Trang Chủ Lớp 11 Bài tập SGK lớp 11

Bài 1,2,3,4,5 trang 82,83 SGK đại số và giải tích 11: Phương pháp quy nạp toán học

CHIA SẺ

Tóm tắt lý thuyết và Giải bài 1,2,3 trang 82; Bài 4,5 trang 83 SGK đại số và giải tích 11: Phương pháp quy nạp toán học. Đây là bài đầu tiên Chương 3 Đại số và giải tích lớp 11: Dãy số – cấp số cộng cấp số nhân.

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Để chứng minh một mệnh đề P(n) là đúng với mọi n ∈ N*, ta thường dùng phương pháp quy nạp toán học, được tiến hành theo hai bước như sau:

Bước 1 (bước cơ sở): Kiểm tra mệnh đề P(n) đúng với n = 1.

Bước 2 ( bước quy nạp): Giả thiết mệnh đề P(n) đúng với một số tự nhiên bất kì n = k, (k ≥ 1) (ta gọi là giả thiết quy nạp) và chứng minh rằng nó cũng đúng với n = k + 1.

Khi đó, theo nguyên lí quy nạp toán học, ta kết luận mệnh đề P(n) đùng với mọi n ∈ N

2. Trong trường hợp phải chứng minh một mệnh đề P(n) lf đúng vơi mọi số tự nhiên n ≥ p (p là số tự nhiên) thì:

– Ở bước 1, ta kiểm tra mệnh đề P(n) đúng với n = p.

Ở bước 2, ta giả thiết mệnh đề P(n) đúng với một số tự nhiên bất kì n = k, (k ≥ p) và chứng minh rằng nó cũng đúng với n = k + 1.

3. Phép thử với một số hữu hạn số tự nhiên tuy không phải là chứng minh nhưng cho phép ta dự đoán được kết quả. Kết quả này chỉ là giá thuyết và để chứng minh ta có thể dùng phương pháp quy nạp toán học.

Một số bài toán thường gặp

– Chứng minh các mệnh đề toán học liên quan đến lập luận lôgic.

– Chứng minh các đẳng thức, bất đẳng thức.

– Dự đoán kết quả và chứng minh.

B. Giải bài tập sách giáo khoa bài phương pháp quy nạp toán học – Sách giáo khoa đại số giải tích lớp 11 trang 82,83

Bài 1. Chứng minh rằng với n ∈ N*, ta có đẳng thức:

bai1

a) Với n = 1, vế trái chỉ có một số hạng là 2, vế phải bằng
(3+1) / 2 = 2

Vậy VT = VP hệ thức a) đúng với n = 1.

Đặt vế trái bằng  Sn.

Giả sử đẳng thức a) đúng với n = k ≥ 1, tức là1

Ta phải chứng minh rằng a) cũng đúng với n = k + 1, nghĩa là phải chứng minh2

Thật vậy, từ giả thiết quy nạp, ta có: 2_13

(điều phải chứng minh)

Vậy theo nguyên lí quy nạp toán học, hệ thức a) đúng với mọi n ∈ N*

b) Với n = 1, vế trái bằng 1/2, vế phải bằng 1/2, do đó hệ thức đúng.

Đặt vế trái bằng Sn.

Giả sử hệ thức b) đúng với n = k ≥ 1, tức là

4

Ta phải chứng minh 5

Thật vậy, từ giả thiết quy nạp, ta có:

6

(điều phải chứng minh)

Vậy theo nguyên lí quy nạp toán học, hệ thức b) đúng với mọi n ∈ N*

c) Với n = 1, vế trái bằng 1, vế phải bằng 1(1+1)(2+1) / 6 = 1 nên hệ thức c) đúng với n = 1.

Đặt vế trái bằng Sn.

Giả sử hệ thức c) đúng với n = k  ≥ 1, tức là7

Ta phải chứng minh

8

Thật vậy, từ giả thiết quy nạp ta có:

9 (đpcm)

Vậy theo nguyên lí quy nạp toán học, hệ thức c) đúng với mọi n ∈ N*


Bài 2. Chứng minh rằng với n ε  N*    ta luôn có:

a) n3 + 3n2 + 5n chia hết cho 3;

b) 4n + 15n – 1 chia hết cho 9;

c) n3 + 11n chia hết cho 6.

