第1节 合情推理与演绎推理
最新考纲 1.了解合情推理的含义,能利用归纳和类比等进行简单的推理,了解合情推理在数学发现中的作用;2.了解演绎推理的重要性,掌握演绎推理的基本模式,并能运用它们进行一些简单推理;3.了解合情推理和演绎推理之间的联系和差异
.
知 识 梳 理
1.合情推理
2.演绎推理
(1)定义:从一般性的原理出发,推出某个特殊情况下的结论,我们把这种推理称为演绎推理.简言之,演绎推理是由一般到特殊的推理. (2)“三段论”是演绎推理的一般模式,包括: ①大前提——已知的一般原理; ②小前提——所研究的特殊情况;
③结论——根据一般原理,对特殊情况作出的判断.
诊 断 自 测
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)归纳推理得到的结论不一定正确,类比推理得到的结论一定正确.( ) (2)由平面三角形的性质推测空间四面体的性质,这是一种合情推理.( ) (3)在类比时,平面中的三角形与空间中的平行六面体作为类比对象较为合适.( ) (4)在演绎推理中,只要符合演绎推理的形式,结论就一定正确.( ) 解析 (1)类比推理的结论不一定正确.
(3)平面中的三角形与空间中的四面体作为类比对象较为合适.
(4)演绎推理是在大前提、小前提和推理形式都正确时,得到的结论一定正确. 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×
2.数列2,5,11,20,x ,47,…中的x 等于( ) A.28
B.32
C.33
D.27
解析 5-2=3,11-5=6,20-11=9, 推出x -20=12,所以x =32. 答案 B
3.正弦函数是奇函数,f (x )=sin(x 2
+1)是正弦函数,因此f (x )=sin(x 2
+1)是奇函数,以上推理( ) A.结论正确
B.大前提不正确
C.小前提不正确
D.全不正确
解析 f (x )=sin(x 2
+1)不是正弦函数,所以小前提不正确. 答案 C
4.(2018·咸阳模拟)观察下列式子:1×2<2,1×2+2×3<9
2,1×2+2×3+3×4
<8,1×2+2×3+3×4+4×5<252
,…,根据以上规律,第n (n ∈N *
)个不等式是______________________.
解析 根据所给不等式可得第n 个不等式是1×2+2×3+…+n ·(n +1)<(n +1)2
2.
答案
1×2+2×3+…+n ·(n +1)<(n +1)
2
2
5.(选修1-2P35A6改编)在等差数列{a n }中,若a 10=0,则有a 1+a 2+…+a n =a 1+a 2+…+
a 19-n (n <19,n ∈N *)成立,类比上述性质,在等比数列{
b n }中,若b 9=1,则b 1b 2b 3…b n =
________.
答案 b 1b 2b 3…b 17-n (n <17,n ∈N *
)
考点一 归纳推理
【例1】 (1)(2018·佛山一模)所有真约数(除本身之外的正约数)的和等于它本身的正整数叫做完全数(也称为完备数、完美数),如6=1+2+3;28=1+2+4+7+14;496=1+2+
4+8+16+31+62+124+248,…,此外,它们都可以表示为2的一些连续正整数次幂之和,如6=21
+22
,28=22
+23
+24
,…,按此规律,8 128可表示为_____________. (2)(2018·济宁模拟)已知a i >0(i =1,2,3,…,n ),观察下列不等式:
a 1+a 2
2
≥a 1a 2;
a 1+a 2+a 3
3
≥3
a 1a 2a 3;
a 1+a 2+a 3+a 4
4≥4
a 1a 2a 3a 4;
……
照此规律,当n ∈N *
,n ≥2时,
a 1+a 2+…+a n
n
≥________.
解析 (1)由题意,如果2n
-1是质数,则2n -1
(2n -1)是完全数,例如:6=21+22=21(22
-
1),28=22
+23
+24
=22
(23
-1),…;若2n -1
(2n
-1)=8 128,解得n =7,所以8 128可表
示为26
(27
-1)=26
+27
+…+212
.
