2015高考数学人教A版本(11-3推理与证明)一轮复习学案
【走向高考】2015届高考数学一轮总复习 11-3推理与证明课后强化作业 新人教A版
基础巩固强化
一、选择题
1.(文)观察下列各式:72=49,73=343,74=2401,…,则72011的末两位数字为( )
A.01 B.43
C.07 D.49
[答案] B
[解析] 75=16807,76=117649,又71=07,观察可见7n(n∈N*)的末二位数字呈周期出现,且周期为4,
∵2011=502×4+3,
∴72011与73末两位数字相同,故选B.
(理)(2012·江西理,6)观察下列各式:a+b=1,a2+b2=3,a3+b3=4,a4+b4=7,a5+b5=11,…,则a10+b10=( )
A.28 B.76
C.123 D.199
[答案] C
[解析] 本题考查了归纳推理能力,∵1+3=4,3+4=7,4+7=11,7+11=18,11+18=29,…,47+76=123,故选C.
[点评] 解答本题时,可能因为分析不出右边数字与前两式的数字关系,从而无从下手,导致无法解题或错选,要注意训练观察分析、归纳概括能力.
2.(2013·烟台质检)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”,但大前提错误
D.使用了“三段论”,但小前提错误
[答案] C
[解析] 三段论的大前提必须是全称命题,此推理过程是三段论,但大前提是特称命题.
3.(文)将正整数排成下表:
则在表中数字2014出现在( )
A.第44行第78列 B.第45行第78列
C.第44行第77列 D.第45行第77列
[答案] B
[解析] 第n行有2n-1个数字,前n行的数字个数为1+3+5+…+(2n-1)=n2.∵442=1936,452=2025,且1936<2014,2025>2014,∴2014在第45行.
2014-1936=78,∴2014在第78列,选B.
(理)已知“整数对”按如下规律排成一列:(1,1),(1,2),(2,1),(1,3),(2,2),(3,1),(1,4),(2,3),(3,2),(4,1),…,则第60个“整数对”是( )
A.(7,5) B.(5,7)
C.(2,10) D.(10,1)
[答案] B
[解析] 依题意,把“整数对”的和相同的分为一组,不难得知每组中每个“整数对”的和为n+1,且每组共有n个“整数对”,这样的前n组一共有个“整数对”,注意到<60<,因此第60个“整数对”处于第11组(每个“整数对”的和为12的组)的第5个位置,结合题意可知每个“整数对”的和为12的组中的各对数依次为:(1,11),(2,10),(3,9),(4,8),(5,7),…,因此第60个“整数对”是(5,7),选B.
4.(2012·长春调研)类比“两角和与差的正弦公式”的形式,对于给定的两个函数:S(x)=ax-a-x,C(x)=ax+a-x,其中a>0,且a≠1,下面正确的运算公式是( )
①S(x+y)=S(x)C(y)+C(x)S(y);
②S(x-y)=S(x)C(y)-C(x)S(y);
③2S(x+y)=S(x)C(y)+C(x)S(y);
④2S(x-y)=S(x)C(y)-C(x)S(y).
A.①② B.③④
C.①④ D.②③
[答案] B
[解析] 经验证易知①②错误.依题意,注意到2S(x+y)=2(ax+y-a-x-y),S(x)C(y)+
C(x)S(y)=2(ax+y-a-x-y),因此有2S(x+y)=S(x)C(y)+C(x)S(y);同理有2S(x-y)=S(x)C(y)-C(x)S(y).综上所述,选B.
5.(文)n个连续自然数按规律排成下表:
根据规律,从2012到2014的箭头方向依次为( )
A.↓→ B.→↑
C.↑→ D.→↓
[答案] A
[解析] 观察图例可见,位序相同的数字都是以4为公差的等差数列,故从2012至2014,其位序应与012相同,故选A.
