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反证法“反证法”在高中数学中运用探究怎么

收藏本文 2024-03-08 点赞:16933 浏览:71333 作者:网友投稿原创标记本站原创

高中数学相对于其他学科,拥有较强的逻辑性与规律性,这时数学方法的运用就显得尤为重要,就思维惯性而言,解决问题往往从正面入手,然而难免会遇到一些思维障碍或者困难,这时就需要另辟蹊径,从逆向思维的角度来对待问题,而反证法作为典型数学解决问题的方法之

一、在几何和数论中的运用尤为广泛.

一、“反证法”概述

一般情况下,反证法可以这样解释:
证明:命题A成立.
这时可以首先检测设:此命题A不成立(命题A的条件不变),
这时根据命题A不成立,往往会得到一个反命题C(一个或者多个),由反命题C而推出结论B,结论B很显然是矛盾或者错误的(根据某个正确的定理或者结论).
由此可以证明:检测设并不成立,或者检测设是错误的.
从而得出:命题A得证.
反证法的运用有一套规律的模式和方法可循,一般来说顺序可以归纳为先否定——然后推理——根据推理得出结论——发现结论的不合理——肯定原命题.这种命题的证明过程也是一个否定之后再否定的过程,利用正确的推导过程来得出矛盾,利用正确的理论来否定这个矛盾,进而肯定最初始的命题,所以也叫做“否定中的否定”.
概括地说,反证法的证明规律分为以下三个步骤:结论否定→得出矛盾→承认结论.
具体过程如下:
(1)检测设:检测定要证明的命题或者结论不正确,或者列出一个相反的检测设.
(2)推导:利用上文检测设或者反设的条件来进行推导和证明,进而得出一个新的结论.
(3)结果:发现新结论的不成立,进而肯定原命题或者结论的正确性.
值得注意的是,反正法的运用过程中,必须而且一定要有“反设”的存在,这有对求证命题进行相反检测设,才是真正意义上的反证法.其中反证法有在命题有两种情况存在时则需要区别对待;唯一性即命题的只存在一个反面结论,则只需要将这个反设即可;多元性.即结论的反设有多种,这是需要将这些反面的结论一一,只有这样原命题才能得证,这种方法也可以叫做列举法.

二、解决“不可能同时”或者“至少存在”命题

在解决几何数学的问题中,往往会遇到这样的证明题:证明这种图形的某种特征的不唯一性或者至少有一个满足条件,这时如果从正面直接入手,往往很难找到匹配的理论依据,证明过程也会陷入瓶颈,反证法在这种情况下便能很方便地对这个结论进行否定并给出证明,证明的结论也会很容易找出矛盾,进而保证原命题的正确性.
例1 若a,b,c都是小于1的正数,求证:(1-a)b,(1-b)c,(1-c)a三个数不可能同时大于14.
证明:检测设(1-a)b,(1-b)c,(1-c)a同时大于14,由于a,b,c都是小于1的正数,则有
32<(1-a)b+(1-b)c+(1-c)a<(1-a)+b2+(1-b)+c2+(1-c)+a2=32
得出矛盾,故原命题成立.

三、证明“不存在”问题

在解决几何证明题的过程中,往往会遇到这样的情况:

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要证明这个图形并不具备某种性质,另一种情况是证明具有这种特点的图形是不存在的,这种命题大多是带有否定的性质,这时直接证明的话就会显得烦琐复杂,如果考虑采用反证法,将这种命题的反面即把带有某种肯定性质的结论进行论证,过程往往会简化得多,所以这种证明不存在类型的命题大多也采用反证法.
例2 不存在自然数x、y,使得x的平方加y和y的平方加x都为完全平方数.
证明:检测设存在自然数x、y,使得x2+y和y2+x都为完全平方数.
即存在正整数m,n,使得:
x2+y=m2①
y2+x=n2②
由于x,y,m均为正整数,则m≥x+1③
欲证明②式不成立,只需证明y2+x<(y+1)2,即不存在n使②式成立.
y=m2-x2,代人即证(m2-x2)2+x<(m2-x2+1)2=>x<2m2-2x2+1.
由③式得2m2-2x2+1≥2(x+1)2-2x2+1=4x+1>x.
当①式成立时,不存在n使②式成立,即①②两式不能同时成立.
也就是不存在自然数x、y,使得x2+y和y2+x都为完全平方数.

四、证明“唯一性”问题

在几何或者代数中,常常会遇到一些命题需要证明结论的唯一性,即有且只有一个符合条件.
对这种有关唯一性的证明题型,如果直接证明则往往没有反证法效率高,因此在解决此种问题时大多会采用反证法来证明.
例3 求证:方程3x=17的解是唯一的.
分析:可以通过检测设存在两个解,得出矛盾.
由对数的定义易得,方程的一个解是x1=log317.
检测设还存在一个解x2,且(x2≠x1),则有3x2=17.
因为3x1=17,即3x23x1=

1.(1)

由检测设x2≠x1,即x2-x1≠0.
当时x2-x1>0,3x23x1>

1.(2)

当时x2-x1<0,3x23x1<

1.(3)

显然(2)、(3)和(1)都矛盾,所以检测设不成立,原方程有唯一解.
总之,反证法是逆向思维的一种直接反映,是相对于惯性思维而存在的不同的数学思维方法,这种思维的形成有利于学生打破思维惯性,拓宽思维视野,体验到数学方法和方式的多元化和多样性.而学生的推理能力和逻辑能力也会在反证法的锻炼中得到加强,同时反证法也有利于学生培养自己独立发现问题、提出问题并解决问题的能力,并在这种锻炼形式中获得解决实际生活问题的新模式,为以后的学习和生活产生可持续性的影响.

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