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[巧解数列中的类比推理题] 类比推理1000题专题一

时间:2019-01-18 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  在最近的一次高三数学综合练习中,有这样的一道题:“等差数列{a?n}中,若a?m=a,a?n=b,则有a??m+n=am-bnm-n.类比上述结论,等比数列{b?n}(b?n>0)中,若b?m=p,b?n=q,则有b??m+n=.”这题得分非常低,班上一大半同学错了,答案五花八门,从学生那了解到,大多数同学都知道这是一道类比推理题,但没找到“类比源”,不会类比,导致答案出错,当然也有学生根本不会,随便写了个答案.
  所谓类比推理,是指根据两个(或两类)对象在某些方面的相似或相同,推演出它们在其他方面也相似或相同的一种逻辑方法.类比推理的思维过程大致如图所示:?
  观察、比较联想、类推猜测新的结论?
  其推理模式为:甲类事物具有性质A,B,C,D,乙类事物具有性质A′,B′,C′(A,B,C与A′,B′,C′相似或相同),所以乙类事物可能具有性质D′.
  这是从特殊到特殊的一种推理形式,所推出的结论未必可靠,仅是一种“似真”的结果,带有猜测的性质.尽管发现的结果不一定真实,但它毕竟是一种方法,因为类比联想可以发现新的数学知识,类比可以寻找到解决问题的方法和途径,可以培养学生的发散思维,创造思维及合情推理能力.《新课标》已把培养学生的类比推理能力作为主要的能力培养目标之一.在江苏省考试说明中,推理论证能力的考查要求是:能够根据已知的事实和已经获得的正确的数学命题,运用归纳,类比和演绎进行推理,论证某一数学命题的真假性.其中类比推理在近几年的高考中出现频率较高,
  例如:(1) (08年江苏高考题)如图,在平面直角坐标系xOy中,设三角形ABC的顶点分别为A(0,a),B(b,0),C(c,0),点P(0,p)在线段AO上的一点(异于端点),这里a,b,c,p均为非零实数,设直线BP,CP分别与边AC,AB交于点E,F,某同学已正确求得直线OE的方程为1b-1cx+1p-1ay=0,请你完成直线OF的方程:()x+1p-1ay=0.
  (2) (09年江苏高考题)在平面上,若两个正三角形的边长的比为1∶2,则它们的面积比为1∶4,类似地,在空间内,若两个正四面体的棱长的比为1∶2,则它们的体积比为.
  因此,在高中数学的教学过程中要加强对类比推理能力的培养.下面仅以数列知识为背景加以说明.
  等差数列与等比数列是高中数学中的重要内容,它们在定义等方面有许多相似之处,因此,可以用类比的方法研究它们的相关问题.它们之间的元素可按下列对应方法构成类比对象:
  等差数列{a?n}?
  定义:a?n-a??n-1=d(常数)(n≥2时)?
  通项公式:a?n=a?1+(n-1)d?
  性质:若m+n=p+q(m,n,p,q∈N?*),?
  则a?m+a?n=a?p+a?q
  等比数列{b?n}?
  b?nb??n-1=q(常数)(n≥2时)?
  b?n=b?1•qn-1?
  若m+n=p+q(m,n,p,q∈N?*),?
  则b?m•b?n=b?p•b?q
  在讲解这部分知识时注意引导学生要充分认识到数列中的类比思想,并引导学生进行类比发现:等差数列中的“差”对应着等比数列中的“商”;等差数列中的“和”对应着等比数列中的“积”;等差数列中的“倍数n-1”对应着等比数列中的“幂指数n-1”;等差数列中的“公差d=0”对应着等比数列中的“公比q=1”…….找到这些规律后,我们就不难得到下列三题的答案了.
  (1) 在等差数列{a?n}中,若a?8=0,则有等式a?1+a?2+a?3+…+a??15=0成立;类比上述结论,在等比数列{b?n}中,若b?8=1,则有等式成立.
  (2) 若{a?n}为等差数列,数列{b?n}满足:b?n=1n(a?1+a?2+a?3+…+a?n),则数列{b?n}也成等差数列;类比上述结论,若{c?n}为正项等比数列,数列{d?n}满足时,则数列{d?n}也成等比数列.