(理)已知函数f(x)=sinx+ex+x2010,令f1(x)=f ′(x),f2(x)=f1′(x),f3(x)=f2′(x),…,fn+1(x)=fn′(x),则f2014(x)=( )
A.sinx+ex B.cosx+ex
C.-sinx+ex D.-cosx+ex
[答案] C
[解析] f1(x)=f ′(x)=cosx+ex+2010x2009,
f2(x)=f1′(x)=-sinx+ex+2010×2009x2008,
f3(x)=f2′(x)=-cosx+ex+2010×2009×2008x2007,
f4(x)=f3′(x)=sinx+ex+2010×2009×2008×2007x2006,
由此可以看出,该函数前2项的和成周期性变化,周期T=4;
而f2014(x)=f ′2013(x),此时其最后一项的导数已变为0.
故求f2014(x)的值,只需研究该函数前2项和的变化规律即可,于是,f2014(x)=f(2+4×503)(x)=-sinx+ex.
6.(文)定义某种新运算“⊗”:S=a⊗b的运算原理为如图的程序框图所示,则式子5⊗4-3⊗6=( )
A.2 B.1
C.3 D.4
[答案] B
[解析] 由题意知5⊗4=5×(4+1)=25,3⊗6=6×(3+1)=24,所以5⊗4-3⊗6=1.
(理)若定义在区间D上的函数f(x),对于D上的任意n个值x1、x2、…、xn,总满足f(x1)+f(x2)+…+f(xn)≥nf,则称f(x)为D上的凹函数,现已知f(x)=tanx在上是凹函数,则在锐角三角形ABC中,tanA+tanB+tanC的最小值是( )
A.3 B.
C.3 D.
[答案] C
[解析] 根据f(x)=tanx在上是凹函数,再结合凹函数定义得,tanA+tanB+tanC≥3tan=3tan=3.故所求的最小值为3.
二、填空题
7.(文)(2013·青岛模拟)如果函数f(x)在区间D上是凸函数,那么对于区间D内的任意x1,x2,…,xn,都有≤f().若y=sinx在区间(0,π)上是凸函数,那么在△ABC中,sinA+sinB+sinC的最大值是________.
[答案]
[解析] 由题意知,凸函数满足
≤f(),
∴sinA+sinB+sinC≤3sin
=3sin=.
(理)设f(x)定义如表,数列{xn}满足x1=5,xn+1=f(xn),则x2014的值为________.
x
1
2
3
4
5
6
f(x)
4
5
1
2
6
3
[答案] 1
[解析] 由条件知x1=5,x2=f(x1)=f(5)=6,x3=f(x2)=f(6)=3,x4=f(x3)=f(3)=1,x5=f(x4)=f(1)=4,x6=f(x5)=f(4)=2,x7=f(x6)=f(2)=5=x1,可知{xn}是周期为6的周期数列,∴x2014=x4=1.
8.(文)(2012·陕西文,12)观察下列不等式
1+<,
1++<,
1+++<,
……
照此规律,第五个不等式为__________________.
[答案] 1+++++<
[解析] 本题考查了归纳的思想方法.
观察可以发现,第n(n≥2)个不等式左端有n+1项,分子为1,分母依次为12,22,32,…,(n+1)2;右端分母为n+1,分子成等差数列,因此第n个不等式为1+++…+<,
所以第五个不等式为:
1+++++<.
(理)(2013·龙江模拟)已知f(n)=1+++…+(n∈N*),经计算得f(2)=,f(4)>2,f(8)>,f(16)>3,f(32)>.则有________________.
[答案] f(2n)≥(n≥2,n∈N*)
[解析] 因为f(22)>,f(23)>,f(24)>,f(25)>,所以当n≥2时,有f(2n)>.故填f(2n)>(n
≥2,n∈N*).
9.(文)(2013·山西四校联考)已知x∈(0,+∞),观察下列各式:x+≥2,x+=++≥3,x+=+++≥4,…,类比得x+≥n+1(n∈N*),则a=________.
