周漢軍

摘 ?要：數(shù)學(xué)歸納法是中學(xué)數(shù)學(xué)邏輯推理中不可缺少部分，是高考數(shù)學(xué)的熱點(diǎn)，但近年其證明方法發(fā)生了三大變化，本文以高考題與自主招生試題為例，對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明.

關(guān)鍵詞：高考;數(shù)學(xué)歸納法;變化

高考完畢，縱觀各類(lèi)試題，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)歸納法在試卷中占有很大的比例，為什么擱置數(shù)年之后的數(shù)學(xué)歸納法重現(xiàn)江湖呢？數(shù)學(xué)歸納法有固定的模式，用途廣泛，方法單一，沒(méi)有太多的技巧，學(xué)生不用花許多時(shí)間去構(gòu)造數(shù)學(xué)模型就能解決問(wèn)題. 但是回歸后的數(shù)學(xué)歸納法已經(jīng)不是過(guò)去那種單純給定結(jié)論來(lái)證明的數(shù)學(xué)歸納法了，它要經(jīng)過(guò)一系列的變化，再猜想結(jié)論、證明結(jié)論. 證明方法主要有三大變化特點(diǎn)：

由“n=k”到“nk”三部分，三部分的性質(zhì)有時(shí)互相融合

例1 ?（2014年廣東卷理）設(shè)數(shù)列{an}的前n和為Sn，滿足Sn=2nan+1-3n2-4n，n∈N*，且S3=15.

（1）？搖求a1，a2，a3的值;

（2）求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式.

解：（1）a1=s1=2a2-3×12-4×1=2a2-7

①，

a1+a2=s2=4a3-3×22-4×2=4a3-20②，

a1+a2+a3=s3=15③，？搖？搖？搖

聯(lián)立①②③可解a1=3，a2=5，a3=7.

（2）由（1）可以猜想：an=2n+1（n∈N+），

數(shù)學(xué)歸納法證明：（Ⅰ）當(dāng)n=1，a1=2×1+1=3，結(jié)論成立;

（Ⅱ）假設(shè)當(dāng)n

sn= ?= ?=n（n+2）④，由題意可知

an+1= ? ⑤，即有當(dāng)n=k+1時(shí)，由④⑤可知

ak+1= ?= ?=2k+3=2（k+1）+1，結(jié)論成立.

由（Ⅰ）（Ⅱ）可知，猜想an=2n+1，（n∈N+）結(jié)論成立.

評(píng)注：在此例的歸納推理過(guò)程中，改頭換面的是由“n=k”到“n

由“n=k+1”到“n=k”的變化特點(diǎn)：表面上“n=k+1”收縮到“n=k”，歸納的起點(diǎn)前移了，實(shí)際上“n=k”擴(kuò)充到“n=k+1”，歸納的起點(diǎn)后移了，滿足n=k+1歸納推理過(guò)程

例2？搖 （2014年“北約”試題）已知xi>0（i=1，2，3…，n）且x1x2…xn=1，求證：

（ ?+xi）≥（ ?+1）n.

證明：由題意可知，至少存在一對(duì)xi，xj，滿足0

（數(shù)學(xué)歸納法）（1）當(dāng)n=1時(shí)，驗(yàn)證結(jié)論顯然成立.

（2）假設(shè)當(dāng)n=k時(shí)，結(jié)論也成立，即有 ?（ ?+xi）≥（ ?+1）k成立，從而當(dāng)n=k+1時(shí)，

x1x2…（xkxk+1）=1， ?（ ?+xi）·（ ?+xkxk+1）≥（ ?+1）k（假設(shè)中的結(jié)論）

（ ?+xi）=（ ?+xk）（ ?+xk+1） ?（ ?+xi）=（2+ ?xi+ ?xk+1+xkxk+1） ?（ ?+xi）=（2+ ?xk+ ?·xk+1+ ?+xkxk+1- ?） ?（ ?+xi）=（ ?+xkxk+1） ?（ ?+xi）+ ?·（ ?+xk+xk+1-1） ?（ ?+xi）≥（ ?+1）k+ ?（ ?+xk） ?（ ?+xi）≥（ ?+1）k+ ?（ ?+1）k=（ ?+1）k+1，

即n=k+1時(shí)，結(jié)論也成立;

綜合（1）（2）知，對(duì)于任意n∈N*，原結(jié)論正確.

評(píng)注：在此例的歸納推理過(guò)程中，稍加分析，歸納奠基就出來(lái)了——同上題一樣改頭換面是：當(dāng)n=k+1時(shí)的xk·xk+1相當(dāng)于當(dāng)n=k時(shí)的xk，xk+xk+1-1→xk，“終點(diǎn)”擴(kuò)張了，這里巧用假設(shè)是證題關(guān)鍵.

