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在数学解题过程中,我们经常会碰到有些问题从正面解比较困难,这时我们不妨换个思维方式,从问题的反面入手,这就是数学中正难则反的解题思想,而反证法是其中典型的方法之一。牛顿曾经说过:“反证法是数学家最精当的武器之一。”它是指从与命题的结论相反的假设出发,经过正确的推理,推出与已知证明的定理、公理、定义或题设相矛盾的结果,这样就证明了与结论相反的假设不能成立,从而肯定了原来的结论成立。本文就反证法思想在解题中的应用加以分类解析,旨在探索题型规律,揭示解题方法。
一、在简易逻辑中的应用
例1设x,y∈R,p:x+y≠8,q:x≠2或y≠6,则p是q的()。
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
分析:直接判断总感觉模凌两可,若从反证法的思想考虑逆否命题,简洁清晰。
解:因为“q:x=2且y=6”是“p:x+y=8”的充分不必要条件,所以p是q充分不必要条件,故选A。
点评:在简易逻辑中,当原问题是否定形式的命题,且直接证明或求解较为困难时,考虑逆否命题可化难为易,简洁清晰。
二、在数列中的应用
例2已知数列an和bn满足:a1=λ,an+1=23an+n-4(其中λ∈R,n∈N*)。
证明:对任意实数λ,数列an不是等比数列。
分析:先假设结论反面成立,再由前三项是等比数列推出矛盾。
证明:假设an是等比数列,则a22=a1a3。
由已知,得a1=λ,a2=23λ-3,a3=23a2-2=49λ-4。
所以23λ-32=λ49λ-4,即9=0(矛盾)。
故假设不成立,即{an}不是等比数列。
点评:数列中涉及证明“不是等比数列,不是等差数列”这类题型时,利用反证法证可直捣黄龙。
三、在不等式中的应用
例3已知a1,a2,a3,…,a10为大于0的正实数,且a1+a2+a3+…+a10=30,a1a2a3…a10<21。求证:a1,a2,a3,…,a10这10个数中必有一个数在(0,1)之间。
分析:先假设这10个数都大于1,再利用换元法和不等式的性质推导出与已知条件相矛盾。
证明:假设ai≥1(1≤i≤10,i∈N),令bi=ai-1≥0。
由a1+a2+a3+…a10=30,得b1+b2+b3+…+b10=20。
所以a1a2a3…a10=(b1+1)(b2+1)…(b10+1)=1+(b1+b2+…+b10)+(b1b2…b10)≥1+(b1+b2+…+b10)=21。
这与条件a1a2a3…a10<21矛盾,故假设不成立。
所以这10个数中必有一个数在(0,1)之间。
点评:不等式中涉及“必有一个,至少一个,至多一个”等命题的证明时,采用反证法可以使问题解决得十分干脆彻底。
从以上例子可以看出,在解题中要善于抓住题型结构,当遇到从正面解决较困难的问题时,要想到运用反证法,也许问题会顺利得以解决。另外,反证法也可以加强同学们逆向思维的训练,巧妙地利用反证法培养同学们的思维能力,将有效提高同学们的学习质量。
一、在简易逻辑中的应用
例1设x,y∈R,p:x+y≠8,q:x≠2或y≠6,则p是q的()。
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
分析:直接判断总感觉模凌两可,若从反证法的思想考虑逆否命题,简洁清晰。
解:因为“q:x=2且y=6”是“p:x+y=8”的充分不必要条件,所以p是q充分不必要条件,故选A。
点评:在简易逻辑中,当原问题是否定形式的命题,且直接证明或求解较为困难时,考虑逆否命题可化难为易,简洁清晰。
二、在数列中的应用
例2已知数列an和bn满足:a1=λ,an+1=23an+n-4(其中λ∈R,n∈N*)。
证明:对任意实数λ,数列an不是等比数列。
分析:先假设结论反面成立,再由前三项是等比数列推出矛盾。
证明:假设an是等比数列,则a22=a1a3。
由已知,得a1=λ,a2=23λ-3,a3=23a2-2=49λ-4。
所以23λ-32=λ49λ-4,即9=0(矛盾)。
故假设不成立,即{an}不是等比数列。
点评:数列中涉及证明“不是等比数列,不是等差数列”这类题型时,利用反证法证可直捣黄龙。
三、在不等式中的应用
例3已知a1,a2,a3,…,a10为大于0的正实数,且a1+a2+a3+…+a10=30,a1a2a3…a10<21。求证:a1,a2,a3,…,a10这10个数中必有一个数在(0,1)之间。
分析:先假设这10个数都大于1,再利用换元法和不等式的性质推导出与已知条件相矛盾。
证明:假设ai≥1(1≤i≤10,i∈N),令bi=ai-1≥0。
由a1+a2+a3+…a10=30,得b1+b2+b3+…+b10=20。
所以a1a2a3…a10=(b1+1)(b2+1)…(b10+1)=1+(b1+b2+…+b10)+(b1b2…b10)≥1+(b1+b2+…+b10)=21。
这与条件a1a2a3…a10<21矛盾,故假设不成立。
所以这10个数中必有一个数在(0,1)之间。
点评:不等式中涉及“必有一个,至少一个,至多一个”等命题的证明时,采用反证法可以使问题解决得十分干脆彻底。
从以上例子可以看出,在解题中要善于抓住题型结构,当遇到从正面解决较困难的问题时,要想到运用反证法,也许问题会顺利得以解决。另外,反证法也可以加强同学们逆向思维的训练,巧妙地利用反证法培养同学们的思维能力,将有效提高同学们的学习质量。