【2019年高考理科数学三轮冲刺推理与证明 教案

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名称 【2019年高考理科数学三轮冲刺推理与证明 教案
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资源类型 教案
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科目 数学
更新时间 2019-05-09 17:11:16

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2019年高考理科数学三轮冲刺讲推理与证明
教材版本 全国通用 课时说明(建议) 120分钟
知识点 合情推理与演绎推理;直接证明与间接证明;数学归纳法
复习目标 ①了解合情推理的含义,能进行简单的归纳推理和类比推理;掌握演绎推理的基本模式,并能运用它们进行一些简单推理;了解合情推理和演绎推理之间的联系和差异. 了解直接证明的两种基本方法——分析法和综合法;了解分析法和综合法的思考过程、特点;了解间接证明的一种基本方法——反证法;了解反证法的思考过程、特点.
复习重点 演绎推理的基本模式;分析法和综合法;
复习难点 演绎推理的基本模式;分析法和综合法;

一、高考回顾
合情推理一般以新定义、新规则的形式考查集合、函数、不等式、数列等问题;而演绎推理常结合函数、方程、不等式、解析几何、立体几何、数列等问题中的证明来考查.
直接证明与间接证明一般考查以不等式、数列、解析几何、立体几何、函数、三角函数为背景的证明问题.数学归纳法一般以数列、集合为背景,用“归纳—猜想—证明”的模式考查.
全国卷对此类问题考查较少,偶尔出现,也不是常规的数学考法,倒是很像一道公务员考试的逻辑推理题。
二、知识清单
1.思维导图
2.知识再现
1.推理:合情推理与演绎推理
1. 合情推理
(1)归纳推理:由某类事物的部分对象具有某些特征,推出该类事物的全部对象都具有这些特征的推理,或者由个别事实概括出一般结论的推理,称为归纳推理.简言之,归纳推理是由部分到整体、由个别到一般的推理.
(2)类比推理:由两类对象具有某些类似特征和其中一类对象的某些已知特征,推出另一类对象也具有这些特征的推理称为类比推理.简言之,类比推理是由特殊到特殊的推理.
(3)合情推理:归纳推理和类比推理都是根据已有的事实,经过观察、分析、比较、联想,再进行归纳、类比,然后提出猜想的推理,我们把它们统称为合情推理.
2. 演绎推理
(1)演绎推理:从一般性的原理出发,推出某个特殊情况下的结论,我们把这种推理称为演绎推理.简言之,演绎推理是由一般到特殊的推理.
(2)“三段论”是演绎推理的一般模式,包括:
①、大前提——已知的一般原理;
②、小前提——所研究的特殊情况;
③、结论——根据一般原理,对特殊情况做出的判断

2. 证明:直接证明与间接证明
证明分为直接证明与间接证明.直接证明包括综合法、分析法等;间接证明主要是反证法.
直接证明
(1)综合法:一般地,利用已知条件和某些数学定义、定理、公理等,经过一系列的推理论证,最后推导出所要证明的结论成立,这种证明方法叫做综合法.
综合法是“由因导果”,它是从已知条件出发,顺着推证,经过一系列的中间推理,最后导出所证结论的真实性.用综合法证明题的逻辑关系:(A为已知条件或数学定义、定理、公理,B为要证结论),它的常见书面表达是“∵,∴”.
(2)分析法:一般地,从要证明的结论出发,逐步寻求使它成立的充分条件,直至最后,把要证明的结论归结为判定一个明显成立的条件(已知条件、定义、定理、公理等).这种证明的方法叫做分析法.
分析法是“执果索因”,它是从要证的结论出发,倒着分析,逐渐地靠近已知.
间接证明
(3)反证法:一般地,假设原命题不成立(即在原命题的条件下,结论不成立),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,这样的证明方法叫做反证法.
用反证法证明问题的一般步骤:
①、反设:假定所要证的结论不成立,而设结论的反面(否定命题)成立;(否定结论)
②、归谬:将“反设”作为条件,由此出发经过正确的推理,导出矛盾——与已知条件、已知的公理、定义、定理及明显的事实矛盾或自相矛盾;(推导矛盾)
③、结论:因为推理正确,所以产生矛盾的原因在于“反设”的谬误.既然结论的反面不成立,从而肯定了结论成立.(结论成立)
数学归纳法
一般地,证明一个与正整数n有关的命题,可按下列步骤进行:
(1)(归纳奠基)证明当n取第一个值n0(n0∈N*)时命题成立;
(2)(归纳递推)假设当n=k(k≥n0,k∈N*)时命题成立,证明当n=k+1时命题也成立.
只要完成这两个步骤,就可以断定命题对从n0开始的所有正整数n都成立.

