2019年数学湘教版选修2-2新设计同步(讲义):第6章 章末小结

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名称 2019年数学湘教版选修2-2新设计同步(讲义):第6章 章末小结
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资源类型 教案
版本资源 湘教版
科目 数学
更新时间 2019-04-30 16:15:25

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1.两种合情推理
(1)归纳推理:
归纳推理是由部分到整体,由个别到一般的推理,步骤如下:
①通过观察个别对象发现某些相同性质;
②由相同性质猜想一般性命题.
(2)类比推理:
类比推理是由特殊到特殊的推理,步骤如下:
①找出两类对象之间的相似性或一致性;
②由一类对象的性质去猜测另一类对象的性质,得出一个明确的命题.
2.演绎推理
演绎推理是由一般到特殊的推理,一般模式为三段论.
演绎推理只要前提正确,推理的形式正确,那么推理所得的结论就一定正确.注意错误的前提和推理形式会导致错误的结论.
3.直接证明——综合法和分析法
(1)综合法是“由因导果”,即从已知条件出发,利用定理、定义、公理和运算法则证明结论.
(2)分析法是“执果索因”,即从结论逆向转化,寻找一个已证的命题(已知条件或定义、公理、定理、公式等).
注意:①分析法是从结论出发,但不可将结论当作条件.
②在证明过程中,“只要证”“即证”等词语不能省略.
4.间接证明——反证法
反证法证题的步骤为:反设-归谬-结论,即通过否定结论,得出矛盾来证明命题.
注意:反证法的关键是将否定后的结论当条件使用.
5.直接证明——数学归纳法
(1)数学归纳法的两个步骤缺一不可,由n=k?n=k+1时必须使用归纳假设,否则不算是数学归纳法.
(2)数学归纳法虽然仅限于与正整数有关的命题,但并不是所有与正整数有关的命题都能使用数学归纳法.
归纳推理
[例1] 给出下面的数表序列:
        
其中表n(n=1,2,3,…)有n行,第1行的n个数是1,3,5,…,2n-1,从第2行起,每行中的每个数都等于它肩上的两数之和.
写出表4,验证表4各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成等比数列,并将结论推广到表n(n≥3)(不要求证明).
[解] 表4为

它的第1,2,3,4行中的数的平均数分别是4,8,16,32,它们构成首项为4,公比为2的等比数列.
将这一结论推广到表n(n≥3),即表n(n≥3)各行中的数的平均数按从上到下的顺序构成首项为n,公比为2的等比数列.
简单的归纳猜想问题通过观察所给的数表、数阵或等式、不等式即可得到一般性结论,较复杂的问题需将已知转换为同一形式才易于寻找规律.
[例2] 图1是一个水平摆放的小正方体木块,图2,图3是由这样的小正方体木块叠放而成的,按照这样的规律放下去,至第七个叠放的图形中,小正方体木块总数就是    .
[解析] 分别观察正方体的个数为:1,1+5,1+5+9,…
归纳可知,第n个叠放图形中共有n层,构成了以1为首项,以4为公差的等差数列,
所以Sn=n+[n(n-1)×4]÷2=2n2-n,
所以S7=2×72-7=91.
[答案] 91
解答此类题目时,需要细心观察图形,寻找每一项与序号之间的关系,同时还要联系相关的知识.本题注意从图形中抽象出等差数列.
1.蜜蜂被认为是自然界中最杰出的建筑师,单个蜂巢可以近似地看作是一个正六边形,如图为一组蜂巢的截面图.其中第一个图有1个蜂巢,第二个图有7个蜂巢,第三个图有19个蜂巢,按此规律,以f(n)表示第n个图的蜂巢总数.
则f(4)=________,f(n)=________.
解析:因为f(1)=1,f(2)=7=1+6,f(3)=19=1+6+12,
所以f(4)=1+6+12+18=37,
所以f(n)=1+6+12+18+…+6(n-1)=3n2-3n+1.
