高中数学新人教版选修2-2课时作业：第二章 推理与证明2.2.2反证法 Word版含解析.doc

2.2.2　反证法 明目标、知重点 1．了解反证法是间接证明的一种基本方法.2.理解反证法的思考过程，会用反证法证明数学问题． 1．定义：假设原命题不成立，经过正确的推理，最后得出矛盾，因此说明假设错误，从而证明了原命题成立，这种证明方法叫做反证法． 2．反证法常见的矛盾类型：反证法的关键是在正确的推理下得出矛盾．这个矛盾可以是与已知条件矛盾，或与假设矛盾，或与定义、公理、定理、事实矛盾等． 情境导学] 王戎小时候，爱和小朋友在路上玩耍．一天，他们发现路边的一棵树上结满了李子，小朋友一哄而上，去摘李子，独有王戎没动，等到小朋友们摘了李子一尝，原来是苦的！他们都问王戎：“你怎么知道李子是苦的呢？”王戎说：“假如李子不苦的话，早被路人摘光了，而这树上却结满了李子，所以李子一定是苦的．” 这就是著名的“道旁苦李”的故事．王戎的论述，运用的方法即是本节课所要学的方法——反证法． 探究点一　反证法的概念 思考1　通过情境导学得上述方法的一般模式是什么？ 答　(1)假设原命题不成立(提出原命题的否定，即“李子苦”)，(2)以此为条件，经过正确的推理，最后得出一个结论(“早被路人摘光了”)，(3)判定该结论与事实(“树上结满李子”)矛盾，因此说明假设错误，从而证明了原命题成立，这样的证明方法称为反证法． 思考2　反证法证明的关键是经过推理论证，得出矛盾．反证法引出的矛盾有几种情况？ 答　(1)与原题中的条件矛盾； (2)与定义、公理、定理、公式等矛盾； (3)与假设矛盾． 思考3　反证法主要适用于什么情形？ 答　①要证的结论与条件之间的联系不明显，直接由条件推出结论的线索不够清晰； ②如果从正面证明，需要分成多种情形进行分类讨论，而从反面进行证明，只要研究一种或很少的几种情形． 探究点二　用反证法证明定理、性质等一些事实结论 例1　已知直线a，b和平面α，如果a⊄α，b⊂α，且a∥b，求证：a∥α. 证明　因为a∥b， 所以经过直线a，b确定一个平面β. 因为a⊄α，而a⊂β，所以α与β是两个不同的平面． 因为b⊂α，且b⊂β，所以α∩β＝b. 下面用反证法证明直线a与平面α没有公共点． 假设直线a与平面α有公共点P，如图所示， 则P∈α∩β＝b，即点P是直线a与b的公共点， 这与a∥b矛盾．所以a∥α. 反思与感悟　数学中的一些基础命题都是数学中我们经常用到的明显事实，它们的判定方法极少，宜用反证法证明．正难则反是运用反证法的常见思路，即一个命题的结论如果难以直接证明时，可考虑用反证法． 跟踪训练1　如图，已知a∥b，a∩平面α＝A. 求证：直线b与平面α必相交． 证明　假设b与平面α不相交，即b⊂α或b∥α. ①若b⊂α，因为b∥a，a⊄α，所以a∥α， 这与a∩α＝A相矛盾； ②如图所示，如果b∥α， 则a，b确定平面β. 显然α与β相交， 设α∩β＝c，因为b∥α， 所以b∥c.又a∥b， 从而a∥c，且a⊄α，c⊂α， 则a∥α，这与a∩α＝A相矛盾． 由①②知，假设不成立， 故直线b与平面α必相交． 探究点三　用反证法证明否定性命题 例2　求证：不是有理数． 证明　假设是有理数．于是， 存在互质的正整数m，n， 使得＝，从而有m＝n，因此m2＝2n2， 所以m为偶数．于是可设m＝2k(k是正整数)，从而有 4k2＝2n2，即n2＝2k2， 所以n也为偶数．这与m，n互质矛盾． 由上述矛盾可知假设错误，从而不是有理数． 反思与感悟　当结论中含有“不”、“不是、“不可能”、“不存在”等否定形式的命题时，由于此类问题的反面比较具体，适于应用反证法． 跟踪训练2　已知三个正数a，b，c成等比数列，但不成等差数列，求证：，，不成等差数列． 证明　假设，，成等差数列，则 ＋＝2，即a＋c＋2＝4b， 而b2＝ac，即b＝，∴a＋c＋2＝4， ∴(－)2＝0.即＝， 从而a＝b＝c，与a，b，c不成等差数列矛盾， 故，，不成等差数列． 探究点四　含至多、至少、唯一型命题的证明 例3　若函数f(x)在区间a，b]上是增函数，那么方程f(x)＝0在区间a，b]上至多有一个实根． 证明　假设方程f(x)＝0在区间a，b]上至少有两个实根，设α、β为其中的两个实根．因为α≠β ，不妨设α<β，又因为函数f(x)在a，b]上是增函数，所以f(α)<f(β)．