[答案] nn
[解析] 第一个式子是n=1的情况,此时a=11=1,第二个式子是n=2的情况,此时a=22=4,第三个式子是n=3的情况,此时a=33=27,归纳可知a=nn.
(理)椭圆与双曲线有许多优美的对偶性质,如对于椭圆有如下命题:AB是椭圆+=1(a>b>0)的不平行于对称轴且不过原点的弦,M为AB的中点,则kOM·kAB=-.那么对于双曲线则有如下命题:AB是双曲线-=1(a>0,b>0)的不平行于对称轴且不过原点的弦,M为AB的中点,则kOM·kAB=________.
[答案]
[解析] 设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),则有
将A,B代入双曲线-=1中得,
-=1,-=1,
两式相减得=,
即=,
即=,
即kOM·kAB=.
三、解答题
10.(文)已知:a>0,b>0,a+b=1.求证:+≤2.
[证明] 要证+≤2,
只需证a++b++2≤4,
又a+b=1,故只需证≤1,只需证(a+)(b+)≤1,只需证ab≤.
∵a>0,b>0,1=a+b≥2,∴ab≤,故原不等式成立.
(理)(2013·鹤岗模拟)设数列{an}是公比为q的等比数列,Sn是它的前n项和.
(1)求证:数列{Sn}不是等比数列;
(2)数列{Sn}是等差数列吗?为什么?
[解析] (1)证明:假设数列{Sn}是等比数列,
则S=S1S3,即a(1+q)2=a1·a1(1+q+q2),
因为a1≠0,所以(1+q)2=1+q+q2,即q=0,
这与公比q≠0矛盾,所以数列{Sn}不是等比数列.
(2)当q=1时,{Sn}是等差数列;当q≠1时,{Sn}不是等差数列,否则2S2=S1+S3,即2a1(1+q)=a1+a1(1+q+q2),得q=0,这与公比q≠0矛盾.
能力拓展提升
一、选择题
11.(文)观察(x2)′=2x,(x4)′=4x3,(cosx)′=-sinx,由归纳推理可得: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)
[答案] D
[解析] 观察所给例子可看出偶函数求导后都变成了奇函数,∵f(-x)=f(x),∴f(x)为偶函数,∵g(x)=f ′(x),∴g(-x)=-g(x),选D.
(理)甲、乙两位同学玩游戏,对于给定的实数a1,按下列方法操作一次产生一个新的实数:由甲、乙同时各掷一枚均匀的硬币,如果出现两个正面朝上或两个反面朝上,则把a1乘以2后再加上12;如果出现一个正面朝上,一个反面朝上,则把a1除以2后再加上12,这样就可得到一个新的实数a2.对实数a2仍按上述方法进行一次操作,又得到一个新的实数a3.当a3>a1时,甲获胜,否则乙获胜.若甲获胜的概率为,则a1的取值范围是( )
A.[-12,24]
B.(-12,24)
C.(-∞,-12)∪(24,+∞)
D.(-∞,-12]∪[24,+∞)
[答案] D
[解析] 因为甲、乙同时各掷一枚均匀的硬币,出现的可能情形有4种:(正,正)、(正,反)、(反,正)、(反,反),所以每次操作后,得到两种新数的概率是一样的.