三、例题精讲
合情推理与演绎推理
题型一 归纳推理
命题点1 与数字有关的等式的推理
【易错点】
例1(2016·山东)观察下列等式:
-2+-2=×1×2;
-2+-2+-2+-2=×2×3;
-2+-2+-2+…+-2=×3×4;
-2+-2+-2+…+-2=×4×5;

照此规律,-2+-2+-2+…+-2=__________.
【答案】 ×n×(n+1)
【解析】观察等式右边的规律:第1个数都是,第2个数对应行数n,第3个数为n+1.

命题点2 与不等式有关的推理
例2已知ai>0(i=1,2,3,…,n),观察下列不等式:
≥;
≥;
≥;

照此规律,当n∈N*,n≥2时,≥______.
【答案】 
【解析】 根据题意得≥(n∈N*,n≥2).

命题点3 与数列有关的推理
例3观察下列等式:
1+2+3+…+n=n(n+1);
1+3+6+…+n(n+1)=n(n+1)(n+2);
1+4+10+…+n(n+1)(n+2)=n(n+1)(n+2)(n+3);

可以推测,1+5+15+…+n(n+1)(n+2)(n+3)=____________________.
【答案】 n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)(n∈N*)
【解析】 根据式子中的规律可知,等式右侧为
n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4)
=n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4) (n∈N*).
命题点4 与图形变化有关的推理
例4(2017·大连调研)某种树的分枝生长规律如图所示,第1年到第5年的分枝数分别为1,1,2,3,5,则预计第10年树的分枝数为(  )