答案:37 3n2-3n+1
2.如图给出了3层的六边形,图中所有点的个数S3为28,按其规律再画下去,可得n(n∈N+)层六边形,试写出Sn的表达式.
解:设每层除去最上面的一个点的点数为an,
则an是以5为首项,4为公差的等差数列,
则Sn=a1+a2+…+an+1=+1
=2n2+3n+1(n∈N+).
类比推理

[例3] 在△ABC中,AB⊥AC,AD⊥BC于D.
求证:=+,那么在四面体ABCD中,类比上述论据,你能得到怎样的猜想,并说明理由.
[证明] 如右图所示,由射影定理,
AD2=BD·DC,AB2=BD·BC,
AC2=BC·DC,
∴=
==.
∵BC2=AB2+AC2,
∴==+.
∴=+.
猜想:类比AB⊥AC,AD⊥BC,猜想四面体ABCD中,
AB,AC,AD两两垂直,AE⊥平面BCD,
则=++.
证明上述猜想成立.
如右图所示,连接BE交CD于F,连接AF.
∵AB⊥AC,AB⊥AD,
∴AB⊥平面ACD.
而AF?平面ACD,
∴AB⊥AF.
在Rt△ABF中,AE⊥BF,
∴=+.
在Rt△ACD中,AF⊥CD,
∴=+.
∴=++.
故猜想正确.
(1)类比是以旧知识作基础,推测新的结果,具有发现的功能.
(2)类比推理的常见情形有:平面与空间类比;向量与数类比;不等与相等类比等.
3.若数列{an}为等差数列,Sn为其前n项和,则有性质“若Sm=Sn(m,n∈N*且m≠n),则Sm+n=0.”类比上述性质,相应地,当数列{bn}为等比数列时,写出一个正确的性质:____________________________.
答案:数列{bn}为等比数列,Tm表示其前m项的积,若Tm=Tn(m,n∈N*,m≠n),则Tm+n=1
4.在Rt△ABC中,∠C=90°,AC=b,BC=a,则△ABC的外接圆半径为r= ,把上述结论类比到空间,写出相似的结论.
解:取空间中三条侧棱两两垂直的四面体A-BCD且AB=a,AC=b,AD=c,
则此四面体的外接球半径为R= .
综合法和分析法
[例4] 设a>0,b>0,a+b=1,求证:++≥8.
[证明] 法一:(综合法)
∵a>0,b>0,a+b=1,
∴1=a+b≥2,≤,ab≤,∴≥4.
又+=(a+b)=2++≥4,
∴++≥8.
法二:(分析法)
∵a>0,b>0,a+b=1,要证++≥8,
只要证+≥8,
只要证+≥8,
即证+≥4.
也就是证+≥4.
即证+≥2.
由基本不等式可知,当a>0,b>0时,+≥2成立
,
所以原不等式成立.
综合法和分析法是直接证明中的两种最基本的证明方法,但两种证明方法思路截然相反,分析法既可用于寻找解题思路,也可以是完整的证明过程,分析法和综合法可相互转换,相互渗透,充分利用这一辩证关系,在解题中综合法和分析法联合运用,转换解题思路,增加解题途径.
5.已知函数f(x)=loga(ax-1)(a>0,a≠1).
(1)证明:函数f(x)的图象在y轴一侧;
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2)(x1证明:(1)由ax-1>0,得ax>1.
①当a>1时,x>0,函数图象在y轴右侧;
②当0故函数图象总在y轴一侧.
(2)由于kAB=,又由x1故只需证y2-y1>0即可.
因为y2-y1=loga(a x2-1)-loga(a x1-1)=loga.
①当a>1时,由0a0即0故有>1,loga>0,
即y2-y1>0.
②当0由x1得a0>a x1>a x2>1.
即a x1-1>a x2-1>0.
故有0<<1,
∴y2-y1=loga>0,即y2-y1>0.
综上,直线AB的斜率总大于零.
反证法
[例5] 已知a,b,c均为实数,且a=x2-2y+,b=y2-2z+,c=z2-2x+,求证:a,b,c中至少有一个大于0.