故由题意得
即4a1+36,a1+18,a1+36,a1+18出现的机会是均等的,由于当a3>a1时甲胜,且甲胜的概率为,故在上面四个表达式中,有3个大于a1,∵a1+18>a1,a1+36>a1,故在其余二数中有且仅有一个大于a1,由4a1+36>a1得a1>-12,由a1+18>a1得,a1<24,故当-12
”为全体实数排了一个“序”,类似地,我们在复数集C上也可以定义一个称为“序”的关系,记为“⊳”.定义如下:对于任意两个复数z1=a1+b1i,z2=a2+b2i(a1、b1、a2、b2∈R,i为虚数单位),当且仅当“a1>a2”或“a1=a2且b1>b2时,z1⊳z2”.下列命题为假命题的是( )
A.1⊳i⊳0
B.若z1⊳z2,z2⊳z3,则z1⊳z3
C.若z1⊳z2,则对于任意z∈C,z1+z⊳z2+z
D.对于复数z⊳0,若z1 ⊳z2,则z·z1⊳z·z2
[答案] D
[解析] 对于A,注意到1=1+0×i,i=0+1×i,0=0+0×i,1>0,则1⊳i,0=0且1>0,则i⊳0,因此有1⊳i⊳0,A正确.对于B,由z1⊳z2得“a1>a2”或“a1=a2且b1>b2”;由z2⊳z3得“a2>a3”或“a2=a3且b2>b3”,于是有“a1>a3”或“a1=a3且b1>b3”,即有z1⊳z3,选项B正确.对于C,设z=a+bi,由z1⊳z2得“a1>a2”或“a1=a2且b1>b2”,所以“a1+a>a2+a”或“a1+a=a2+a且b1+b>b2+b”,即有z1+z⊳z2+z,因此选项C正确.对于D,取z=1-2i⊳0,
z1=3,z2=3i,此时z·z1=3-6i,z·z2=6+3i,z·z2⊳z·z1,因此选项D不正确.综上所述,选D.
二、填空题
13.(文)(2013·山东省实验中学一模)以下是对命题“若两个正实数a1,a2满足a+a=1,则a1+a2≤”的证明过程:证明:构造函数f(x)=(x-a1)2+(x-a2)2=2x2-2(a1+a2)x+1,因为对一切实数x,恒有f(x)≥0,所以Δ≤0,从而得4(a1+a2)2-8≤0,所以a1+a2≤.
根据上述证明方法,若n个正实数a1、a2、…、an满足a+a+…+a=1时,你能得到的结论为____________________(不必证明).
[答案] a1+a2+…+an≤
(理)(2013·长沙模拟)已知P(x0,y0)是抛物线y2=2px(p>0)上的一点,过P点的切线方程的斜率可通过如下方式求得:在y2=2px两边同时对x求导,得2yy′=2p,则y′=,所以过P的切线的斜率k=.类比上述方法求出双曲线x2-=1在P(,)处的切线方程为________.
[答案] 2x-y-=0
[解析] 将双曲线方程化为y2=2(x2-1),类比上述方法两边同时对x求导得2yy′=4x,则y′=,即过P的切线的斜率k=,由于P(,),故切线斜率k==2,因此切线方程为y-=2(x-),整理得2x-y-=0.
14.(文)黑白两种颜色的正方形地砖依照下图所示的规律拼成若干个图形,则按此规律,第100个图形中有白色地砖________块;现将一粒豆子随机撒在第100个图中,则豆子落在白色地砖上的概率是________.
[答案] 503
[解析] 按拼图的规律,第1个图有白色地砖3×3-1(块),第2个图有白色地砖3×5-2(块),第3个图有白色地砖3×7-3(块),…,则第n个图形中有白色地砖3(2n+1)-n块,因此第100个图中有白色地砖3×201-100=503(块).第100个图中黑白地砖共有603块,则将一粒豆子随机撒在第100个图中,豆子落在白色地砖上的概率是.
(理)(2013·福州模拟)对一个边长为1的正方形进行如下操作:第一步,将它分割成3×3方格,接着用中心和四个角的5个小正方形,构成如图①所示的几何图形,其面积S1=;第二步,将图①的5个小正方形中的每个小正方形都进行与第一步相同的操作,得到图②;依此类推,到第n步,所得图形的面积Sn=()n.若将以上操作类比推广到棱长为1的正方体中,则到第n步,所得几何体的体积Vn=________.
[答案] ()n
[解析] 将棱长为1的正方体分割成3×3×3=27个全等的小正方体,拿去分别与中间小正方体的六个面重合的6个小正方体和分别与中间小正方体有1条棱重合的12个小正方体,则余下的9个小正方体体积V1=,第二步,将余下的9个小正方体作同样的操作,则余下的9×9个小正方体的体积V2=()2,故到第n步,所得几何体的体积Vn=()n.