  (3) 数列{a?n}是等差数列,若b?n=a?1+2a?2+3a?3+…+na?n1+2+3+…+n,则数列{b?n}也为等差数列.类比上述结论,若{c?n}为正项等比数列,数列{d?n}满足时,则数列{d?n}也为等比数列.
  解答:(1) b?1•b?2•b?3…b??15=1;(2) d?n=(c?1•c?2•c?3…c?n)?1n;(3) d?n=(c?1•c?2?2•c?3?3…c?n?n)11+2+3+…+n.
  证明如下:(1) 方法一:在等差数列{a?n}中,若a?8=0,则a?1+a??15=2a?8=0,令
  S??15=a?1+a?2+a?3+…+a??15,
  倒序后,得:S??15=a??15+a??14+a??13+…+a?1,
  两式相加,得2S??15=15(a?1+a??15)=30a?8=0,∴a?1+a?2+a?3+…+a??15=0,
  类比倒序相加法,在等比数列中采用倒序相乘法,可得:
  在等比数列{b?n}中,若b?8=1,则b?1•b??15=b?2?8=1,令T??15=b?1•b?2•b?3…b??15,
  倒序后,得:T??15=b??15•b??14•b??13…b?1,
  两式相乘,得T?2??15=(b?1•b??15)15=(b?2?8)15=1,∵T??15>0∴b?1•b?2•b?3…b??15=1
  方法二:在等差数列{a?n}中,若a?8=0,则a?1+a??15=a?2+a??14=…=a?7+a?9=2a?8=0,
  ∴a?1+a?2+a?3+…+a??15=0,
  类比可得,在等比数列{b?n}中,若b?8=1,则b?1•b??15=b?2•b??14=…=b?7•b?9=b?2?8=1,
  ∴b?1•b?2•b?3…b??15=1
  事实上,掌握了等差、等比数列的相似性质,抓住“类比源”后,可以很快地找到答案及证明方法,同理可证(2)、(3)的结论.接下来看一道上海高考题:“在等差数列{a?n}中,若a??10=0,则有等式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,相应地:在等比数列{b?n}中,若b?9=1,则有等式成立.”
  注意到在等差数列{a?n}中,若a?k=0,则a??n+1+a??2k-n-1=a??n+2+a??2k-n-2=…=a?k+a?k=0;
  ∴a?1+a?2+…+a?n=a?1+a?2+…+a?n+(a??n+1+a??n+2+…+a??2k-2-n+a??2k-1-n)(n<2k-1,n∈N?*)
  因此在等差数列{a?n}中,若a??10=0,则有等式a?1+a?2+…+a?n=a?1+a?2+…+a??19-n(n<19,n∈N?*)成立.类比到等比数列{b?n}中,若b?k=1,则有b?1•b?2…b?n=b?1•b?2…b??2k-2-n•b??2k-1-n(n<2k-1,n∈N?*),
  所以答案是“b?1•b?2…b?n=b?1•b?2…b??17-n(n<17,n∈N?*)”.
  现在来看考试试题:“等差数列{a?n}中,若?a?m=a,a?n=b,则有a??m+n=am-bnm-n,类比上述结论,等比数列{b?n}(b?n>0)中,若b?m=p,b?n=q,则有b??m+n=?.”
  方法一:在等差数列{a?n}中,ma?m-na?nm-n=m[a?1+(m-1)d]-n[a?1+(n-1)d]m-n
  =(m-n)a?1+(m-n)(m+n-1)dm-n
  =a?1+(m+n-1)d=a??m+n
  类似地在正项等比数列{b?n}中,b?m?mb?n?n=(b?1•qm-1)?m(b?1•qn-1)?n=b?m?1•q(m-1)?mb?n?1•q(n-1)n=b?(m-n)?1q?m-n(m+n-1)
  =[b?1q(m+n-1)]m-n=b(m-n)??m+n,
  所以b??m+n=p?mq?n?1m-n
  方法二:等差数列{a?n}中,若a?m=a,a?n=b,则公差d=a-bm-n,
  所以a??m+n=a?m+nd=a+n•a-bm-n=am-an+an-bnm-n=am-bnm-n,
  类似地在正项等比数列{b?n}中,若b?m=p,b?n=q,则qm-n=pq,∴q=pq?1m-n
  所以b??m+n=b?m•q?n=p•pq?nm-n=p?mm-nq?nm-n=p?mq?n?1m-n
  实际上对于等差、等比数列,我们还有这样的两个结论:① 若{a?n}为等差数列,则{ca?n}(c>0且c≠1)为等比数列;② 若{b?n}为正项等比数列,则{log?cb?n}(c>0且c≠1)为等差数列.它们是联系等差、等比数列的很重要的桥梁,利用这两个结论,进行正确的指、对数运算,就很容易得出正确答案.