(2)根据题意有
a 1+a 2+…a n n
≥n a 1a 2…a n (n ∈N *
,n ≥2). 答案 (1)26
+27
+…+212
(2)n
a 1a 2…a n 规律方法 归纳推理问题的常见类型及解题策略
(1)与数字有关的等式的推理.观察数字特点,找出等式左右两侧的规律及符号可解. (2)与不等式有关的推理.观察每个不等式的特点,注意是纵向看,找到规律后可解. (3)与数列有关的推理.通常是先求出几个特殊现象,采用不完全归纳法,找出数列的项与项数的关系,列出即可.
(4)与图形变化有关的推理.合理利用特殊图形归纳推理得出结论,并用赋值检验法验证其真伪性.
【训练1】 (1)(2018·郑州一模)古希腊人常用小石子在沙滩上摆成各种形状来研究数,例如:
他们研究过图中的1,3,6,10,…,由于这些数能够表示成三角形,故将其称为三角形数,由以上规律,知这些三角形数从小到大形成一个数列{a n },那么a 10的值为( )
A.45
B.55
C.65
D.66
(2)古希腊毕达哥拉斯学派的数学家研究过各种多边形数,如三角形数1,3,6,10,…,第n 个三角形数为
n (n +1)2=1
2n 2
+12
n ,记第n 个k 边形数为N (n ,k )(k ≥3),以下列出了部分k 边形数中第n 个数的表达式: 三角形数 N (n ,3)=12n 2+12
n , 正方形数 N (n ,4)=n 2, 五边形数 N (n ,5)=32
n 2-12
n , 六边形数 N (n ,6)=2n 2-n
……
可以推测N (n ,k )的表达式,由此计算N (10,24)=______. 解析 (1)第1个图中,小石子有1个, 第2个图中,小石子有3=1+2个, 第3个图中,小石子有6=1+2+3个, 第4个图中,小石子有10=1+2+3+4个, ……
故第10个图中,小石子有1+2+3+…+10=10×11
2=55个,即a 10=55.
(2)三角形数 N (n ,3)=12n 2+12n =n 2
+n
2,
正方形数 N (n ,4)=n 2
=2n 2
-0·n
2
,
五边形数 N (n ,5)=32n 2-12n =3n 2
-n
2,
六边形数 N (n ,6)=2n 2
-n =4n 2
-2n
2
,
k 边形数 N (n ,k )=(k -2)n 2
-(k -4)n
2
,
所以N (10,24)=22×102
-20×102=2 200-200
2=1 000.
答案 (1)B (2)1 000 考点二 类比推理
【例2】 (1)(一题多解)若数列{a n }是等差数列,则数列{b n }?
?
?
??
b n =
a 1+a 2+…+a n n 也为等差
数列.类比这一性质可知,若正项数列{c n }是等比数列,且{d n }也是等比数列,则d n 的表达
式应为( ) A.d n =
c 1+c 2+…+c n
n
B.d n =
c 1·c 2·…·c n
n
C.d n =n c n 1
+c n 2+…+c n n
n
D.d n =n
c 1·c 2·…·c n
(2)(2018·湖北八校联考)祖暅是我国南北朝时代的数学家,是祖冲之的儿子.他提出了一条原理:“幂势既同,则积不容异.”这里的“幂”指水平截面的面积,“势”指高.这句话的意思是:两个等高的几何体若在所有等高处的水平截面的面积相等,则这两个几何体体积相
等.设由椭圆y 2a 2+x 2
b
2=1(a >b >0)所围成的平面图形绕y 轴旋转一周后,得一橄榄状的几何体
(称为椭球体)(如图),课本中介绍了应用祖暅原理求球体体积公式的方法,请类比此法,求出椭球体体积,其体积等于________.
