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数学归纳法中目标意识的思维策略

时间:2016-03-27  作者:曹平原

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:

数学归纳法中目标意识的思维策略

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

思维策略

对上式两边同时加上思维策略得:

思维策略

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

数学归纳法中目标意识的思维策略,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:

数学

事先写出,作为目标,然后与n=k时假设成立的等式

思维策略

进行比较,就会发现n=k+1时成立的等式左边多了一项数学归纳法中目标意识的思维策略,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:归纳法 ,Sn为其前n项和,经过计算得:思维策略 ,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:数学.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,等式归纳法成立.当n=k+1时,

数学

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:把要证明的等式数学归纳法中目标意识的思维策略作为目标,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:“目标意识数学归纳法中目标意识的思维策略”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)思维策略 (D)

分析:先把n=k+1时要证明的等式

目标意识

写出来当作目标,然后与n=k时假设成立的等式

目标意识

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数学.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:数学归纳法中目标意识的思维策略 归纳法

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

目标意识,对此式两端同时加上得:

数学归纳法中目标意识的思维策略

目标意识

归纳法

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

数学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时要证明的不等式目标意识,并作为目标,观察不等式右面就可以看出,必须证明不等式思维策略成立,即只需证明不等式,即证明数学.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:思维策略

证明:⑴当n=1时,左面=,右面=数学归纳法中目标意识的思维策略成立.

⑵假设n=k时,数学归纳法中目标意识的思维策略成立.当n=k+1时,因为

思维策略

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,只所以要用不等式思维策略目标意识进行放大消去数学归纳法中目标意识的思维策略.这是因为要证明的目标不等式数学的右面没有思维策略.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:

目标意识

证明:⑴当n=1时,左面=,右面=目标意识,等式成立.

⑵假设n=k时,等式成立,即

思维策略.当n=k+1时,就有

目标意识 目标意识

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

数学

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

数学

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:

数学归纳法中目标意识的思维策略对于一切自然数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

思维策略成立.

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

目标意识

当n=k+1时,对上式两端同时加上目标意识得:

归纳法

评析:在上述证明过程进行到倒数第二步时,即得到目标意识时,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:

目标意识

作为目标,并将右边方括号中的数学展开并化简数学然后相互进行比较,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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