我们每个人学习数学都是一个由简到繁到的过程,最早是从“数数”开始,从 ,到 ,然后越学越多,后来发现在某一个阶段全会数了,其实就是我们无形中运用了数学归纳法,我们知道每个自然数后面都有一个自然数,而且相邻的两个自然数,后面的总是比前面的大1,所以说数学归纳法在我们刚开始学数学的时候就已经开始运用了,它是数学中最基础的方法之一。
2。2 数学归纳法常用和演变的形式
数学归纳法的理论依据来自于皮亚诺公理,任意一个自然数的集合,如果包含 并且假设包含 ,也一定包含 的随从 ,那么这个集合包含所有的自然数(后来 也算自然数,理中的 可换成 ),数学归纳法主要有如下几种。
第一数学归纳法:当 时,命题成立;假设当 时命题成立,可以推导出 时命题也成立,那么命题成立。这种方法的原理是:首先证明在某个起点值(比如 或者 )时命题成立,然后证明从一个值到下一个值的过程是有效。当这两点都得到证明,那么任意值都可以反复使用这个方法推导出来。把它想象成多米诺骨牌就很好理解,例如一列很长的多米诺骨牌,先证明第一张牌倒,然后证明任意一张倒那相邻的牌就会倒,那么就可以得到所以牌都会倒得结论[2]。
第二数学归纳法:当 时,命题成立;当 时命题成立,可以推导出 时命题也成立,那么命题成立。这种方法是在第一种方法的基础上拓展,更加完善了数学归纳法。
跳跃归纳法:设 表示一个与自然数 有关的命题,若(1) 成立;(2)假设 成立,可以推出 成立,则 对一切自然数 都成立。 跳跃归纳法也是由第一归纳法中的定理和推论得来的,进一步丰富了数学归纳法[3]。
倒推归纳法:设 表示一个与自然数 有关的命题,1)若 对于无限多个自然数成立,2)在 成立的假设下,可以推出 也成立,则命题成立。这种方法其实就可以看做归纳法的运用。
3 数学归纳法在中学数学解题中的应用
我们在中学数学的学习中,往往会遇到很多证明,有些证明在用一般方法解答的时候可能会产生困难,这时我们改用数学归纳法证明,可能会产生意想不到的效果。
3。1 在证明恒等式中的应用
在恒等式的证明中数学归纳法往往是最有效、最直接的证明方法,其中包括证明三角恒等式、代数恒等式,组合数公式
例1 用数学归纳法证明: ,文献综述
证 当 时, = 时等式成立,即有 ,
那么当 ,所以当 时等式也成立,由第一数学归纳法可知对于一切 ,等式
都成立。
3。2 在证明不等式中的应用
在证明不等式时,会出现两种情况,若果是严格不等式,那么证明就相对来说比较清晰简单;而对非严格不等式,有两类不同的观点,一种认为在首步中既要验证“=”的情况,又要验证“<,> ”的情况,如此才能充分体现非严格不等式成立;而另一种观点认为只要验证其中有一个成立,就可以说明不等式成立。我本人倾向第二种观点,在第一步证明中,有些起始值往往比较特殊,所以会出现“=”的情况,事实上如果有些等式需要更严谨的证明,一般来说还是会用到严格不等式。