摘要:目标意识是一种重要的思维策略.在数学归纳法中,目标意识的作用特别重要.本文结合实例,对数学归纳法中目标意识的定向、调控、选择、推理、化简、验证等作用,分别进行了介绍和论述.
论文关键词:数学,归纳法,目标意识,思维策略
一、目标意识的定向作用
例1(1998年高考题文)用数学归纳法证明:

证明:⑴当n=1时,左边 ,右边 ,∴n=1时,等式成立.
⑵假设n=k时,等式成立,即

对上式两边同时加上 得:

即当n=k+1时,等式成立.由⑴、⑵知,对任意的 ,等式都有成立.
评析:上述数学归纳法证明过程中,为什么只有在等式两端同时加上一项
,才能使证明过程比较简捷?这是由解题目标决定的.在思考第二步证明过程时,可先将n=k+1时要证明的等式:

事先写出,作为目标,然后与n=k时假设成立的等式
 
进行比较,就会发现n=k+1时成立的等式左边多了一项 ,所以,证明时应该在假设成立的等式两端同时加上这一项,从而确定了证明过程的思维方向,这正是上述证明方法的来由.这就是目标意识的定向作用.
二、目标意识的调控作用
例2(1993年高考题理)已知数列: ,Sn为其前n项和,经过计算得: ,观察上述结果,推测出Sn的计算公式,并用数学归纳法加以证明.
解:由已经计算的结果可以推测出: .现在对上式用数学归纳法进行证明:
⑴当n=1时,等式已经成立.
⑵假设n=k时,等式 成立.当n=k+1时,

所以当n=k+1时,等式成立.由⑴、⑵知对所有的自然数n,等式都有成立.
评析:把要证明的等式 作为目标,注意到等式右边有“1”的特征,就应该在证明过程中始终把“1”保持不变.这样就会使证明过程更简单一些,从而有效地把握和控制了证明思路,这就是目标意识的调控作用.
三、目标意识的选择作用
例3用数学归纳法证明:“ , ”的过程中,从假设n=k成立到证明n=k+1成立时,在等式两端需要乘的是( ).
(A) (B) (C) (D)
分析:先把n=k+1时要证明的等式

写出来当作目标,然后与n=k时假设成立的等式

进行对比,就会发现两个等式左面的差异,由此可知需要乘的代数式是 .所应该选(C).这就是目标意识的选择作用.
四、目标意识的分析作用
例4(1992年高考题理)证明不等式: 
证明:⑴当n=1时,左面=1,右面=2,不等式成立.
⑵假设n=k时,不等式成立,即
,对此式两端同时加上 得:
,
又 ,
 .
即当n=k+1时,不等式也成立.由⑴、⑵知对于任意 ,不等式都成立.
评析:上述证明过程中,对分子进行放大
这一步是不容易想到的.对此可以用目标意识进行分析.先把写出n=k+1时要证明的不等式 ,并作为目标,观察不等式右面就可以看出,必须证明不等式 成立,即只需证明不等式,即证明 .由基本不等式知,最后这个不等式成立.
这样用目标意识进行逆向分析,就能迅速找到解题思路,较快地解决关键的一步.这就是目标意识的分析作用.
五、目标意识的推理作用
例4用数学归纳法证明: ( )
证明:⑴当n=1时,左面= ,右面= , 成立.
⑵假设n=k时, 成立.当n=k+1时,因为

即当n=k+1时,不等式也成立.由⑴、⑵知对于任意 ,不等式都成立.
评析:在上述证明过程中,只所以要用不等式 、 进行放大消去 、 .这是因为要证明的目标不等式 的右面没有 、 .可见利用目标意识就能正确推理,使证明过程能够顺利进行.这就是目标意识的推理作用.
六、目标意识的化简作用
例4设sinα≠0,对于任意 用数学归纳法证明:
.
证明:⑴当n=1时,左面= ,右面= ,等式成立.
⑵假设n=k时,等式成立,即
.当n=k+1时,就有
 
这就是说,当n=k+1时,等式也成立.根据⑴、⑵知对于任意 ,等式都成立.
评析:这是高中代数课本下册等121页的内容,课本中给出的证明过程有点繁.如果运用目标意识进行分析,那么就能简化证明过程.先把n=k+1时,要证明的等式

写出作为目标,进行观察,因为上式右边的分子中有 ,所以在证明过程中就应该把 保留,按下面的方法进行变形:

这样就会使证明过程简单一些,这就是目标意识的化简作用.
七、目标意识的验证作用
例7(1989年高考题)是否存在常数a、b、c使得等式:
对于一切自然数n都成立,并用证明你的结论.
解:分别取n=1、2、3,就可以求得a=3、b=11、c=10,于是对于n=1、2、3等式
成立.
下面用数学归纳法证明对于一切自然数n,这个等式都成立.
⑴当n=1时,等式已经成立.
⑵假设n=k时,等式成立,即

当n=k+1时,对上式两端同时加上 得:

评析:在上述证明过程进行到倒数第二步时,即得到 时,不容易判断推理过程是否正确.这时就可以先把要证明的等式写出来:

作为目标,并将右边方括号中的 展开并化简 然后相互进行比较,就能验证推理过程是否正确.这就是目标意识的验证作用.
参考文献:
1、曹平原 《目标意识在数学归纳法中的作用》(数学大世界)1999年第3期.
2、曾晓新 乌玫 《分析目标比较差异实现解题》(数学通讯)1999年第9期.
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