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摘 要:本文介绍了数学归纳法的定义,并举例说明了我们在使用数学归纳法时应注意的问题,告戒我们不能盲目的归纳,避免得出错误的结论,本文还重点介绍了我们在使用数学归纳法解题时应注意的步骤,还介绍了数学归纳法推理的常用技巧,并通过大量具体实例的分析,启发人们在数学解题中更好地使用数学归纳法。
关键词:数学归纳法;归纳假设;归纳推理
1 数学归纳法的定义
n=1正确时,若在n=k正确的情况下,n=k+l也是正确的,便可递推下去.虽然我们没有对所有的自然数逐一的加以验证,但事实上,这种递推就已经把所有自然数都验证了,这种方法就是数学归纳法。
2 运用数学归纳法证题的步骤:
(Ⅰ)验证当n=1时,某命题是正确的;
(Ⅱ)假设n=k时,命题也是正确的,从而推出当n=k+l时,命题也是正确的.因此,命题正确。
容易悟错的是:既然k是任意的自然数,n=k是正确的,那么k+l也是正确的.即k+l与k应该表示同一个意思.何必还要证明呢?这很容易理解,k虽然是任意假设的自然数,但是,一旦假定了n=k时,k就是一个固定的自然数了,换句话说,k就是一个有限的数.因而,能否从n=k时命题正确,推出n=k+l时命题也是正确的,这就不一定.如在n=k时正确,推出了n=k+1也是正确的,这时,问题就出现了一个跨越,发生了本质的变化,从k到k+l,便是由有限变化到无限的过程,这正是数学归纳法之精髓。
在比较复杂的情况下,数学归纳法的两个步骤都要有一些相应的变化,下面有两种变形.
形式1:证明中的第一步不一定从1开始,如果当n=[k0]的时候,命題是正确的,又假设n=k(k≥[k0])时,这个命题是正确的,可以推出当n=k+l时,这个命题是正确的,那么这个命题当n=k+l时都正确,从而得出命题正确。
形式2:运用数学归纳法证明时,第一步不只验证第一个值,而是要验证从初始值始连续若干个值的特殊值时命题都是正确的,第二步假设n=k是正确的,推出n=k+l是正确的,那么这个命题就是正确的。
3 数学归纳法的简单应用
3.1 证明代数恒等式
对于三角恒等式的证明形式也类似,只有在变换三角函数式时,要准确运用三角函数公式。
证明时,第一步,写出初步状态下的式子,再观察其是否被指定的式子整除,从而验证命题成立.第二步,先假设命题成立,然后写出n=k+1时的式子,再运用假设并进行整理—拆项、凑项、加减项或做差而观察式子是否能被整除,从而验证n=k+l时命题成立,由此得证命题成立。
这里关键是构造出假设的式子形式,并保证各项均被整除。
总之,数学归纳法的应用比较广泛,可以讲凡是关系到自然数的结论都可以用它来验证.学习和应用数学归纳法能够培养学生的运算能力、观察能力、数学化能力、逻辑思维能力和解决综合性问题能力.另外,它也是每年高考中必不可少的内容,而且是得分点,同时也是初等数学与高等数学衔接的一个纽带。
参考文献:
[1](苏)L.I格拉维娜 I.M雅格洛姆著 姚时宗、童增祥《数学归纳法在几何中的应用》,莫斯科米尔出版社 1979年
[2]华罗庚的主编《数学归纳法》上海教育出版社 1963年
[3]洪帆主编《离散数学基础》第二版,華中理工大学出版社出版 1997年
[4]北京大学数学系几何与代数教研室代数小组编《高等代数》(第二版)
关键词:数学归纳法;归纳假设;归纳推理
1 数学归纳法的定义
n=1正确时,若在n=k正确的情况下,n=k+l也是正确的,便可递推下去.虽然我们没有对所有的自然数逐一的加以验证,但事实上,这种递推就已经把所有自然数都验证了,这种方法就是数学归纳法。
2 运用数学归纳法证题的步骤:
(Ⅰ)验证当n=1时,某命题是正确的;
(Ⅱ)假设n=k时,命题也是正确的,从而推出当n=k+l时,命题也是正确的.因此,命题正确。
容易悟错的是:既然k是任意的自然数,n=k是正确的,那么k+l也是正确的.即k+l与k应该表示同一个意思.何必还要证明呢?这很容易理解,k虽然是任意假设的自然数,但是,一旦假定了n=k时,k就是一个固定的自然数了,换句话说,k就是一个有限的数.因而,能否从n=k时命题正确,推出n=k+l时命题也是正确的,这就不一定.如在n=k时正确,推出了n=k+1也是正确的,这时,问题就出现了一个跨越,发生了本质的变化,从k到k+l,便是由有限变化到无限的过程,这正是数学归纳法之精髓。
在比较复杂的情况下,数学归纳法的两个步骤都要有一些相应的变化,下面有两种变形.
形式1:证明中的第一步不一定从1开始,如果当n=[k0]的时候,命題是正确的,又假设n=k(k≥[k0])时,这个命题是正确的,可以推出当n=k+l时,这个命题是正确的,那么这个命题当n=k+l时都正确,从而得出命题正确。
形式2:运用数学归纳法证明时,第一步不只验证第一个值,而是要验证从初始值始连续若干个值的特殊值时命题都是正确的,第二步假设n=k是正确的,推出n=k+l是正确的,那么这个命题就是正确的。
3 数学归纳法的简单应用
3.1 证明代数恒等式
对于三角恒等式的证明形式也类似,只有在变换三角函数式时,要准确运用三角函数公式。
证明时,第一步,写出初步状态下的式子,再观察其是否被指定的式子整除,从而验证命题成立.第二步,先假设命题成立,然后写出n=k+1时的式子,再运用假设并进行整理—拆项、凑项、加减项或做差而观察式子是否能被整除,从而验证n=k+l时命题成立,由此得证命题成立。
这里关键是构造出假设的式子形式,并保证各项均被整除。
总之,数学归纳法的应用比较广泛,可以讲凡是关系到自然数的结论都可以用它来验证.学习和应用数学归纳法能够培养学生的运算能力、观察能力、数学化能力、逻辑思维能力和解决综合性问题能力.另外,它也是每年高考中必不可少的内容,而且是得分点,同时也是初等数学与高等数学衔接的一个纽带。
参考文献:
[1](苏)L.I格拉维娜 I.M雅格洛姆著 姚时宗、童增祥《数学归纳法在几何中的应用》,莫斯科米尔出版社 1979年
[2]华罗庚的主编《数学归纳法》上海教育出版社 1963年
[3]洪帆主编《离散数学基础》第二版,華中理工大学出版社出版 1997年
[4]北京大学数学系几何与代数教研室代数小组编《高等代数》(第二版)