解析 (1)法一 从商类比开方,从和类比积,则算术平均数可以类比几何平均数,故d n 的表达式为d n =n
c 1·c 2·…·c n .
法二 若{a n }是等差数列,则a 1+a 2+…+a n =na 1+
n (n -1)2
d ,∴b n =a 1+(n -1)2
d =d
2
n
+a 1-d
2
,即{b n }为等差数列;若{c n }是等比数列,则c 1·c 2·…·c n =c n
1·q
1+2+…+(n -1)
=
c n
1·q
n (n -1)
2
,∴d n =n
c 1·c 2·…·c n =c 1·q
n -12
,即{d n }为等比数列,故选D.
(2)椭圆的长半轴长为a ,短半轴长为b ,现构造两个底面半径为b ,高为a 的圆柱,然后在圆柱内挖去一个以圆柱下底面圆心为顶点,圆柱上底面为底面的圆锥,根据祖暅原理得出椭球体的体积V =2(V 圆柱-V 圆锥)=2? ????π×b 2×a -13π×b 2a =43πb 2a .
答案 (1)D (2)43
πb 2
a
规律方法 1.进行类比推理,应从具体问题出发,通过观察、分析、联想进行类比,提出猜想.其中找到合适的类比对象是解题的关键.
2.类比推理常见的情形有平面与空间类比;低维的与高维的类比;等差数列与等比数列类比;
数的运算与向量的运算类比;圆锥曲线间的类比等.
【训练2】 (1)(2017·安徽江南十校联考)我国古代数学名著《九章算术》中割圆术有:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体而无所失矣.”其体现的是一种无限与有限的转化过程,比如在
2+2+2+…中“…”即代表无限次重复,但原式
却是个定值x ,这可以通过方程2+x =x 确定出来x =2,类似地不难得到1+11+
11+…=
( ) A.-5-12
B.5-1
2 C.1+52
D.
1-5
2
(2)如图(1)所示,点O 是△ABC 内任意一点,连接AO ,BO ,CO ,并延长交对边于A 1,B 1,C 1,则
OA 1AA 1+OB 1BB 1+OC 1
CC 1
=1,类比猜想:点O 是空间四面体VBCD 内的任意一点,如图(2)所示,连接VO ,BO ,CO ,DO 并延长分别交面BCD ,VCD ,VBD ,VBC 于点V 1,B 1
,C 1,D 1,则有________________.
解析 (1)令1+11+
11+…=x (x >0),即1+1x =x ,即x 2-x -1=0,解得x =1+52(x =
1-52舍),故1+11+
11+…=1+5
2,故选C.
(2)利用类比推理,猜想应有OV 1VV 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1+OD 1
DD 1
=1. 用“体积法”证明如下:
OV 1VV 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1+OD 1DD 1=V O -BCD V V -BCD +V O -VCD V B -VCD +V O -VBD V C -VBD +V O -VBC V D -VBC =V V -BCD
V V -BCD
=1. 答案 (1)C (2)
OV 1VV 1+OB 1BB 1+OC 1CC 1+OD 1
DD 1
=1 考点三 演绎推理
【例3】 数列{a n }的前n 项和记为S n ,已知a 1=1,a n +1=
n +2
n
S n (n ∈N *).证明:
(1)数列????
??
S n n 是等比数列;
(2)S n +1=4a n .
证明 (1)∵a n +1=S n +1-S n ,a n +1=n +2
n
S n , ∴(n +2)S n =n (S n +1-S n ), 即nS n +1=2(n +1)S n . ∴
S n +1n +1=2·S n n ,又S 1
1
=1≠0,(小前提) 故????
