-1+an-an-1].
于是[a2n-a2n-1=an+an-1,]
即[(an+an-1)(an-an-1)=an+an-1.]
因为[an+an-1>0,]所以[an-an-1=1(n≥2).]
故数列[{an}]是首项为1,公差为1的等差数列,
所以数列[{an}]的通项公式为[an=n.]
②证明:因为[an=n,]所以[Sn=n(n+1)2,]
则[1Sn=2n(n+1)=21n-1n+1,]
所以[1S1+1S2+…+1Sn]
[=21-12+12-13+…+1n-1n+1]
[=21-1n+1<2].
(2)证明:法一:记[g(x)=lnx+x-1-32(x-1),]
则当[x>1]时,[g(x)=1x+12x-32<0].
又[g(1)=0,]所以[g(x)<0,]即[f(x)<32(x-1).]
法二:由均值不等式知,当[x>1]时,[2x
故[k(x)<0,]即[ln x
点拨 (1)综合法是“由因导果”,它是从已知条件出发,顺着推证,经过一系列的中间推理,最后导出所证结论的真实性. 用综合法证明时的逻辑关系是:[A?B1?B2?…?Bn?B]([A]为已知条件或数学定义、定理、公理,[B]为要证结论),它的常见书面表达是“∵,∴”或“?”;(2)利用综合法证不等式时,是以基本不等式为基础,以不等式的性质为依据,进行推理论证的.因此,关键是找到与要证结论相匹配的基本不等式及其不等式的性质.
分析法
分析法的思路是逆向思维,用分析法证题必须从结论出发,逆向分析,寻找结论成立的充分条件.应用分析法证明问题时要严格按分析法的语言表达,下一步是上一步的充分条件.
例2 分析法又称执果索因法,若用分析法证明“设[a>b>c,]且[a+b+c=0,]求证:[b2-ac<3a]”索的因应是( )
A. [a-b>0] B. [a-c>0]
C. [(a-b)(a-c)>0] D. [(a-b)(a-c)<0]
解析 [b2-ac<3a?b2-ac<3a2,]
[?(a+c)2-ac<3a2?a2+2ac+c2-ac-3a2<0,]
[?-2a2+ac+c2<0?2a2-ac-c2>0,]
[?(a-c)(2a+c)>0?(a-c)(a-b)>0].
答案 C
例3 已知[n≥0,]试用分析法证明:[n+2-n+1][
只需证[(n+2+n)2<(2n+1)2],只需证[n+1>][n2+2n],
只需证[(n+1)2>n2+2n,]即[n2+2n+1>n2+2n,]
只需证[1>0,]显然成立,
所以原不等式成立.
点拨 当要证的不等式较复杂、两端差异难以消除或者已知条件信息量太少、已知与待证间的联系不明显时,一般可采用分析法. 分析法解决问题的关键:逆向思考是用分析法证题的主要思想,通过反推,逐步寻找结论成立的充分条件,注意把握转化方向.
反证法
反证法证题的实质是证明它的逆否命题成立. 反证法的主要依据是逻辑中的排中律,排中律的一般形式是:或者是[A],或者是非[A],即在同一讨论过程中,[A]和非[A]有且仅有一个是正确的,不能有第三种情况出现.
例4 用反证法证明命题:“设[a,b]为实数,则方程[x3+ax+b=0]至少有一个实根”时,要做的假设是( )
A. 方程[x3+ax+b=0]没有实根
B. 方程[x3+ax+b=0]至多有一个实根 C. 方程[x3+ax+b=0]至多有两个实根
D. 方程[x3+ax+b=0]恰好有两个实根
解析 依据反证法的要求,即至少有一个的反面是一个也没有,直接写出命题的否定. 方程[x3+ax+b=0]至少有一个实根的反面是方程[x3+ax+b=0]没有实根.
答案 A
例5 设[a,b]是两个实数,给出下列条件:①[a+b>1;]②[a+b=2;]③[a+b>2;]④[a2+b2>2;]⑤[ab>1].其中能推出:“[a,b]中至少有一个大于1”的条件是 .(填序号)
解析 若[a=12,b=23,]则[a+b>1,]但[a<1,b<1,]故①推不出;
若[a=b=1,]则[a+b=2,]故②推不出;
若[a=-2,b=-3,]则[a2+b2>2,]故④推不出;
若[a=-2,b=-3,]则[ab>1,]故⑤推不出;
对于③,即[a+b>2,]则[a,b]中至少有一个大于1,
反证法:假设[a≤1]且[b≤1,]则[a+b≤2]与[a+b>2]矛盾,因此假设不成立,故[a,b]中至少有一个大于1.
答案 ③
点拨 否定性命题,惟一性命题,至多、至少型命题,或直接从正面入手难以寻觅解题突破口的问题,宜考虑采用反证法. 注意:推导出的矛盾可能多种多样,但必须是明显的. 有的与已知条件矛盾,有的与已有公理、定理、定义矛盾,有的与假设矛盾等.
练 习
1. 已知数列[{An}:a1,a2,…,an.]如果数列[{Bn}:b1,][b2,…,bn]满足[b1=an,][bk=ak-1+ak-bk-1,]其中[k=2,3,…,n,]则称[{Bn}]为[{An}]的“衍生数列”.
(1)写出数列[{A4}:2,1,4,5]的“衍生数列”[{B4}].
(2)若[n]为偶数,且[{An}]的“衍生数列”是[{Bn},]证明:[bn=a1].
(3)若[n]为奇数,且[{An}]的“衍生数列”是[{Bn},][{Bn},]的“衍生数列”是[{Cn},]…,依次将数列[{An},{Bn},{Cn},…]首项取出,构成数列[{Ω}:a1,b1,c1,…,]证明:[{Ω}]是等差数列.
2. (1)如果[a,b]都是正数,且[a≠b,]求证:[a6+b6>a4b2+a2b4.]
(2)设[a,b,c]为[△ABC]的三条边,求证:[(a+b+c)2][<4(ab+bc+ca).]