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以前上學的時候沒有學好數學歸納法,最近又學習了一下,其實數學歸納法有好幾種,這里介紹的是第一類數學歸納法和第二類數學歸納法
第一類數學歸納法
百度上是這么解釋的:
第一數學歸納法可以概括為以下三步:
(1)證明n=1時命題成立;
(2)假設n=k時命題成立;
(3)由歸納假設推出n=k+1時命題也成立
高中的時候不是很理解這其中的道理。
通常證明第1點很容易,將n=1代入給定的式子就可以得證。現在作為證明人,我們這樣假設:假設n=k時成立,有了這個假設,如果我們以此推出了n=k+1時也成立,那么命題得證。
這其中的道理何在呢:這樣的題無非是想讓我們證明對於所有的n(如果n為正整數,則n=1,n=2,n=3……)命題都成立。我們已然證明了n=1時成立,根據假設n=k成立,我們又能證明n=k+1時也成立,
這意味我們可以將k=1代入,得出n=2命題成立,將k=2代入,得出n=3時命題成立……依次類推,可以得出對所有的正整數都成立,這是一種非常直觀的感覺。
光有感覺不行,我們得證明這種歸納是正確的:
假設確實有那么一些數,使得命題不成立,設這些數構成的集合為S,取S中的最小的那個數m,我們知道m-1是可以讓命題成立的(因為m-1在S之外),由於我們之前已經證明如果n=k成立,是可以推出n=k+1也成立的,所以m-1成立肯定也能推出m成立,
得出矛盾。
高中接觸的是第一類歸納法,現在來用它證明等差數列前n項和公式:
證明:
n=1時,左邊等於右邊,命題成立
假設n=k時成立,即
,等式兩邊同時加上k+1得
即我們由n=k命題成立可以推出n=k+1使得命題成立,故命題得證
第二類數學歸納法
(1)當n=1時,命題成立;
(2)假設當n≤k(k∈N)時,命題成立,由此可推得當n=k+1時,命題也成立。那么命題對於一切正整數n來說都成立。
其正確性的證明類似第一類數學歸納的證明:
假設存在使得命題不正確的數集S,則S中必然存在最小的一個數m,由於m-1可讓命題為真,由條件可知m也可讓命題為真,得出矛盾。
斐波那契通項的證明
斐波那契數列是這樣的數列:0,1,1,2,3,5,8……,即f(0)=0,f(1)=1,f(n)=f(n-1)+f(n-2) (n>=2)。我們設:
證明:
我先用第二類數學歸納法證明:
當n=1時,,命題成立
假設n<=k-1時成立,結合斐波那契數列的定義我們有:
命題得證
該命題不可以用第一類數學歸納法來證明。我們由斐波納契的通項公式可發現,這是一個遞推式,即f(n)推導依賴於其前兩項,就是由“小的”可以推出“大的”,
這正契合了第二類歸納法中由n<=k-1推出n=k的情況,正是我們假設n<=k-1成立,自然也就假設了n=k-1,n=k-2也成立,而恰恰這兩項的和是n=k這一項,再結合1+1/a=a和
1+1/b=b,從而得出證明,可謂巧妙。
- 本文的數學公式用的是一個在線編輯器,如果你有更好的方式,歡迎告知,謝謝。
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