第4讲反证法

发布 2023-04-19 16:18:28 阅读 3251

竞赛热点。

1.反证法的实质。

欲证命题“若a则b”为真,只需说明b不成立不行,怎么说明b不成立不行呢?若由b不成立,经过严谨的推理,推出了矛盾,显然就可以说明b不成立不行,从而就迫使b必须成立。在由b不成立推导矛盾的过程中,完全可以使用题设条件(或者部分题设条件),而最终的矛盾也不一定是与题设条件(或部分题设条件)矛盾。

在许多时候,这种矛盾是指与已知公理、定理、定义所发生的矛盾,或者是与反证法的反投之间的矛盾,或者是在推理的过程中产生的两个命题间的矛盾,等等。

经过上述分析,我们不难明确运用反证法证明“”,其实质是在进行“a且且”的推理。而的逆否命题为,所以将反证法的实质视为证明原命题的逆否命题,实际上是对于反证法应用范围的缩小,是对于反证法的一种曲解。

2.应用反证法的前提是正确反设。

正确反设是实施反证法的第一步,此处的关键是逻辑知识而不全是数学知识。如何反设,通常的做法是:在弄清楚b的逻辑结构之后,运用逻辑知识与数学知识写出的结构。

事实上,由b到,只需进行三个方面的互换:全称与特称互换、肯定与否定互换、“且”与“或”互换。

解题示范。例1:已知,且试证“数列或者对任意的自然数都满足,或者对任意的自然数都满足”。当上述题目运用反证法否定结论的时候,应为( )

a.对任意的自然数,有。

b.存在正整数,使得。

c.存在正整数,使得且。

d.存在正整数,使得。

思路分析:正确的反设是使用反证法的前提,反设时,一定要认清楚命题结论的逻辑结构。该命题目的结论意指数列单调递增或者单调递减,即严格单调。

其否定应为:或者为常数列,或者为摆动数列。

解:选d例2:用反证法证明:三角形至少有两个锐角:

思路分析:此命题看似简单,但是在运用反证法证明时,很容易出现反设错误。

证明:假设存在一个,最多有一个锐角,从而至少有两个非锐角。不妨设,,于是而,从而。这显然与三角形的内角和定理矛盾。这一矛盾说明任何三角形至少有两个锐角。

举一反三:你在证明中是否用了下述反设:任何三角形只有一个锐角;存在一个三角形,只有一个锐角;所有三角形最少有两个钝角;存在一个三角形最少有两个钝角;所有三角形最少有两个直角;存在一个三角形最少有两个直角。

假如你用了,那么你就错了。请分析其中的知识错误与逻辑错误。正确的反设只能如上,当然,矛盾的产生不一定如上。

例3:若是正整数,求证:分数是既约分数(即最简分数,分子与分母没有公约数)。

思路分析:既约分数即为已经约分过的分数,欲证结论成立,只需论证分子、分母存在公约数时,公约数只能为1,因此题目适宜用反证法证明。

证明:设不是既约分数,那么它的分子、分母有公约数,设公约数为,且都是正整数,即。

所以,即,所以。

因为整数的和、差、积仍是整数,且只有乘数和被乘数都是时,积才能等于1,所以。

所以分子、分母有公约数的假设不能成立。

因此分数是既约分数。

例4:设,求证:中至少有一个不小于。

思路分析:题目属于“至少型命题”,适宜用反证法证明。

证明:假设。

记此三式分别为①、②则由①、②得。

两式相加得。

由②、③得。

两式相加得。

显然④与⑤矛盾,所以假设不成立,所以中至少有一个不小于。

举一反三:如此例,要证明的结论是“至多、至少”时 ,还是比较容易判断需要用反证法,从证明过程可以看出难点是“引出矛盾”,需具有一这一的能力,因此反证法在高考中很少要求,但是在竞赛中时有出现。

例5:若下列方程,中至少有一个方程有实根,试求实数的取值范围。

思路分析:三个方程中至少有一个方程有实根的反面情况仅有一种:三个方程均没有实根。先求出反面情况时的取值范围,则所得范围的补集就是正面情况的答案。

解:设三个方程均无实根,则有:

解得,即。所以当或时,三个方程中至少有一个方程有实根。

举一反三 “至少”、“至多”问题经常从反面考虑,有可能使情况变得简单。本题还用到了“判别式法”、“补集法”(全集r),也可以从正面直接求解,即分别求出三个方程有实根时()的取值范围,再将三个范围并起来,即求集合的并集。两种解法都要求对不等式解集的交、并、补概念和运算理解透彻。

例6:给定实数且,设函数(其中且),证明:

经过这个函数图象上任意两个不同点的直线不平行于轴;②这个函数的图象关于直线成轴对称图象。

思路分析:“不平行”的否定是“平行”,假设“平行”后得出矛盾从而推翻假设。

证明:①设是函数图象上任意两个不同的点,则。

假设直线平行于轴,则必有,即,整理得。

因为,所以,这与已知“”矛盾。

因此假设不对,即直线不平行于轴。

由得,即,所以,即原函数的反函数为,图象一致。

由互为反函数的两个图象关于直线对称可得,函数的图象关于直线成轴对称图象。

点评:对“不平行”的否定性结论使用反证法,在假设“平行”的情况下,容易得到一些性质,经过正确无误的推理,导出与已知互相矛盾。第②问中,对称问题使用反函数的对称性进行研究,方法比较巧妙,要求熟练运用反函数的求法和性质。

例7 :对于函数,若存在,使成立,则称为的不动点。如果函数有且只有两个不动点,且。

1)求函数的解析式;