A.21 B.34 C.52 D.55
【答案】 D
【解析】由2=1+1,3=1+2,5=2+3知,从第三项起,每一项都等于前两项的和,则第6年为8,第7年为13,第8年为21,第9年为34,第10年为55,故选D.
【思维点拨】 归纳推理问题的常见类型及解题策略
(1)与数字有关的等式的推理.观察数字特点,找出等式左右两侧的规律及符号可解.
(2)与不等式有关的推理.观察每个不等式的特点,注意是纵向看,找到规律后可解.
(3)与数列有关的推理.通常是先求出几个特殊现象,采用不完全归纳法,找出数列的项与项数的关系,列出即可.
(4)与图形变化有关的推理.合理利用特殊图形归纳推理得出结论,并用赋值检验法验证其真伪性.
题型二 类比推理
例1(1)等差数列{an}的公差为d,前n项的和为Sn,则数列为等差数列,公差为.类似地,若各项均为正数的等比数列{bn}的公比为q,前n项的积为Tn,则等比数列{}的公比为(  )
A. B.q2
C. D.
【答案】C
【解析】由题设,得Tn=b1·b2·b3·…·bn=b1·b1q·b1q2·…·b1qn-1=bq1+2+…+(n-1)=.
∴=,∴等比数列{}的公比为,故选C.
(2)在平面上,设ha,hb,hc是△ABC三条边上的高,P为三角形内任一点,P到相应三边的距离分别为Pa,Pb,Pc,我们可以得到结论:++=1.把它类比到空间,则三棱锥中的类似结论为______________________.
【答案】 +++=1
【解析】设ha,hb,hc,hd分别是三棱锥A-BCD四个面上的高,P为三棱锥A-BCD内任一点,P到相应四个面的距离分别为Pa,Pb,Pc,Pd,于是可以得出结论:+++=1.
【思维点拨】 (1)进行类比推理,应从具体问题出发,通过观察、分析、联想进行类比,提出猜想.其中找到合适的类比对象是解题的关键.
(2)类比推理常见的情形有平面与空间类比;低维的与高维的类比;等差数列与等比数列类比;数的运算与向量的运算类比;圆锥曲线间的类比等.
题型三 演绎推理
例1数列{an}的前n项和记为Sn,已知a1=1,an+1=Sn (n∈N*).证明:
(1)数列是等比数列;
(2)Sn+1=4an.
【答案】略
【解析】(1)∵an+1=Sn+1-Sn,an+1=Sn,
∴(n+2)Sn=n(Sn+1-Sn),即nSn+1=2(n+1)Sn.
∴=2·,又=1≠0,(小前提)
故是以1为首项,2为公比的等比数列.(结论)
(大前提是等比数列的定义,这里省略了)
(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)
(第(2)问的大前提是第(1)问的结论以及题中的已知条件)
【思维点拨】演绎推理是由一般到特殊的推理,常用的一般模式为三段论,演绎推理的前提和结论之间有着某种蕴含关系,解题时要找准正确的大前提,一般地,当大前提不明确时,可找一个使结论成立的充分条件作为大前提.
直接证明与间接证明
题型四分析法
例1已知a>0,求证:-≥a+-2.
【答案】略
【解析】要证-≥a+-2,
只要证+2≥a++,
,故只要证2≥2,
即a2++4+4≥a2+2++2+2,
从而只要证2≥,
只要证4≥2,即a2+≥2,
而上述不等式显然成立,故原不等式成立.
【思维点拨】分析法的证明思路:先从结论入手,由此逐步推出保证此结论成立的充分条件,而当这些判断恰恰都是已证的命题(定义、公理、定理、法则、公式等)或要证命题的已知条件时命题得证.
题型五 综合法
例1已知函数f(x)=ln(1+x),g(x)=a+bx-x2+x3,函数y=f(x)与函数y=g(x)的图象在交点(0,0)处有公共切线.
(1)求a,b的值;
(2)证明:f(x)≤g(x).
【答案】a=0,b=1.
【解析】(1)f′(x)=,g′(x)=b-x+x2,
由题意得解得a=0,b=1.
(2)证明:令h(x)=f(x)-g(x)=ln (x+1)-x3+x2-x(x>-1),
h′(x)=-x2+x-1=,
∵x>-1,∴当-10;
当x>0时,h′(x)<0.
则h(x)在(-1,0)上为增函数,在(0,+∞)上为减函数.
h(x)max=h(0)=0,h(x)≤h(0)=0,即f(x)≤g(x).
【思维点拨】综合法是一种由因导果的证明方法,即由已知条件出发,推导出所要证明的等式或不等式成立.因此,综合法又叫做顺推证法或由因导果法,其逻辑依据是三段论式的演绎推理方法,这就要保证前提正确,推理合乎规律,才能保证结论的正确性.
题型六 反证法
例1 等差数列的前n项和为Sn,a1=1+,S3=9+3.
(1)求数列的通项an与前n项和Sn;
(2)设bn=(n∈N*),求证:数列中任意不同的三项都不可能成为等比数列.
【答案】(1)Sn=n(n+)(2)证明略.
【解析】(1)由已知得
∴d=2.故an=2n-1+,Sn=n(n+).
(2)证明:由(1)得bn==n+.
假设数列{bn}中存在三项bp,bq,br(p,q,r∈N*,且互不相等)成等比数列,则b=bpbr.
即(q+)2=(p+)(r+).
∴(q2-pr)+(2q-p-r)=0.
∵p,q,r∈N*,∴
∴2=pr,(p-r)2=0,∴p=r,与p≠r矛盾.
∴数列{bn}中任意不同的三项都不可能成等比数列.
【思维点拨】(1)适用范围:当一个命题的结论是以“至多”“至少”“唯一”或以否定形式出现时,宜用反证法来证.
(2)关键:在正确的推理下得出矛盾,矛盾可以是与已知条件矛盾,与假设矛盾,与定义、公理、定理矛盾,与事实矛盾等,推导出的矛盾必须是明显的.
四、成果巩固
合情推理与演绎推理

