数学归纳法在竞赛中的应用(2)

2019-05-24 18:59

由假设得:

)

从而有:

=

?()=

)

)

所以猜想成立。

第二数学归纳法,与第一数学归纳法有所不同,由第二归纳法的特殊行知。第二种归纳法更有利于证明不等式和题目中有明显范围成立的问题。又从本题可知,在处理问题中,并不是所有问题开始就可以使用归纳法,而是在中间的某个重要环节使用。 (三)连续归纳法

定理1.设P(x)是定义在(a,b)内的命题函数,如果: 1 有某个实数○(a,b),使对一切满足a(

2 若对一切满足a

对一切满足a

>0,使P(x)

那么,对一切x(a,b)有P(x)成立。

定理2. 设P(x)是定义在(a,b)内的命题函数,如果:

1 有某个(,)(a,b),使对一切x(,)有P(x)成立; ○

2 若对一切x○(a,b),有P(x)成立,则有<,>, 使对一切x(,)(a,b)有P(x)成立;

那么,对一切x(a,b)有P(x)成立。

例:如果对任意x , y 有| f ( x ) - f ( y) | K , 其中K 是正的常数, 则函数f ( x ) 是常数

证明: 任取< , 只要证f () = f () . 为此作函数

6

F(x)=

则任意x , y 有| F ( x ) - F( y ) | K 反证法, 设| f () - f () | = M> 0 构造命题P ( x ) : | F ( x ) - F () |

于是 ○1--- 取= , 则x < 时, P ( x ) 显然成立. ○2---- 假设对一切x < y 有P ( x ) 成立, 由于| F ( x ) - F ( y ) | K 时,

, 所以0

K | x- y | , 所以当

y

0,于是存在> 0, 使得对一切x( y-, y+ )

---------○3

有| F ( x ) - F () |

又由归纳假设, 对一切z < y , 有| F ( z ) - F () | --------------- ○4

此式两端令z 趋于y 得| F ( y ) - F () | -------------------○5

由○3 与○5可知, 当x [ y , y+] 时有| F ( x ) - F() |

=

亦即对一切x < y+有P( x ) 成立.

由连续归纳法, P( x )对一切x 成立。取x= 时得| f () - f () |与反证法假设矛盾。

例3

设f(x)在(a,b)上右倒数存在,求证;

,

1 若○+(x)>0,则f(x)在(a,b)上严格增加 2若○+(x)0, 则f(x)在(a,b)上一定是常数 证明:

1.只要证明f(x) f(x)在(a,b)上严格增,由连续性可得f(x)在(a,b)上严格增加,

反证法,若不存在,(a,b),<,使得f()f(),构造命题P(x):

7

f(x)> f(),

1,由于□

+()>0,既

(,

+

)时有

>0,所以存在

>0,于是f(x)> f()。

取=+,则P(x)对x(,)成立。

2.若P(x)对x(,)成立(如果y>b,则命题成立,因此设yb),我们断言f(y)必为f(x)在(,y)上的最大值。事实上,若存在(,) 使f()为f(x)在(,y)上的最大值,则由于x(,

)时,

+()>0,可得存在

>0,当

>0,所以f(x)> f(),这与f()最大矛盾,

于是f(y)>f(,又+()>0,故存在>0,当x(,)时,f(x)> f(y)> f(,所以P(x)对x(,)成立。由定理1,P(x)对一切 (,)成立,因为(,),所以f(>f()与f()f(矛盾。 (2)只要正f(x)在(a,b)上为常数在由连续性可得f(x)在(a,b)上为常数,反证法,若不然,存在,(,),f(v 设=M>0.构造命题: P(x):1 由于

+()=

.

=0,所以存在

,既P(x)对x(,

)成立.

+()=

-------○1 ,此式两端

=0,则

当x(,

)时,

2 若P(x)对一切满足0,使当x(,

)时,有

又由归纳假设,对一切

2两式可知当x(,由○1,○

2 ----------------○

)时,有=,

即对一切

)成立,取x=时得,

,与反

由定理1,P(x)对一切x(

正法假设相矛盾。

连续归纳法的理论基础是实数连续性定理。作为一种证明方法,实数的连续归

8

纳法同自然数的数学归纳法一样是极为有用的。使用连续归纳法可以反复使用同一个模式证明多个命题。连续归纳法适合解决竞赛中极限,积分等连续区间问题

常见的错误分析;

1. 忽视对起始命题的验算

一般说来,学生应用递推根据由命题P(k)成立,推导命题P(k+1)是一个难点,往往比较重视,但对验算起始命题却易忽视. 2曲解归纳定义

在数学归纳法证明中,常见的曲解定义错误表现有两种,其一是认为归纳奠基步骤n=中的“”就是1;其二是对用和式表示的命题,认为当n=k+1时就是把n=k时的和式再加上一项. 3循环论证的错误

在同一证明过程中,把有待确定其真实性的命题结论作为证明的论据使用,就犯了循环论证的错误,这种错误在使用数学归纳法验证递推关系式时经常见到.

4对归纳步骤形式的套用

在数学归纳法证明中常见在形式上套用其格式和步骤,而实质上并没有使用数学归纳法的原理,最典型的表现是在证明n=k+1也成立时,不使用归纳假设的条件或假设条件不充分.

结束语

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。证归纳法,作为竞赛中的一种重要方法,我们必须熟练掌握其证明问题的核心思想及步骤,发现规律,归纳规律,猜想结论,证明结论,由特殊性来扩张到一般性。但是,要谨记,归纳法只是一种方法,在处理问题中,不可盲目使用

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参考文献

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[6] 李宗俊. 数学归纳法的本质.[J]. 宜宾师范高等专科学校学报.2001.6 [7] 陈为华. 最小数原理.[J] 高校讲台2007年第34期。 2007,。4

[8] 张艳丽。谈归纳原理和数学归纳法[J]. 衡水师专学报. 2002 4. 4 [9] 汪正东 用数学归纳法推广一道竞赛题的结论[J].数学通报2001年第4期。2010.4

[10]郭芙蓉 归纳法不等于归纳推理[J]. 赣南师范学院学报.2001.10.5

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