[证明] 假设a,b,c都不大于0,
即a≤0,b≤0,c≤0,得a+b+c≤0,
而a+b+c=(x-1)2+(y-1)2+(z-1)2+π-3≥
π-3>0,
与a+b+c≤0矛盾,故假设不成立.
∴a,b,c中至少有一个大于0.
(1)用反证法证题时,先假设原命题不成立,经过正确的推理,最后得出矛盾,因此说明假设错误,从而证明了原命题成立.
(2)反证法证题的思路是:“假设—归谬—存真”.
6.用反证法证明命题“设a,b为实数,则方程x3+ax+b=0至少有一个实根”时,要做的假设是(  )
A.方程x3+ax+b=0没有实根
B.方程x3+ax+b=0至多有一个实根
C.方程x3+ax+b=0至多有两个实根
D.方程x3+ax+b=0恰好有两个实根
解析:至少有一个实根的否定是没有实根,故要做的假设是“方程x3+ax+b=0没有实根”.
答案:A
数学归纳法
[例6] 已知数列{an}满足:a1=1,4an+1-anan+1+2an=9(n∈N+).
(1)求a2,a3,a4;
(2)由(1)的结果猜想an用n表示的表达式;
(3)用数学归纳法证明(2)的猜想.
[解] (1)由a1=1及an+1=,得
a2==,
a3===,
a4===.
所以a2=,a3=,a4=.
(2)观察a1,a2,a3,a4的值,分母构成正奇数数列2n-1,分子构成首项为1,公差为6的等差数列,故猜想:an=,n∈N+.
(3)用数学归纳法证明上面的猜想.
①当n=1时,a1==1,猜想正确.
②假设当n=k(k≥1,k∈N+)时,猜想正确,即ak=.
所以当n=k+1时,ak+1===.
这就是说n=k+1时猜想也成立.
由①②可知,猜想对任意正整数n都成立.
探索性命题是近几年高考试题中经常出现的一种题型,此种问题未给出问题的结论,往往需要由特殊情况入手,归纳、猜想、探索出结论,然后再对探索出的结论进行证明,而证明往往用到数学归纳法.
7.在数列{an}中,a1=,an+1=,求a2,a3,a4的值,由此猜想数列{an}的通项公式,并用数学归纳法证明你的猜想.
解:a1==,a2=,a3=,a4=,
猜想an=,
下面用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1==,猜想成立.
②假设当n=k(k≥1,k∈N+)时猜想成立,
即ak=,
则当n=k+1时,
ak+1===,
所以当n=k+1时猜想也成立.
由①②知,对n∈N+,an=都成立.
(时间120分钟,满分150分)
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,满分60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.观察一列算式:1?1,1?2,2?1,1?3,2?2,3?1,1?4,2?3,3?2,4?1,…,则式子3?5是第(  )
A.22项         B.23项
C.24项 D.25项
解析:两数和为2的有1个,和为3的有2个,和为4的有3个,和为5的有4个,和为6的有5个,和为7的有6个,前面共有21个,3?5为和为8的第3项,所以为第24项.
答案:C
2.用反证法证明命题“+是无理数”时,假设正确的是(  )
A.假设是有理数 B.假设是有理数
C.假设或是有理数 D.假设+是有理数
解析:应对结论进行否定,则+不是无理数,
即+是有理数.
答案:D
3.用数学归纳法证明等式“1+2+3+…+(n+3)=(n∈N+)”时,第一步验证n=1时,左边应取的项为(  )
A.1 B.1+2
C.1+2+3 D.1+2+3+4
解析:当n=1时,左边的最后一项为4,故为1+2+3+4.
答案:D
4.由“正三角形的内切圆切于三边的中点”,可类比猜想出正四面体的内切球切于四个侧面(  )
A.各正三角形内任一点
B.各正三角形的某高线上的点
C.各正三角形的中心
D.各正三角形外的某点
解析:正三角形的边对应正四面体的面,即正三角形所在的正四面体的侧面,所以边的中点对应的就是正四面体各正三角形的中心.