??S n n 是以1为首项,2为公比的等比数列.(结论) (大前提是等比数列的定义,这里省略了) (2)由(1)可知
S n +1n +1=4·S n -1
n -1
(n ≥2), ∴S n +1=4(n +1)·
S n -1n -1=4·n -1+2
n -1
·S n -1 =4a n (n ≥2),(小前提)
又a 2=3S 1=3,S 2=a 1+a 2=1+3=4=4a 1,(小前提) ∴对于任意正整数n ,都有S n +1=4a n .(结论)
(第(2)问的大前提是第(1)问的结论以及题中的已知条件)
规律方法 演绎推理是从一般到特殊的推理;其一般形式是三段论,应用三段论解决问题时,应当首先明确什么是大前提和小前提,如果前提是显然的,则可以省略.
【训练3】 (2017·全国Ⅱ卷)甲、乙、丙、丁四位同学一起去向老师询问成语竞赛的成绩.老师说:你们四人中有2位优秀,2位良好,我现在给甲看乙、丙的成绩,给乙看丙的成绩,给丁看甲的成绩.看后甲对大家说:我还是不知道我的成绩.根据以上信息,则( ) A.乙可以知道四人的成绩 B.丁可以知道四人的成绩 C.乙、丁可以知道对方的成绩 D.乙、丁可以知道自己的成绩
解析 由甲说:“我还是不知道我的成绩”可推知甲看到乙、丙的成绩为“1个优秀,1个良好”.乙看丙的成绩,结合甲的说法,丙为“优秀”时,乙为“良好”;丙为“良好”时,乙为“优秀”,可得乙可以知道自己的成绩、丁看甲的成绩,结合甲的说法,甲为“优秀”时,丁为“良好”;甲为“良好”时,丁为“优秀”,可得丁可以知道自己的成绩. 答案 D
基础巩固题组
(建议用时:30分钟)
一、选择题
1.观察一列算式:1?1,1?2,2?1,1?3,2?2,3?1,1?4,2?3,3?2,4?1,…,则式子3?5是第( )
A.22项
B.23项
C.24项
D.25项
解析两数和为2的有1个,和为3的有2个,和为4的有3个,和为5的有4个,和为6的有5个,和为7的有6个,前面共有21个,3?5为和为8的第3项,所以为第24项,故选C.
答案 C
2.命题“有些有理数是无限循环小数,整数是有理数,所以整数是无限循环小数”是假命题,推理错误的原因是( )
A.使用了归纳推理
B.使用了类比推理
C.使用了“三段论”,但推理形式错误
D.使用了“三段论”,但小前提错误
解析由“三段论”的推理方式可知,该推理的错误原因是推理形式错误.
答案 C
3.观察(x2)′=2x,(x4)′=4x3,(cos x)′=-sin x,由归纳推理得:若定义在R上的函数f(x)满足f(-x)=f(x),记g(x)为f(x)的导函数,则g(-x)=( )
A.f(x)
B.-f(x)
C.g(x)
D.-g(x)
解析由已知得偶函数的导函数为奇函数,故g(-x)=-g(x).
答案 D
4.观察下列各式:a+b=1,a2+b2=3,a3+b3=4,a4+b4=7,a5+b5=11,…,则a10+b10等于( )
A.28
B.76
C.123
D.199
解析观察规律,归纳推理.
从给出的式子特点观察可推知,等式右端的值,从第三项开始,后一个式子的右端值等于它
前面两个式子右端值的和,照此规律,则a 10+b 10
=123. 答案 C
5.由代数式的乘法法则类比推导向量的数量积的运算法则: ①“mn =nm ”类比得到“a ·b =b ·a ”;
②“(m +n )t =mt +nt ”类比得到“(a +b )·c =a ·c +b ·c ”; ③“(m ·n )t =m (n ·t )”类比得到“(a ·b )·c =a ·(b ·c )”; ④“t ≠0,mt =xt ?m =x ”类比得到“p ≠0,a ·p =x ·p ?a =x ”; ⑤“|m ·n |=|m |·|n |”类比得到“|a ·b |=|a |·|b |”; ⑥“ac bc =a b ”类比得到“
a ·c
b ·
c =a
b
”. 以上式子中,类比得到的结论正确的个数是( ) A.1
B.2
C.3
D.4
解析 ①②正确;③④⑤⑥错误. 答案 B
6.(2017·宜昌一中月考)老师带甲、乙、丙、丁四名学生去参加自主招生考试,考试结束后老师向四名学生了解考试情况,四名学生回答如下: 甲说:“我们四人都没考好”; 乙说:“我们四人中有人考的好”; 丙说:“乙和丁至少有一人没考好”; 丁说:“我没考好”.
