比如,结论为“不都是”“至少有一个”“至多有一个”,用反证法研究其对立面,我们的关注点就非常明确了.请注意:全称命题的否定必定是特称命题,特称命题的否定必定是全称命题.
例6 已知数列{bn}的通项公式为.求证:数列{bn}中的任意三项不可能成等差数列.
探究:假设数列{bn}存在三项br,bs,bt(r<s<t)按某种顺序成等差数列.
由于数列{bn}是首项为、公比为的等比数列,于是有br>bs>bt,则只可能有2bs=br+bt成立,
两边同乘以3t2-r,化简得2·2s-r3t-s=3t-r+2t-r.
由于r<s<t,所以上式右边为奇数,左边为偶数,故上式不可能成立,导致矛盾,
故数列{bn}中任意三项不可能成等差数列.
说明:“两边同乘以3t2-r,化简得2·2s-r3t-s=3t-r+2t-r”,这是一个实实在在的化简措施.它不仅仅去掉了分母,使得所有的指数都变成了正整数的标准结构,而且让左右两边完成了最大限度的约分,将化简进行到底,为后面矛盾的暴露做足了文章.
例7 若整系数一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)有有理根,求证:a,b,c中至少有一个是偶数.
探究1:假设a,b,c全为奇数.
因为方程有有理根,所以
所以b2-4ac=n2(n为正整数),所以(b-n)(b+n)=4ac.
因为a,b,c全为奇数,4ac为偶数,所以n只能为奇数,
则b-n为偶数,b+n为偶数.
又(b-n)(b+n)=4ac,
所以b-n=2a,b+n=2c,或者b-n=2,b+n=2ac,
或者……
两式相加可得b=a+c,或者b=ac+1,或者……
因为a,c为奇数,所以由上面可以看出b一定为偶数.(www.xing528.com)
与假设矛盾,原假设不成立,
所以原结论正确.
探究2:假设a,b,c全为奇数(且没有公约数).
因为方程有有理根,不妨设,其中m与n是互素整数、p与q是互素整数,则原方程为:
所以mpx2-(mq+np)x+nq=0(mp≠0).
与原方程比对可得mp=a,nq=c,-(mq+np)=b.
因为a,c全为奇数,所以mp,nq为奇数,所以m,p,n,q均为奇数,
所以-(mq+np)为偶数,也就是b为偶数.
这与b为奇数相矛盾,所以假设不成立,
所以原结论正确.
说明:这是一道竞赛级别的难题,结论也是多种情况.采用反证法大大减少了我们的研究范围,从反设出发在系数的奇偶性上大做文章,尤其是探究1,在被开方数为完全平方数方面发展反设极具想象力.这种方法在《第一节 配方法》里面已经出现过.
探究2回到一元二次方程的原始形式,在特定形势下,依据系数的性质进行“强硬和坚决”的发展,从而比较自然地找到了矛盾所在.
例8 求证:三个数|a+b|,|a-b|,|1-a|中至少有一个不小于
探究:设
说明:该题涉及两个未知数和三个绝对值,可以考虑利用绝对值不等式的性质,合理消元.当通过消元去除干扰因素后,问题的矛盾自然便显现出来了.
但是,|a+b|+|a-b|+2|1-a|≥|a+b+a-b+2(1-a)|=2.
这是两个矛盾的结果……
|a+b|+|a-b|+2|1-a|的构造,是需要一定预见性的.这里的2,是为了让我们在利用绝对值性质后,实现完全抵消化简结果.反证法的无穷魅力的显现需要转化思想的指引.
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