答案:C
5.来自英、法、日、德的甲、乙、丙、丁四位客人,刚好碰在一起.他们除懂本国语言外,每人还会说其他三国语言中的一种.有一种语言是三个人会说的,但没有一种语言四人都懂,现知道:①甲是日本人,丁不会说日语,但他俩能自由交谈;②四人中没有一个人既能用日语交谈,又能用法语交谈;③乙、丙、丁交谈时,不能只用一种语言;④乙不会说英语,当甲与丙交谈时,他能做翻译.针对他们懂的语言,正确的推理是(  )
A.甲日德、乙法德、丙英法、丁英德
B.甲日英、乙日德、丙德法、丁日英
C.甲日德、乙法德、丙英德、丁英德
D.甲日法、乙英德、丙法德、丁法英
解析:分析题目和选项,由①知,丁不会说日语,排除B选项;由②知,没有人既会日语又会法语,排除D选项;由③知乙、丙、丁不会同一种语言,排除C选项,故选A.
答案:A
6.用数学归纳法证明“1+++…+=”时,由n=k到n=k+1左边需要添加的项是(  )
A. B.
C. D.
解析:由n=k到n=k+1时,左边需要添加的项是=.
答案:D
7.观察下列各式:72=49,73=343,74=2 401,…,则72 019的末两位数字为(  )
A.01 B.43
C.07 D.49
解析:∵75=16 807,76=117 649,77=823 543,78=5 764 801,…
∴7n(n∈N+,且n≥5)的末两位数字呈周期性变化,且最小正周期为4,
记7n(n∈N+,且n≥5)的末两位数为f(n),则f(2 019)=f(504×4+3)=f(3),
∴72 019与73的末两位数相同,均为43.
答案:B
8.将平面向量的数量积运算与实数的乘法运算相类比,易得下列结论:
①a·b=b·a;
②(a·b)·c=a·(b·c);
③a·(b+c)=a·b+a·c;
④由a·b=a·c(a≠0)可得b=c.
以上通过类比得到的结论正确的有(  )
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
解析:平面向量的数量积的运算满足交换律和分配律,不满足结合律,故①③正确, ②错误;由a·b=a·c(a≠0)得a·(b-c)=0,从而b-c=0或a⊥(b-c),故④错误.
答案:B
9.已知a>0,不等式x+≥2,x+≥3,x+≥4,…,可推广为x+≥n+1,则 a的值为(  )
A.n2 B.nn
C.2n D.22n-2
解析:由x+≥2,x+=x+≥3,x+=x+≥4,…,
可推广为x+≥n+1,故a=nn.
答案:B
10.已知结论:“在正三角形ABC中,若D是边BC的中点,G是三角形ABC的重心,则=2”.若把该结论推广到空间,则有结论:“在棱长都相等的四面体ABCD中,若△BCD的中心为M,四面体内部一点O到四面体各面的距离都相等”,则=(  )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:如图,设正四面体的棱长为1,则易知其高AM=,
此时易知点O即为正四面体内切球的球心,
设其半径为r,利用等积法有4××r=××?r=,
故AO=AM-MO=-=,
故AO∶OM=∶=3.
答案:C
11.设△ABC的三边长分别为a,b,c,△ABC的面积为S,则△ABC的内切圆半径为r=.将此结论类比到空间四面体:设四面体S-ABC的四个面的面积分别为S1,S2,S3,S4,体积为V,则四面体的内切球半径为r=(  )
A. B.
C. D.
解析:设四面体的内切球的球心为O,则球心O到四个面的距离都是r,
所以四面体的体积等于以O为顶点,分别以四个面为底面的4个三棱锥体积的和.
则四面体的体积为:V=(S1+S2+S3+S4)r,
∴r=.
答案:C
12.下面的三角形数阵叫“莱布尼茨调和三角形”,它们是由整数的倒数组成的.