15.(文)经过圆x2+y2=r2上一点M(x0,y0)的切线方程为x0x+y0y=r2.类比上述性质,可以得到椭圆+=1类似的性质为:经过椭圆+=1上一点P(x0,y0)的切线方程为________.
[答案] +=1
[解析] 过圆上一点M(x0,y0)的切线方程是把圆的方程中的x2、y2中的一个x和一个y分别用x0、y0代替,圆和椭圆都是封闭曲线,类比圆上一点的切线方程可以得到,过椭圆上一点P(x0,y0)的切线方程也是把椭圆方程中的x2、y2中的一个x和一个y分别用x0、y0代替,即得到切线方程为+=1.
例如过椭圆+y2=1上一点(1,)的切线方程为+y=1,即x+2y-4=0.
(理)已知命题:若数列{an}为等差数列,且am=a,an=b(m≠n,m、n∈N*),则am+n=;现已知等比数列{bn}(n∈N*),bm=a,bn=b(m≠n,m、n∈N*),类比上述结论,得出在等比数列{bn}中,bn+m=________.
[答案]
[解析] 等差数列中的bn和am可以类比等比数列中的bn和am,等差数列中的bn-am可以类比等比数列中的,数列中的可以类比等比数列中的,
故bm+n=.
证明如下:设bn=b1qn-1,则
bn+m=b1qn+m-1,
∵bm=a,bn=b,∴===b·qn(n-1)-m(m-1)=b·q(n-m)(n+m-1),
∴=b1qn+m-1=bm+n.
三、解答题
16.(文)观察①sin210°+cos240°+sin10°cos40°=;
②sin26°+cos236°+sin6°cos36°=.
由上面两题的结构规律,你能否提出一个猜想?并证明你的猜想.
[解析] 观察40°-10°=30°,36°-6°=30°,由此猜想:sin2α+cos2(30°+α)+sinα·cos(30°+α)=.
证明:sin2α+cos2(30°+α)+sinα·cos(30°+α)
=++[sin(30°+2α)-sin30°]=1+[cos(60°+2α)-cos2α]+sin(30°+2α)-=1+[-2sin(30°+2α)sin30°]+
=-sin(30°+2α)+(sin30°+2α)=.
(理)(2012·福建理,17)某同学在一次研究性学习中发现,以下五个式子的值都等于同一个常数:
①sin213°+cos217°-sin13°cos17°;
②sin215°+cos215°-sin15°cos15°;
③sin218°+cos212°-sin18°cos12°;
④sin2(-18°)+cos248°-sin(-18°)cos48°;
⑤sin2(-25°)+cos255°-sin(-25°)cos55°.
(1)试从上述五个式子中选择一个,求出这个常数;
(2)根据(1)的计算结果,将该同学的发现推广为三角恒等式,并证明你的结论.
[解析] (1)选择(2)式,计算如下:
sin215°+cos215°-sin15°cos15°
=1-sin30°=1-=.
(2)推广后的三角恒等式为sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)=.
证明如下:
sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)
=sin2α+(cos30°cosα+sin30°sinα)2-sinα(cos30°cosα+sin30°sinα)
=sin2α+cos2α+sinαcosα+sin2α-sinαcosα-sin2α
=sin2α+cos2α=.
解法二:
(1)同解法一.
(2)三角恒等式为sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)=.
证明如下:
sin2α+cos2(30°-α)-sinαcos(30°-α)
=+-sinα(cos30°cosα+sin30°sinα)
=-cos2α++(cos60°cos2α+sin60°sin2α)-sinαcosα-sin2α
=-cos2α++cos2α+sin2α-sin2α-(1-cos2α)
=1-cos2α-+cos2α=.
考纲要求
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.
4.了解直接证明的两种基本方法——分析法和综合法;了解分析法和综合法的思考过程、特点.