  例如:考试试题中,若{b?n}为正项等比数列,则{lgb?n}为等差数列,利用已知条件,令a?n=lgb?n,可得lgb??m+n=mlgb?m-nlgb?nm-n=lgb?m?mb?n?nm-n=lgp?mq?n?1m-n,
  ∴b??m+n=p?mq?n?1m-n
  上面的问题(1)中,令a?n=lgb?n,则lgb?1+lgb?2+lgb?3+…+lgb??15=0,
  即lg(b?1b?2b?3…+b??15)=0,所以有b?1•b?2•b?3…?b??15=1.
  问题(2)中,令a?n=lgc?n,b?n=lgd?n,
  则lgd?n=1n(lgc?1+lgc?2+lgc?3+…+lgc?n)=lg(c?1c?2c?3…+c?n)?1n,
  所以d?n=(c?1•c?2•c?3…c?n)?1n.
  问题(3)中,令a?n=lgc?n,b?n=lgd?n,则lgd?n=lgc?1+2lgc?2+3lgc?3+…+nlgc?n1+2+3+…+n
  =lg(c?1c?2?2c?3?3…+c?n?n)1+2+3+…+n=lg(c?1c?2?2c?3?3+…+c?n?n)?11+2+3+…+n
  所以d?n=(c?1•c?2?2•c?3?3…c?n?n)?11+2+3+…+n.
  如果把问题改为:(1) 在等比数列{a?n}中,若a?8=1,则有等式a?1•a?2•a?3…a??15=1成立;类比上述结论,在等差数列{b?n}中,若b?8=0,则有等式成立.
  这时只需令a?n=cb?n(c>0且c≠1),则cb?1•cb?2•cb?3…cb??15=1,即
  c(b?1+b?2+…+b??15)=1,所以b?1+b?2+b?3+…+b??15=0.再如:
  (4) 在等差数列{a?n}中,若p,q,r为互不相等的正整数,则(q-r)a?p+(r-p)a?q+(p-q)a?r=0成立,类比上述结论,在正项等比数列{b?n}中,有成立.
  解:令a?n=lgb?n,则(q-r)lgb?p+(r-p)lgb?q+?(p-q)lgb?r=0,
  从而lgb(q-r)?p+lgb(r-p)?q+lgb(p-q)?r=0,即lg[b(q-r)?p•b(r-p)?q•b(p-q)?r]=0,
  所以有结论:b(q-r)?p•b(r-p)?q•b(p-q)?r=1成立.
  (5) 在等差数列{a?n}中,它的前n项和为S?n=n(a?1+a?n)2,类比可得,在正项等比数列{b?n}中,有? .
  解:令a?n=lgb?n,则lgb?1+lgb?2+…+lgb?n=n(lgb?1+lgb?n)2,
  即lg(b?1•b?2…b?n)=nlg(b?1•b?n)2=[lg(b?1b?n)?n2],所以在正项等比数列{b?n}中,有它的前n项的积为T?n=(b?1b?n)?n2.
  掌握了这两个结论后,数列中的很多类比推理题都可以迎刃而解.进行类比时,要尽量从事物的本质上进行类比,不要被表面现象迷惑,否则,只抓到一点表面相似甚至假象就类比,那么就会犯机械类比的错误,但只要稍加分析,便可得到正确的类比结果.总之,类比思想方法博大精深,能够收到严格逻辑推理所不能达到的效果,它能提高人们的数学素质,改善思维品质,即富有创造性,又让人产生柳暗花明又一村的感觉.
  (责任编辑:张昌盛)

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