题型一 归纳推理
1.将自然数0,1,2,…按照如下形式进行摆列:

根据以上规律判定,从2 016到2 018的箭头方向是(  )

【答案】A
【解析】从所给的图形中观察得到规律:每隔四个单位,箭头的走向是一样的,比如说,0→1,箭头垂直指下,4→5箭头也是垂直指下,8→9也是如此,而2 016=4×504,所以2 016→2 017也是箭头垂直指下,之后2 017→2 018的箭头是水平向右,故选A.
2.如图,有一个六边形的点阵,它的中心是1个点(算第1层),第2层每边有2个点,第3层每边有3个点,…,依此类推,如果一个六边形点阵共有169个点,那么它的层数为(  )

A.6 B.7 C.8 D.9
【答案】C
【解析】由题意知,第1层的点数为1,第2层的点数为6,第3层的点数为2×6,第4层的点数为3×6,第5层的点数为4×6,…,第n(n≥2,n∈N*)层的点数为6(n-1).设一个点阵有n(n≥2,n∈N*)层,则共有的点数为1+6+6×2+…+6(n-1)=1+6·=3n2-3n+1,由题意,得3n2-3n+1=169,即(n+7)·(n-8)=0,所以n=8,故共有8层.
3.观察下列等式:
12=1;
12-22=-3;
12-22+32=6;
12-22+32-42=-10;

依此规律,第n个等式可为________
【答案】12-22+32-42+…+(-1)n+1n2=(-1)n+1·
【解析】第n个等式的左边第n项应是(-1)n+1n2,
右边数的绝对值为1+2+3+…+n=,
故有12-22+32-42+…+(-1)n+1n2=(-1)n+1·.
题型二 类比推理
1.若数列是等差数列,则数列也为等差数列.类比这一性质可知,若正项数列是等比数列,且也是等比数列,则dn的表达式应为(  )
A.dn=   B.dn=
C.dn=   D.dn=
【答案】D
【解析】若{an}是等差数列,则a1+a2+…+an=na1+d,∴bn=a1+d=n+a1-,即{bn}为等差数列;若{cn}是等比数列,则c1·c2·…·cn=c·q1+2+…+(n-1)=c·q,∴dn==c1·q,即{dn}为等比数列,故选D.
2.在平面几何中:△ABC的∠C内角平分线CE分AB所成线段的比为=.把这个结论类比到空间:在三棱锥A-BCD中(如图),平面DEC平分二面角A-CD-B,且与AB相交于E,则得到类比的结论是______

