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 )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 9 参考文献 [1] 陈传理 张同君.竞赛数学教程[M]。高等教育出版社 [2] 张国才 连续归纳法的综合应用[J].牡丹江师范学院学报。2001.4 [3] 张国才 王恕达.连续归纳法在微分学中的应用[J].台州学院学报。2003.12 [4] 肖业亮 刘会民. 浅谈数学归纳法在解题中的应用[J].高等数学研究。2009.9.4 [5] 马晓虎 冯国勇. 浅谈一个代数不等式的证明及应用[J].河西学院学报。2010.5.26 [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 10