结果,四名学生中有两人说对了,则四名学生中说对的两人是( ) A.甲,丙
B.乙,丁
C.丙,丁
D.乙,丙
解析 甲与乙的关系是对立事件,二人说话矛盾,必有一对一错,如果丁正确,则丙也是对的,所以丁错误,可得丙正确,此时乙正确.故答案为D. 答案 D
7.(2018·郑州调研)平面内凸四边形有2条对角线,凸五边形有5条对角线,凸六边形有9条对角线,以此类推,凸13边形对角线的条数为( ) A.42
B.65
C.143
D.169
解析 可以通过列表归纳分析得到.
∴凸13边形有2+3+4+…+11=13×10
2=65条对角线.
答案 B
8.如图,有一个六边形的点阵,它的中心是1个点(算第1层),第2层每边有2个点,第3层每边有3个点,…,依此类推,如果一个六边形点阵共有169个点,那么它的层数为( )
A.6
B.7
C.8
D.9
解析 由题意知,第1层的点数为1,第2层的点数为6,第3层的点数为2×6,第4层的点数为3×6,第5层的点数为4×6,…,第n (n ≥2,n ∈N *
)层的点数为6(n -1).设一个点阵有n (n ≥2,n ∈N *)层,则共有的点数为1+6+6×2+…+6(n -1)=1+6+6(n -1)2×(n
-1)=3n 2
-3n +1,由题意得3n 2
-3n +1=169,即(n +7)·(n -8)=0,所以n =8,故共有8层. 答案 C 二、填空题 9.
仔
细
观
察
下
面
○
和
●
的
排
列
规
律
:
○●○○●○○○●○○○○●○○○○○●○○○○○○●…,若依此规律继续下去,得到一系列的○和●,那么在前120个○和●中,●的个数是________.
解析 进行分组○●|○○●|○○○●|○○○○●|○○○○○●|○○○○○○●|…, 则前n 组两种圈的总数是f (n )=2+3+4+…+(n +1)=n (n +3)
2
,易知f (14)=119,f (15)
=135,故n =14. 答案 14
10.观察下列等式:13
=12
,13
+23
=32
,13
+23
+33
=62
,13
+23
+33
+43
=102
,…,根据上述规律,第n 个等式为________.
解析 观察所给等式左右两边的构成易得第n 个等式为13
+23
+…+n 3
=????
??n (n +1)22
=n 2(n +1)2
4
.
答案 13+23+…+n 3
=
n 2(n +1)2
4
11.(2018·重庆模拟)在等差数列{a n }中,若公差为d ,且a 1=d ,那么有a m +a n =
a m +n ,类比上述性质,写出在等比数列{a n }中类似的性质:_____________________.
解析 等差数列中两项之和类比等比数列中两项之积,故在等比数列中,类似的性质是“在等比数列{a n }中,若公比为q ,且a 1=q ,则a m ·a n =a m +n .” 答案 在等比数列{a n }中,若公比为q ,且a 1=q ,则a m ·a n =a m +n
12.已知点A (x 1,ax 1),B (x 2,ax 2)是函数y =a x
(a >1)的图象上任意不同两点,依据图象可知,线段AB 总是位于A ,B 两点之间函数图象的上方,因此有结论
a x 1+a x 2
2
>a x 1+x 22
成立.运用
类比思想方法可知,若点A (x 1,sin x 1),B (x 2,sin x 2)是函数y =sin x (x ∈(0,π))的图象上任意不同两点,则类似地有________成立. 解析 对于函数y =a x
(a >1)的图象上任意不同两点A ,
B ,依据图象可知,线段AB 总是位于A ,B 两点之间函数图象的上方,因此有结论
a x 1+a x 2
2
>
a
x 1+x 2
2
成立;对于函数y =sin x (x ∈(0,π))的图象上任意不同的两点A (x 1,sin x 1),B (x 2,
sin x 2),线段AB 总是位于A ,B 两点之间函数图象的下方, 类比可知应有sin x 1+sin x 22<sin x 1+x 22成立.