第n行有n个数且两端的数均为(n≥2),每个数是它下一行左右相邻两数的和,如 =+,=+,=+,…,则第10行第4个数(从左往右数)为(  )
A. B.
C. D.
解析:依题意,结合所给的数阵,归纳规律可知第8行的第一个数、第二个数分别等于,-,第9行的第一个数、第二个数、第三个数分别等于,-,-,第10行的第一个数、第二个数、第三个数、第四个数分别等于,-,-,-=.
答案:C
二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,满分20分.把答案填在题中横线上)
13.在△ABC中,D为BC的中点,则=(+),将命题类比到三棱锥中去得到一个类比的命题为________.
答案:在三棱锥A-BCD中,G为△BCD的重心,则=(++)
14.有三张卡片,分别写有1和2,1和3,2和3.甲,乙,丙三人各取走一张卡片,甲看了乙的卡片后说:“我与乙的卡片上相同的数字不是2”,乙看了丙的卡片后说:“我与丙的卡片上相同的数字不是1”,丙说:“我的卡片上的数字之和不是5”,则甲的卡片上的数字是________.
解析:法一:由题意得丙的卡片上的数字不是2和3.
若丙的卡片上的数字是1和2,则由乙的说法知乙的卡片上的数字是2和3,则甲的卡片上的数字是1和3,满足题意;
若丙的卡片上的数字是1和3,则由乙的说法知乙的卡片上的数字是2和3,则甲的卡片上的数字是1和2,不满足甲的说法.
故甲的卡片上的数字是1和3.
法二:因为甲与乙的卡片上相同的数字不是2,所以丙的卡片上必有数字2.又丙的卡片上的数字之和不是5,所以丙的卡片上的数字是1和2.因为乙与丙的卡片上相同的数字不是1,所以乙的卡片上的数字是2和3,所以甲的卡片上的数字是1和3.
答案:1和3
15.观察下列式子:1,1+2+1,1+2+3+2+1,1+2+3+4+3+2+1,…,由以上可推测出一个一般性结论:对于n∈N+,1+2+…+n+…+2+1=________.
解析:∵1=12,1+2+1=22,1+2+3+2+1=32,1+2+3+4+3+2+1=42,…,
∴归纳可得1+2+…+n+…+2+1=n2.
答案:n2
16.五位同学围成一圈依序循环报数,规定:
①第一位同学首次报出的数为1,第二位同学首次报出的数也为1,之后每位同学所报出的数都是前两位同学所报出的数之和;
②当报出的数为3的倍数时,则报该数的同学需拍手一次.
当第30个数被报出时,五位同学拍手的总次数为________.
解析:设报出的第n个数为an,则有an+an+1=an+2,n∈N+.a1=1,a2=1,a3=2,a4=3,a5=5,a6=8,a7=13,a8=21,…,所以a4,a8为3的倍数,a12=a10+a11=2a10+a9=2a8+3a9也为3的倍数,可得规律a4m( m∈N+)为3的倍数.则当第30个数被报出时,报出的数中是3的倍数的有a4,a8,a12,a16,a20,a24,a28,故五位同学拍手的总次数为7.
答案:7
三、解答题(本大题共6小题,满分70分.解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
17.(本小题满分10分)画出图形,可知凸四边形有2条对角线,凸五边形有5条对角线,凸六边形有9条对角线,…,请归纳猜测凸n(n>3,n∈N+)边形对角线的条数f(n),并证明所得结论.
解:由题意得,当n=4时,f(4)=2=;
当n=5时,f(5)=5=;
当n=6时,f(6)=9=;…,
由此猜测f(n)=,
即凸n(n>3,n∈N+)边形有条不同的对角线.
证明:因为凸n(n>3,n∈N+)边形中从每一个顶点出发的对角线有(n-3)条,
所以从所有的顶点出发的对角线有n(n-3).
又每条对角线都被数了两次,
所以凸n(n>3,n∈N+)边形的对角线的条数为.
18.(本小题满分12分)△ABC的三条高分别为ha,hb,hc,r为内切圆半径,且ha+hb+hc=9r,求证:该三角形为等边三角形.