这与假设f(α)＝0＝f(β)矛盾，所以方程f(x)＝0在区间a，b]上至多有一个实根． 反思与感悟　当一个命题的结论有“最多”、“最少”、“至多”、“至少”、“唯一”等字样时，常用反证法来证明，用反证法证明时，注意准确写出命题的假设． 跟踪训练3　若a，b，c均为实数，且a＝x2－2y＋，b＝y2－2z＋，c＝z2－2x＋.求证：a、b、c中至少有一个大于0. 证明　假设a，b，c都不大于0，即a≤0，b≤0，c≤0， 所以a＋b＋c≤0， 而a＋b＋c＝(x2－2y＋)＋(y2－2z＋)＋(z2－2x＋)＝(x2－2x)＋(y2－2y)＋(z2－2z)＋π ＝(x－1)2＋(y－1)2＋(z－1)2＋π－3， 所以a＋b＋c>0，这与a＋b＋c≤0矛盾， 故a、b、c中至少有一个大于0. 1．证明“在△ABC中至多有一个直角或钝角”，第一步应假设(　　) A．三角形中至少有一个直角或钝角 B．三角形中至少有两个直角或钝角 C．三角形中没有直角或钝角 D．三角形中三个角都是直角或钝角 答案　B 2．用反证法证明“三角形中至少有一个内角不小于60°”，应先假设这个三角形中(　　) A．有一个内角小于60° B．每一个内角都小于60° C．有一个内角大于60° D．每一个内角都大于60° 答案　B 3．“a<b”的反面应是(　　) A．a≠b B．a>b C．a＝b D．a＝b或a>b 答案　D 4．用反证法证明“在同一平面内，若a⊥c，b⊥c，则a∥b”时，应假设(　　) A．a不垂直于c B．a，b都不垂直于c C．a⊥b D．a与b相交 答案　D 5．已知a≠0，证明：关于x的方程ax＝b有且只有一个根． 证明　由于a≠0，因此方程至少有一个根x＝. 如果方程不止一个根，不妨设x1，x2是它的两个不同的根，即ax1＝b，　　① ax2＝b. ② ①－②，得a(x1－x2)＝0. 因为x1≠x2，所以x1－x2≠0，所以应有a＝0，这与已知矛盾，故假设错误． 所以，当a≠0时，方程ax＝b有且只有一个根． 呈重点、现规律] 1．反证法证明的基本步骤是什么？ (1)假设命题结论的反面是正确的；(反设) (2)从这个假设出发，经过逻辑推理，推出与已知条件、公理、定义、定理、反设及明显的事实矛盾；(推缪) (3)由矛盾判定假设不正确，从而肯定原命题的结论是正确的．(结论) 2．反证法证题与“逆否命题法”是否相同？ 反证法的理论基础是逆否命题的等价性，但其证明思路不完全是证明一个命题的逆否命题．反证法在否定结论后，只要找到矛盾即可，可以与题设矛盾，也可以与假设矛盾，与定义、定理、公式、事实矛盾．因此，反证法与证明逆否命题是不同的. 一、基础过关 1．反证法的关键是在正确的推理下得出矛盾．这个矛盾可以是(　　) ①与已知条件矛盾　②与假设矛盾　③与定义、公理、定理矛盾　④与事实矛盾 A．①② B．①③ C．①③④ D．①②③④ 答案　D 2．否定：“自然数a，b，c中恰有一个偶数”时正确的反设为(　　) A．a，b，c都是偶数 B．a，b，c都是奇数 C．a，b，c中至少有两个偶数 D．a，b，c中都是奇数或至少有两个偶数 答案　D 解析　自然数a，b，c的奇偶性共有四种情形：3个都是奇数，1个偶数2个奇数，2个偶数1个奇数，3个都是偶数，所以否定“自然数a，b，c中恰有一个偶数”时正确的反设为“a，b，c”中都是奇数或至少有两个偶数． 3．有下列叙述：①“a>b”的反面是“a<b”；②“x＝y”的反面是“x>y或x<y”；③“三角形的外心在三角形外”的反面是“三角形的外心在三角形内”；④“三角形最多有一个钝角”的反面是“三角形没有钝角”．其中正确的叙述有(　　) A．0个 B．1个 C．2个 D．3个 答案　B 解析　①错：应为a≤b；②对；③错：应为三角形的外心在三角形内或在三角形的边上；④错：应为三角形可以有2个或2个以上的钝角． 4．用反证法证明命题：“a、b∈N，ab可被5整除，那么a，b中至少有一个能被5整除”时，假设的内容应为(　　) A．a，b都能被5整除 B．a，b都不能被5整除 C．a，b不都能被5整除 D．a不能被5整除 答案　B 解析　“至少有一个”的否定是“一个也没有”，即“a，b都不能被5整除”． 5．用反证法证明命题：“若整系数一元二次方程ax2＋bx＋c＝0有有理根，那么a，b，c中存在偶数”时，否定结论应为(　　) A．a，b，c都是偶数　　　　　B．