【答案】=
【解析】由平面中线段的比转化为空间中面积的比可得=.
题型三 演绎推理
1.(2017·全国Ⅱ)甲、乙、丙、丁四位同学一起去向老师询问成语竞赛的成绩,老师说:你们四人中有2位优秀,2位良好,我现在给甲看乙、丙的成绩,给乙看丙的成绩,给丁看甲的成绩.看后甲对大家说:我还是不知道我的成绩,根据以上信息,则(  )
A.乙可以知道四人的成绩
B.丁可以知道四人的成绩
C.乙、丁可以知道对方的成绩
D.乙、丁可以知道自己的成绩
【答案】 D
【解析】 由甲说:“我还是不知道我的成绩”可推知甲看到乙、丙的成绩为“1个优秀、1个良好”.乙看丙的成绩,结合甲的说法,丙为“优秀”时,乙为“良好”;丙为“良好”时,乙为“优秀”,可得乙可以知道自己的成绩.丁看甲的成绩,结合甲的说法,甲为“优秀”时,丁为“良好”;甲为“良好”时,丁为“优秀”,可得丁可以知道自己的成绩.
故选D.
2.已知函数y=f(x)满足:对任意a,b∈R,a≠b,都有af(a)+bf(b)>af(b)+bf(a),试证明:f(x)为R上的单调增函数.
【答案】 证明略
【解析】设x1,x2∈R,取x1则由题意得x1f(x1)+x2f(x2)>x1f(x2)+x2f(x1),
∴x1[f(x1)-f(x2)]+x2[f(x2)-f(x1)]>0,
[f(x2)-f(x1)](x2-x1)>0,
∵x10,f(x2)>f(x1).
∴y=f(x)为R上的单调增函数.
3.袋中装有偶数个球,其中红球、黑球各占一半.甲、乙、丙是三个空盒,每次从袋中任意取出两个球,将其中一个球放入甲盒,如果这个球是红球,就将另一个球放入乙盒,否则就放入丙盒.重复上述过程,直到袋中所有球都被放入盒中,则(  )
A.乙盒中黑球不多于丙盒中黑球
B.乙盒中红球与丙盒中黑球一样多
C.乙盒中红球不多于丙盒中红球
D.乙盒中黑球与丙盒中红球一样多
【答案】B
【解析】 取两个球往盒子中放有4种情况:
①红+红,则乙盒中红球数加1;
②黑+黑,则丙盒中黑球数加1;
③红+黑(红球放入甲盒中),则乙盒中黑球数加1;
④黑+红(黑球放入甲盒中),则丙盒中红球数加1.
因为红球和黑球个数一样多,所以①和②的情况一样多.③和④的情况完全随机.③和④对B选项中的乙盒中的红球数与丙盒中的黑球数没有任何影响.①和②出现的次数是一样的,所以对B选项中的乙盒中的红球数与丙盒中的黑球数的影响次数一样.综上,选B.
直接证明与间接证明
题型四分析法
1.分析法又称执果索因法,若用分析法证明:“设a>b>c,且a+b+c=0,求证A.a-b>0 B.a-c>0
C.(a-b)(a-c)>0 D.(a-b)(a-c)<0
【答案】C
【解析】由于a>b>c,且a+b+c=0,所以,(a+c)2-ac<3a2?a2+2ac+c2-ac-3a2<0?
-2a2+ac+c2<0?2a2-ac-c2>0?
(a-c)(2a+c)>0?(a-c)(a-b)>0.
2.若P=+,Q=+(a≥0),则P,Q的大小关系是(  )
A.P>Q   B.P=Q
C.P【答案】C
【解析】不妨设P<Q,∵要证P<Q,只要证P2<Q2,
只要证2a+7+2<2a+7+2·,
只要证a2+7a<a2+7a+12,
只要证0<12,
∵0<12成立,∴P<Q成立.
3.要使-<成立,则a,b应满足(  )
A.ab<0且a>b
B.ab>0且a>b
C.ab<0且aD.ab>0且a>b或ab<0且a【答案】D
【解析】要使-<成立,只要(-)3<()3成立,
即a-b-3+3<a-b成立,
只要<成立,只要ab2<a2b成立,即要ab(b-a)<0成立,
只要ab>0且a>b或ab<0且a<b成立.
题型五 综合法
1.(2018·绥化模拟)设a,b,c均为正实数,则三个数a+,b+,c+(  )
A.都大于2 B.都小于2
C.至少有一个不大于2 D.至少有一个不小于2
【答案】D
【解析】∵a>0,b>0,c>0,
∴++
=++≥6,
当且仅当a=b=c=1时,“=”成立,故三者不能都小于2,即至少有一个不小于2.
2.如果a+b>a+b成立,则a,b应满足的条件是__________________________.
【答案】a≥0,b≥0且a≠b
【解析】∵a+b-(a+b)
=(a-b)+(b-a)
=(-)(a-b)
=(-)2(+).
∴当a≥0,b≥0且a≠b时,(-)2(+)>0.
∴a+b>a+b成立的条件是a≥0,b≥0且a≠b.
3.(2018·武汉月考)若a,b,c是不全相等的正数,求证:
lg+lg+lg>lg a+lg b+lg c.
【答案】证明略
【解析】∵a,b,c∈(0,+∞),
∴≥>0,≥>0,≥>0.
由于a,b,c是不全相等的正数,
∴上述三个不等式中等号不能同时成立,
∴··>abc>0成立.
上式两边同时取常用对数,得
lg>lg abc,
∴lg+lg+lg>lg a+lg b+lg c.
题型六 反证法
1.用反证法证明命题:若a+b+c为偶数,则“自然数a,b,c恰有一个偶数”时正确反设为(  )
A.自然数a,b,c都是奇数
B.自然数a,b,c都是偶数
C.自然数a,b,c中至少有两个偶数
D.自然数a,b,c中都是奇数或至少有两个偶数
【答案】D
【解析】由于“自然数a,b,c中恰有一个偶数”的否定是“自然数a,b,c都是奇数或至少有两个偶数”,故选D.
2.用反证法证明命题“已知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
【答案】A
【解析】用反证法证明命题的步骤中第一步是假设命题的反面成立,而“方程x3+ax+b=0至少有一个实根”的反面是“方程x3+ax+b=0没有实根”,故选A.
3.已知四棱锥S-ABCD中,底面是边长为1的正方形,又SB=SD=,SA=1.
(1)求证:SA⊥平面ABCD;
(2)在棱SC上是否存在异于S,C的点F,使得BF∥平面SAD?若存在,确定F点的位置;若不存在,请说明理由.
【答案】略
【解析】
(1)证明 由已知得SA2+AD2=SD2,∴SA⊥AD.
同理SA⊥AB.
又AB∩AD=A,AB?平面ABCD,AD?平面ABCD,
∴SA⊥平面ABCD.
(2)解 假设在棱SC上存在异于S,C的点F,使得BF∥平面SAD.