证明:设三角形三边分别为a,b,c,故只需证a=b=c.
因为ha=,hb=,hc=,
其中S为△ABC的面积,
所以ha+hb+hc=2S.
又因为S=(a+b+c)r,ha+hb+hc=9r,
所以(a+b+c)=9.
所以a2b+a2c+b2a+b2c+c2a+c2b-6abc=0.
将上式分解因式,
得a(b-c)2+b(c-a)2+c(a-b)2=0.
因为a>0,b>0,c>0,
所以(b-c)2=(c-a)2=(a-b)2=0.
所以a=b=c.
∴该三角形为等边三角形.
19.(本小题满分12分)如图所示,设SA,SB是圆锥SO的两条母线,O是底面圆心,C是SB上一点,求证:AC与平面SOB不垂直.
证明:假设AC⊥平面SOB,
因为直线SO在平面SOB内,
所以SO⊥AC,
因为SO⊥底面圆O,所以SO⊥AB.
因为AB∩AC=A,所以SO⊥平面SAB.
所以平面SAB∥底面圆O,
这显然与平面SAB与底面圆O相交矛盾,
所以假设不成立,即AC与平面SOB不垂直.
20.(本小题满分12分)数列{an}的前n项和记为Sn,已知a1=1,an+1=Sn(n∈N+),试利用三段论形式证明:
(1)数列是等比数列;
(2)Sn+1=4an.
证明:(1)∵an+1=Sn+1-Sn,an+1=Sn,
∴(n+2)Sn=n(Sn+1-Sn),即nSn+1=2(n+1)Sn.
故=2·,(小前提)
故是以2为公比,1为首项的等比数列.(结论)
(大前提是等比数列的定义)
(2)由(1)可知=4·(n≥2),
∴Sn+1=4(n+1)·=4··Sn-1=4an(n≥2).(小前提)
又∵a2=3S1=3,S2=a1+a2=1+3=4=4a1,(小前提)
∴对于任意正整数n,都有Sn+1=4an.(结论)
21.(本小题满分12分)十字绣有着悠久的历史,如下图,①②③④为十字绣最简单的四个图案,这些图案都是由小正方形构成,小正方形数越多刺绣越漂亮.现按同样的规律刺绣(小正方形的摆放规律相同),设第n个图案包含f(n)个小正方形.
(1)求出f(5)的值;
(2)利用合情推理的“归纳推理思想”,归纳出f(n+1)与f(n)之间的关系式,并根据你得到的关系式求出f(n)的表达式;
(3)求+++…+(n≥2)的值.
解:(1)按所给图案的规律画出第五个图如下:
由图可得f(5)=41.
(2)可得f(2)-f(1)=4×1;
f(3)-f(2)=8=4×2;
f(4)-f(3)=12=4×3;
f(5)-f(4)=16=4×4;
……
由上式规律,可得f(n)-f(n-1)=4(n-1).
由以上各式相加可得f(n)-f(1)=4[1+2+…+(n-1)]=4×=2n2-2n,
又f(1)=1,∴f(n)=2n2-2n+1.
(3)当n≥2时,===,
∴原式=+1-+-+-+…+-=1+=-.
22.(本小题满分12分)在各项为正的数列{an}中,数列的前n项和Sn满足Sn=.
(1)求a1,a2,a3;
(2)由(1)猜想到数列{an}的通项公式,并用数学归纳法证明你的猜想.
解:(1)S1=a1=,得a=1,
∵an>0,∴a1=1.
S2=a1+a2=,得a+2a2-1=0,
∴a2=-1,
S3=a1+a2+a3=.
得a+2a3-1=0,∴a3=-.
(2)猜想an=-(n∈N+).
证明如下:①n=1时,a1=-=1,命题成立;
②假设n=k时,ak=-成立,
则n=k+1时,
ak+1=Sk+1-Sk
=-,
即ak+1=
-
=-.
∴a+2ak+1-1=0.
∴ak+1=-.
即n=k+1时,命题成立.
由①②知,n∈N+时,an=-.
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