答案
sin x 1+sin x 22<sin x 1+x 22
能力提升题组 (建议用时:15分钟)
13.(2017·湖北八校二联)有6名选手参加演讲比赛,观众甲猜测:4号或5号选手得第一名;观众乙猜测:3号选手不可能得第一名;观众丙猜测:1,2,6号选手中的一位获得第一名;观众丁猜测:4,5,6号选手都不可能获得第一名.比赛后发现没有并列名次,且甲、乙、丙、丁中只有1人猜对比赛结果,此人是( ) A.甲
B.乙
C.丙
D.丁
解析 根据题意,6名选手比赛结果甲、乙、丙、丁猜测如下表:
由表知,只有丁猜对了比赛结果,故选D. 答案 D
14.(2018·南昌调研)设等比数列{a n }的公比为q ,其前n 项和为S n ,前n 项之积为T n ,并且满足条件:a 1>1,a 2 016a 2 017>1,a 2 016-1
a 2 017-1
<0,下列结论中正确的是( )
A.q <0
B.a 2 016a 2 018-1>0
C.T 2 016是数列{T n }中的最大项
D.S 2 016>S 2 017
解析 由a 1>1,a 2 016a 2 017>1得q >0,由
a 2 016-1
a 2 017-1
<0,a 1>1得a 2 016>1,a 2 017<1,0 {a n }的前2 016项都大于1,从第2 017项起都小于1,因此T 2 016是数列{T n }中的最大项. 答案 C 15.若P 0(x 0,y 0)在椭圆x 2a 2+y 2 b 2=1(a >b >0)外,过P 0作椭圆的两条切线的切点为P 1,P 2,则切 点弦P 1P 2所在的直线方程是 x 0x a 2+y 0y b 2 =1,那么对于双曲线则有如下命题:若P 0(x 0,y 0)在双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)外,过P 0作双曲线的两条切线,切点为P 1,P 2,则切点弦P 1P 2所在 直线的方程是________. 解析 设P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2), 则P 1,P 2的切线方程分别是 x 1x a 2-y 1y b 2=1,x 2x a 2-y 2y b 2=1. 因为P 0(x 0,y 0)在这两条切线上, 故有 x 1x 0a 2-y 1y 0b 2=1, x 2x 0a 2-y 2y 0 b 2=1, 这说明P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2)在直线x 0x a -y 0y b =1上, 故切点弦P 1P 2所在的直线方程是x 0x a 2-y 0y b 2 =1. 答案 x 0x a 2-y 0y b 2 =1 16.(2017·北京卷)某学习小组由学生和教师组成,人员构成同时满足以下三个条件: (1)男学生人数多于女学生人数; (2)女学生人数多于教师人数; (3)教师人数的两倍多于男学生人数. ①若教师人数为4,则女学生人数的最大值为________. ②该小组人数的最小值为________. 解析 设男学生人数为x ,女学生人数为y ,教师人数为z ,由已知得???? ?x >y ,y >z ,2z >x , 且x ,y ,z 均 为正整数. ①当z =4时,8>x >y >4,∴x 的最大值为7,y 的最大值为6,故女学生人数的最大值为6. ②x >y >z >x 2,当x =3时,条件不成立,当x =4时,条件不成立,当x =5时,5>y >z >5 2 ,此 时z =3,y =4. ∴该小组人数的最小值为12. 答案 ①6 ②12