∵BC∥AD,BC?平面SAD.
∴BC∥平面SAD.而BC∩BF=B,
∴平面FBC∥平面SAD.
这与平面SBC和平面SAD有公共点S矛盾,
∴假设不成立.
∴不存在这样的点F,使得BF∥平面SAD.

五、课堂小结
推理与证明
类比推理
(1)进行类比推理,应从具体问题出发,通过观察、分析、联想进行对比,提出猜想.其中找到合适的类比对象是解题的关键.
(2)类比推理常见的情形有:平面与空间类比、低维与高维的类比、等差与等比数列类比、运算类比(加与乘、乘与乘方、减与除、除与开方)、数的运算与向量运算类比、圆锥曲线间的类比等.
归纳推理
(1)与等式或不等式“共舞”问题.观察所给的几个等式或不等式两边式子的特点,注意是纵向看,发现隐含的规律.
(2)与数列“牵手”问题.先求出几个特殊现象,归纳所得的结论是尚属未知的一般现象,该结论超越了前提所含的范围,从而由特殊的结论推广到一般结论.
(3)与图形变化“相融”问题.合理利用特殊图形归纳推理得出结论,并用赋值检验法验证其真伪性.
演绎推理
演绎推理是从一般到特殊的推理;其一般形式是三段论,应用三段论解决问题,应当首先明确什么是大前提和小前提,若前提是显然的,则可以省略.
直接证明与间接证明

分析法
分析法的证明思路:先从结论入手,由此逐步推出保证此结论成立的充分条件,而当这些判断恰恰都是已证的命题(定义、公理、定理、法则、公式等)或要证命题的已知条件时命题得证.
综合法
综合法是一种由因导果的证明方法,即由已知条件出发,推导出所要证明的等式或不等式成立.因此,综合法又叫做顺推证法或由因导果法,其逻辑依据是三段论式的演绎推理方法,这就要保证前提正确,推理合乎规律,才能保证结论的正确性.
反证法
(1)适用范围:当一个命题的结论是以“至多”“至少”“唯一”或以否定形式出现时,宜用反证法来证.
(2)关键:在正确的推理下得出矛盾,矛盾可以是与已知条件矛盾,与假设矛盾,与定义、公理、定理矛盾,与事实矛盾等,推导出的矛盾必须是明显的.





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