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高中数学:解决难题的思维方法

时间:2023-08-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:①到这里后,正面“进攻”无法再有进展,很难找到通往结论之路.那么让我们开始反证法吧!由数列的前一项研究数列的后一项,这与我们递推的思维方向刚好相反,而反证法刚好可以“拨乱反正”.那么,可否考虑一下反证法呢?,x1≤0,与x1=1>0相矛盾.所以xn+1>0恒成立且ln>0恒成立,所以xn=xn+1+ln>xn+1.说明:利用反证法,因为是名正言顺,所以证明过程简洁明快.

高中数学:解决难题的思维方法

例9 △ABC中,若sinA+cosA>1,则A必为锐角.

探究:若A不是锐角,则A必为直角或钝角.

A为直角时,sinA+cosA=1,与条件矛盾.

A为钝角时,sinA<1,cosA<0,两式相加可得sinA+cosA<1,也与条件矛盾,

所以假设错误,结论正确.

说明:上述证明也是对该问题的一种理解,其实还可以将条件两边平方得sinAcosA>0.这样,sinA与cosA同号,再加上A为三角形的内角,A必为锐角.

例10 已知A,B均为锐角,且sin(A+B)=sin2A+sin2B,求证:A+B=90°.

探究:初看起来,该题好像与反证法无关,让我们发展条件.

因为sinAcosB+cosAsinB=sin2A+sin2B,

所以sinA(sinA-cosB)+sinB(sinB-cosA)=0.……①

到这里后,正面“进攻”无法再有进展,很难找到通往结论之路.那么让我们开始反证法吧!

假设A+B≠90°,则A+B<90°或者A+B>90°.

(1)若A+B<90°,则A<90°-B,B<90°-A,

sinA<sin(90°-B)=cosB,sinB<sin(90°-A)=cosA,

所以sinA-cosB<0,sinB-cosA<0,

所以sinA(sinA-cosB)+sinB(sinB-cosA)<0,与①式矛盾.

(2)若A+B>90°,

则A>90°-B,B>90°-A,

sinA>sin(90°-B)=cosB,sinB>sin(90°-A)=cosA,

所以sinA-cosB>0,sinB-cosA>0,(www.xing528.com)

所以sinA(sinA-cosB)+sinB(sinB-cosA)>0,与①式矛盾.

所有情况都能产生矛盾,所以必有A+B=90°.

例11 已知函数f(x)在(-∞,+∞)上递增.求证:若f(a)+f(b)>f(-a)+f(-b),则a+b>0.

探究:直接证明有困难,因为我们的习惯是由自变量的信息研究函数值的信息而不是相反.现在问题恰恰如此,所以反证法应该是正常选择.

假设a+b≤0,则a≤-b,b≤-a.

因为函数f(x)在(-∞,+∞)递增,所以f(a)≤f(-b),f(b)≤f(-a).

两式相加得f(a)+f(b)≤f(-a)+f(-b),这与条件f(a)+f(b)>f(-a)+f(-b)产生矛盾.所以原假设不成立,即a+b>0.

例12 三棱锥P-ABC中,PA=PB=PC,O是三角形ABC的外心,求证:PO⊥平面ABC.

例12图

探究:本题的条件和结论看似没有什么直接关联,直接证明不易奏效,应该考虑反证法.

假设PO不垂直于平面ABC,则过P作底面ABC的垂线,垂足为H,连接HA,HB,HC,因为PA=PB=PC,且PH⊥HA、PH⊥HB、PH⊥HC.由勾股定理可得HA=HB=HC,所以H为△ABC的外心,即H与O重合.这是一个矛盾,所以假设不成立,即PO⊥平面ABC.

说明:该题其实就是同一法,证明重合或者矛盾,道理都是一样的.如果从结论出发容易发展变化,我们往往可以采用反证法.

例13 已知数列{xn}满足:x1=1,xn=xn+1+ln(1+xn+1)(n∈N*),求证:当n∈N*时,0<xn+1<xn.

探究:这是一个与超越函数有关的数列问题,而且是个“逆递推问题”(由函数值的关系推导自变量的关系,而不是相反),比较大小最常用的方法应该是作差法.要证明xn+1<xn,只要证明xn-xn+1>0,而xn-xn+1=ln(1+xn+1),所以只要证明xn+1>0.看看结论就知道,这是一举两得的好事!

由数列的前一项研究数列的后一项,这与我们递推的思维方向刚好相反,而反证法刚好可以“拨乱反正”.那么,可否考虑一下反证法呢?

显然,xn+1>-1.

假设存在n∈N*,xn+1≤0,则ln(1+xn+1)≤0,所以xn=xn+1+ln(1+xn+1)≤0.同理可得xn-1≤0,xn-2≤0,…,x1≤0,与x1=1>0相矛盾.所以xn+1>0恒成立且ln(1+xn+1)>0恒成立,所以xn=xn+1+ln(1+xn+1)>xn+1.

说明:利用反证法,因为是名正言顺,所以证明过程简洁明快.

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