同樣，推優(yōu)保送卷的命題者也對(duì)數(shù)學(xué)歸納法情有獨(dú)鐘，若知道數(shù)學(xué)歸納法的步驟，那么數(shù)學(xué)歸納法也保證你不會(huì)得很難堪的分?jǐn)?shù)，這就是命題者喜歡數(shù)學(xué)歸納法的原因吧！

例3 （2006年復(fù)旦大學(xué)推優(yōu)保送題）對(duì)于任意n∈N，x1，x2，…，xn均為非負(fù)實(shí)數(shù)，且滿足x1+x2+…+xn≤ ?，試用數(shù)學(xué)歸納法證明：（1-x1）（1-x2）…（1-xn）≥ ?成立.

證明：由已知條件得，x1，x2，…，xn∈0， ?.

（1）當(dāng)n=1時(shí)，x1≤ ?，則-x1≥- ?，則1-x1≥ ?，即此時(shí)結(jié)論成立.

（2）假設(shè)當(dāng)n=k ? ?（k∈N*）時(shí)，結(jié)論正確，即當(dāng)x1+x2+…+xk≤ ?，必有（1-x1）（1-x2）…（1-xk）≥ ?. 那么當(dāng)n=k+1時(shí)，由于x1+x2+…+xk+xk+1≤ ?，即x1+x2+…+xk-1+（xk+xk+1）≤ ?，則（1-x1）（1-x2）…（1-xk-1）·（1-xk-xk+1）≥ ?（假設(shè)），

則？搖（1-x1）（1-x2）…（1-xk）（1-xk+1）=（1-x1）（1-x2）…（1-xk-1）（1-xk-xk+1+xkxk+1）≥（1-x1）（1-x2）…（1-xk-1）（1-xk-xk+1+0）≥ ?，？搖

即結(jié)論當(dāng)n=k+1時(shí)也正確. ？搖

綜合（1）（2）知，對(duì)于任意n∈N*，原結(jié)論正確. ？搖？搖

評(píng)注：在此例的歸納推理過(guò)程中，數(shù)學(xué)歸納法的基本步驟沒(méi)變，改頭換面的是：當(dāng)n=k+1時(shí)的xk+xk+1相當(dāng)于當(dāng)n=k時(shí)的xk，“終點(diǎn)”擴(kuò)張了.

原題不能夠用常規(guī)方法或原題給的條件不全面，先猜測(cè)，再用數(shù)學(xué)歸納法加強(qiáng)條件，運(yùn)用“特殊到一般”、“由點(diǎn)到面”的邏輯關(guān)系

例4 ?（2014年重慶卷理）設(shè)a1=1，an+1= ?+b（n∈N*）

（1）若b=1，求a2，a3及數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式.

（2）若b=-1，問(wèn)：是否存在實(shí)數(shù)c使得a2n

解：（1）a ?= ?+1（n∈N*）略.

（2）由題意可知：a1=1，an+1= ?-1，an<1;利用特征根法n→∞，an+1=an=λ，λ為常數(shù)，解得λ= ?. （也可以先算出a2，a3，a4…，再歸納猜想）

由此用數(shù)學(xué)歸納法證明命題：a2n

（Ⅰ）當(dāng)n=1時(shí)，a2=0，a3= ?-1，即a2<

（Ⅱ）當(dāng)n=k時(shí)，結(jié)論也成立，即a2k

由于an+1= ?-1（n∈N*）在（-∞，1]上為減函數(shù)，c= ?-1>a2k+2= ?-1>0=a2.

即1>c>a2k+2>a2，同理由函數(shù)的單調(diào)性，c= ?-1

評(píng)注：本題數(shù)學(xué)歸納法沒(méi)有“前置”或“后移”，嚴(yán)格按照數(shù)學(xué)歸納法的兩個(gè)步驟. 特征根法，易于說(shuō)明本題數(shù)列收斂性，但歸納的結(jié)論需要利用函數(shù)性質(zhì)來(lái)加強(qiáng)條件.

數(shù)學(xué)歸納法是一種完全歸納法，有固定模式，條理清晰，步驟嚴(yán)密，過(guò)去數(shù)學(xué)試卷中運(yùn)用數(shù)學(xué)歸納法，歸納奠基與歸納推理都死搬硬套，學(xué)生容易掌握. 近年來(lái)數(shù)學(xué)歸納法中“起點(diǎn)前移”、“起點(diǎn)后移”、“終點(diǎn)擴(kuò)張”等等，是數(shù)學(xué)邏輯的外延，也是考查學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)邏輯的理解，選擇數(shù)學(xué)歸納法，遵循其邏輯關(guān)系中的步驟，對(duì)初學(xué)者是一種不錯(cuò)的證明方法.