a，b，c都不是偶数 C．a，b，c中至多一个是偶数 D．至多有两个偶数 答案　B 解析　a，b，c中存在偶数即至少有一个偶数，其否定为a，b，c都不是偶数． 6．“任何三角形的外角都至少有两个钝角”的否定应是_________________________. 答案　存在一个三角形，其外角最多有一个钝角 解析　“任何三角形”的否定是“存在一个三角形”，“至少有两个”的否定是“最多有一个”． 7．设二次函数f(x)＝ax2＋bx＋c(a≠0)中，a、b、c均为整数，且f(0)，f(1)均为奇数．求证：f(x)＝0无整数根． 证明　设f(x)＝0有一个整数根k，则 ak2＋bk＝－c.① 又∵f(0)＝c，f(1)＝a＋b＋c均为奇数， ∴a＋b为偶数，当k为偶数时，显然与①式矛盾； 当k为奇数时，设k＝2n＋1(n∈Z)，则ak2＋bk＝(2n＋1)·(2na＋a＋b)为偶数，也与①式矛盾，故假设不成立，所以方程f(x)＝0无整数根． 二、能力提升 8．已知x1>0，x1≠1且xn＋1＝(n＝1,2，…)，试证：“数列{xn}对任意的正整数n都满足xn>xn＋1”，当此题用反证法否定结论时应为(　　) A．对任意的正整数n，有xn＝xn＋1 B．存在正整数n，使xn＝xn＋1 C．存在正整数n，使xn≥xn＋1 D．存在正整数n，使xn≤xn＋1 答案　D 解析　“任意”的反语是“存在一个”． 9．设a，b，c都是正数，则三个数a＋，b＋，c＋(　　) A．都大于2 B．至少有一个大于2 C．至少有一个不小于2 D．至少有一个不大于2 答案　C 解析　假设a＋<2，b＋<2，c＋<2， 则(a＋)＋(b＋)＋(c＋)<6. 又(a＋)＋(b＋)＋(c＋)＝(a＋)＋(b＋)＋(c＋)≥2＋2＋2＝6，这与假设得到的不等式相矛盾，从而假设不正确，所以这三个数至少有一个不小于2. 10．若下列两个方程x2＋(a－1)x＋a2＝0，x2＋2ax－2a＝0中至少有一个方程有实根，则实数a的取值范围是________． 答案　a≤－2或a≥－1 解析　若两方程均无实根，则Δ1＝(a－1)2－4a2＝(3a－1)(－a－1)<0，∴a<－1或a>.Δ2＝(2a)2＋8a＝4a(a＋2)<0，∴－2<a<0，故－2<a<－1.若两个方程至少有一个方程有实根，则a≤－2或a≥－1. 11．已知a＋b＋c>0，ab＋bc＋ca>0，abc>0. 求证：a>0，b>0，c>0. 证明　用反证法： 假设a，b，c不都是正数，由abc>0可知，这三个数中必有两个为负数，一个为正数， 不妨设a<0，b<0，c>0，则由a＋b＋c>0， 可得c>－(a＋b)， 又a＋b<0，∴c(a＋b)<－(a＋b)(a＋b)， ab＋c(a＋b)<－(a＋b)(a＋b)＋ab， 即ab＋bc＋ca<－a2－ab－b2， ∵a2>0，ab>0，b2>0，∴－a2－ab－b2＝－(a2＋ab＋b2)<0，即ab＋bc＋ca<0， 这与已知ab＋bc＋ca>0矛盾，所以假设不成立． 因此a>0，b>0，c>0成立． 12．已知a，b，c∈(0,1)，求证：(1－a)b，(1－b)c，(1－c)a不可能都大于. 证明　假设三个式子同时大于， 即(1－a)b>，(1－b)c>，(1－c)a>， 三式相乘得(1－a)a·(1－b)b·(1－c)c>，① 又因为0<a<1，所以0<a(1－a)≤()2＝. 同理0<b(1－b)≤，0<c(1－c)≤， 所以(1－a)a·(1－b)b·(1－c)c≤② ①与②矛盾，所以假设不成立，故原命题成立． 三、探究与拓展 13．已知f(x)是R上的增函数，a，b∈R.证明下面两个命题： (1)若a＋b＞0，则f(a)＋f(b)＞f(－a)＋f(－b)； (2)若f(a)＋f(b)＞f(－a)＋f(－b)，则a＋b＞0. 证明　(1)因为a＋b＞0，所以a＞－b，b＞－a， 又因为f(x)是R上的增函数，所以f(a)＞f(－b)，f(b)＞f(－a)， 由不等式的性质可知f(a)＋f(b)＞f(－a)＋f(－b)． (2)假设a＋b≤0，则a≤－b，b≤－a， 因为f(x)是R上的增函数，所以f(a)≤f(－b)，f(b)≤f(－a)， 所以f(a)＋f(b)≤f(－a)＋f(－b)， 这与已知f(a)＋f(b)＞f(－a)＋f(－b)矛盾， 所以假设不正确，所以原命题成立．