2)已知各项不为零的数列满足·,求数列的通项;

3)如果数列满足,求证:当时,恒有成立。

思路分析:第(3)小题是一道恒成立问题,可以考虑运用反证**证。

解:(1)依题意有,化简为,由韦达定理得。

解得,代入表达式得,由得。

又因为,若,则不止有两个不动点,所以,故。

2)由题设得·,解得,(*

且,以代得(**

由(*)与(**两式相减得,即,所以或。

以代入(*)得,解得(舍去)或。

由,若得,这与矛盾,所以,即是以为首项,为公差的等差数列,所以。

3)采用反证法,假设,则由(1)可知,所以·,即,有,而当时,所以,这与假设矛盾,故假设不成立,所以。

例8:实数满足,且。求证:

分析:这是一道美国数学竞赛试题,直接证明比较困难,因此可考虑运用反证法。

证明:设中有个非负数,记为,有个负数,记为,,…其中,且。

不妨设,即。

因为,又因为,则,所以。

因为,所以。

又因为,所以。

因为,故,且,则。

所以都为非负数。

即,因而,这与相矛盾。

即假设不成立,所证结论成立。

点评:反证法的实质是从否定结论出发,通过逻辑推理导出矛盾。运用“正难则反”的策略是证明不等式的常见技巧。

能力测试。能力测试。

1.“a不是b的子集”的充分必要条件为( )

a.若则。b.若则。

c.存在,又存在。

d.存在。2.否定“自然数中恰好有一个偶数”时的正确反设为( )

a.都是奇数b.都是偶数。

c.至少有两个偶灵敏 d.或都是奇数或至少有两个偶数。

3.已知任意具有性质p,则为( )

a.存在不具有性质pb.不存在具有性质p

c.任意不具有性质pd.存在具有性质p

4.已知b:存在具有性质p,则为( )

a.存在不具有性质 p b.不存在具有性质p

c.任意不具有性质p d.存在具有性质p

5.已知任意具有性质p且具有性质q,则为( )

a.任意具有性质p且具有性质q

b.任意具有性质p或性质q

c.存在不具有性质p或不具有性质q

d.存在具有性质p且具有性质q

6.已知命题对任意的,有,则是( )

a.存在,有 b.对任意的,有。

c.存在,有 d.对任意的,有。

7.存在,使得对于任意都具有性质p,则为。

8.任意,都存在,具有性质p,则为。

9.已知是互不相等的非零实数,求证:三个方程,,至少有一个方程有两个相异实根。

10.若均为实数,且,,则中是否至少有一个大于零?请说明理由。

11.设s为平面上的一个有限点集(点数),其中若干点染上红色,其余的点染上蓝色,设任何3个及3个以上的同色的点不共线。求证:存在一个三角,使得。

1)它的3个顶点涂有相同颜色;

2)这个三角形至少有一边上不包含另一种颜色的点。

12.平面上给定五点,其中任何三点不在一直线上。试证:任意地用线段连结某些点(这些线段称为边),若所得到的图形中不出现以这五点中的任何三点为顶点的三角形,则这个图形不可能有7条或更多条边。

13.某校组织了20次天文观测活动,每次有5名学生参加,任何2名学生都至多同时参加一次观测。求证:至少有21名学生参加过这些观测活动。

14.已知,求证:

15.设是定义在上的函数,若存在,使得在上单调递增,在上单调递减,则称为上的单峰函数,为峰点,包含峰点的区间为含峰区间。

对任意的上的单峰函数,下面研究缩短其含峰区间长度的方法。

1)证明:对任意的,若,则为含峰区间;若,则为含峰区间;

2)对给定的,求证:存在,满足,使得由(1)所确定的含峰区间的长度不大于;

3)选取,由(1)可确定含峰区间为或,在所得的含峰区间内选取,由与类似地可确定一个新的含峰区间,在第一次确定的含峰区间为的情况下,试确定的值,满足两两之差的绝对值不小于0.02,且使得新的含峰区间的长度缩短到0.34(区间长度等于区间的右端点与左端点之差)。

冲击金牌。16.求最小正整数,使在任何个无理数中,总有3个数,其中每两个数之和都仍为无理数。

17.正整数(可以有相同的)使得两两不相等。问:中最少有多少个不同的数?

18.已知求证:数列中无完全平方数。

八年级数学反证法

11.6 反证法 导学案。高柳初级中学主备 刘媛媛审核 梁春永。课本内容 p137 138 课前准备 三角尺。学习目标 1 通过实例,体会反证法的含义 2 了解反证法的基本步骤,会用反证法证明简单的命题 一 自主预习课本p137 p138内容,独立完成课后练习 后,与小组同学交流 课前完成 二 结合...

八年级数学反证法

4.4反证法。教学目标。1 通过实例,体会反证法的含义 2 了解反证法的基本步骤,会用反证法证明简单的命题 3 理解本节中关于两线相交与平行的又一判定方法 重点和难点。本节教学的重点是反证法的含义和步骤 课本 合作学习 要求用两种方法完成平行线的传递性的证明,有较高难度,是本节教学的难点 教学过程。...

八年级数学反证法

又已知 过直线12外一点p有两条直线11,13与直线12平行,这与相矛盾,假设不成立,即求证的命题成立,13与12相交 教师简单引导学生小结 证明两线相交的又一判定方法 课本黑体字 3 根据上述填空,讨论得出反证法的一般步骤 学生活动 讨论后举手回答,其他同学相互补充,教师一边引导一边板书反证法的一...