5.了解间接证明的一种基本方法——反证法,了解反证法的思考过程、特点.
补充说明
1.推理的概念
根据一个或几个已知的判断得出一个新判断,这种思维方式叫推理,推理一般有两部分组成:前提和结论.
2.合情推理
根据已有的事实,经过观察、分析、比较、联想,再进行归纳、类比,然后提出猜想的推理形式,它是前提为真时,结论可能为真的推理,这种推理叫做叫合情推理,数学中常见的合情推理是归纳推理和类比推理.
3.假言推理
假言推理的规则是:“若p⇒q,p真,则q真”.
它的本质是,通过验证结论的充分条件为真,从而判断结论为真.
4.关系推理
推理规则是:“如果aRb,bRc,则aRc”(其中R表示具有传递性的关系),这种推理叫关系推理,如:由a∥b,b∥c,推出a∥c,若a≥b,b≥c,则a≥c,都是关系推理.
5.直接证明
直接证明是从命题的条件或结论出发,根据已知的定义、公理、定理、法则等,直接推证结论的真实性.
6.分析法的特点是:从“未知”看需知,逐步靠拢“已知”,其每步推理都是寻求使每一步结论成立的充分条件,直到最后把要证明的结论归纳为判定一个明显成立的条件为止.
综合法的特点是:从“已知”看“可知”,逐步推向“未知”,其每步推理都是寻找使每一步结论成立的必要条件.
7.反证法
一般地,由证明p⇒q,转向证明綈q⇒r⇒…⇒t,而t与已知矛盾或与某个真命题矛盾,从而判定綈q为假,推出q为真的证明方法叫做反证法.
反证法是从否定命题的结论出发,通过正确、严密的逻辑推理,由此引出一个新的结论,而这个新结论与已知矛盾,从而肯定原结论是正确的一种间接证明方法.
这里所谓的“与已知矛盾”主要是指:
(1)与假设自相矛盾.
(2)与数学公理、定理、公式、法则、定义或已被证明了的结论矛盾.
(3)与公认的简单事实矛盾.
(4)使用反证法证明问题时,准确地做出反设(即否定结论),是正确运用反证法的前提,常见的“结论词”与“反设词”列表如下:
(5)用反证明证题时,要首先搞清证题的思路步骤;否定原命题时要准确无误;原命题的反面不只一种情形时,要逐个排除.
备选习题
1.(2013·临沂二模)对于大于或等于2的自然数n的二次方幂有如下分解方式:22=1+3,32=1+3+5,42=1+3+5+7,…,根据上述分解规律,对任意自然数n,当n≥2时,有____________.
[答案] n2=1+3+5+…+(2n-1)
2.(2013·温州第一次适应性测试)已知cos=,
coscos=,
coscoscos=,
……
(1)根据以上等式,可猜想出的一般结论是________;
(2)若数列{an}中,a1=cos,a2=coscos,a3=coscoscos,…,前n项和Sn=,则n=________.
[答案] (1)coscos·…·cos=(n∈N*) (2)10
[解析] (1)从题中所给的几个等式可知,第n个等式的左边应有n个余弦相乘,且分母均为2n+1,分子分别为π,2π,…,nπ,右边应为,故可以猜想出结论为cos·cos·…·cos=(n∈N*).
(2)由(1)可知an=,故Sn==1-==,解得n=10.
3.(2012·温州适应性测试)若数列{an}的各项按如下规律排列:,,,,,,,,,,…,,,…,,…,则a2012=________.
[答案]
[解析] 依题意得,将该数列中分子相同的项分成一组,第n组中的数出现的规律是:第n组中的数共有n个,并且每个数的分子均是n+1,相应的分母依次由1增大到n.由于1953=<2012<=2016,又2012=1953+59,因此题中的数列中的第2012项应位于第63组中的第59个数,则题中的数列中的第2012项的分子等于64,相应的分母等于59,即a2012=.