Đáp án: a) Đặt Sn = n3 + 3n2 + 5n

Với n = 1 thì S1 = 9 chia hết cho 3

Giả sử với n = k ≥ 1, ta có Sk = (k3 + 3k2 + 5k) ⋮ 3

Ta phải chứng minh rằng Sk+1 ⋮ 3

Thật vậy Sk+1 = (k + 1)3 + 3(k + 1)2 + 5(k + 1)

= k3  + 3k2 + 3k + 1 + 3k2 + 6k + 3 + 5k + 5

= k3 + 3k2 + 5k + 3k2 + 9k + 9

hay Sk+1 = Sk + 3(k2 + 3k + 3)

Theo giả thiết quy nạp thì Sk⋮3, mặt khác 3(k2 + 3k + 3) ⋮3 nên Sk+1 ⋮ 3.

Vậy (n3 + 3n2 + 5n) ⋮ 3 với mọi n ∈ N*  .

b) Đặt Sn = 4n + 15n – 1

Với n = 1, S1 = 41 + 15.1 – 1 = 18 nên S1 ⋮9

Giả sử với n = k ≥ 1 thì Sk= 4k + 15k – 1 chia hết cho 9.

Ta phải chứng minh Sk+1 ⋮ 9.

Thật vậy, ta có: Sk+1 = 4k + 1 + 15(k + 1) – 1

= 4(4k + 15k – 1) – 45k + 18 = 4Sk – 9(5k – 2)

Theo giả thiết quy nạp thì  Sk ⋮ 9  nên 4S1 ⋮ 9, mặt khác 9(5k – 2)  ⋮ 9, nên Sk+1 ⋮ 9

Vậy (4n + 15n – 1) ⋮ 9 với mọi n ∈ N*  

c) Đặt Sn = n3 + 11n

Với n = 1, ta có S1 = 13 + 11n = 12 nên S1 ⋮ 6

Giả sử với n = k ≥ 1 ,ta có S= k3 + 11k ⋮ 6

Ta phải chứng minh Sk+1 ⋮ 6

Thật vậy, ta có Sk+1 = (k + 1)3 + 11(k + 1) =  k3 + 3k + 3k + 1 + 11k + 11

= ( k3 + 11k) + 3(k2 + k + 4) = Sk + 3(k2 + k + 4)

THeo giả thiết quy nạp thì  Sk ⋮ 6, mặt khác k2 + k + 4 = k(k + 1) + 1 là số chẵn nên 3(k2 + k + 4) ⋮ 6, do đó Sk+1 ⋮ 6

Vậy n3 + 11n chia hết cho 6 với mọi n ∈ N*


Bài 3 Chứng minh rằng với mọi số tự nhiên n ≥ 2, ta có các bất đẳng thức:

a) 3n > 3n + 1;                  b) 2n + 1 > 2n + 3

Đáp án: a) Dễ thấy bất đẳng thức đúng với n = 2

Giả sử bất đẳng thức đúng với n = k ≥ 2, tức là

3k > 3k + 1    (1)

Nhân hai vế của (1) vơi 3, ta được:

3k + 1 > 9k + 3 ⇔ 3k + 1 > 3k + 4 + 6k -1.

Vì 6k – 1 > 0 nên

3k + 1 > 3k + 4 hay 3k + 1 > 3(k + 1) + 1.

tức là bất đẳng thức đúng với n = k + 1.

Vậy 3n > 3n + 1 với mọi số tự nhiên n ≥ 2.

b) Với n = 2 thì vế trái bằng 8, vế phải bằng 7. Vậy bất đẳng thức đúng với n = 2

Giả sử bất đẳng thức đúng với n = k ≥ 2, tức là

2k + 1  > 2k + 3              (2)

Ta phải chứng minh nó cũng đúng với n= k + 1, nghĩa là phải chứng minh

2k + 2 > 2(k + 1) + 3 <=> 2k + 2 > 2k + 5

Nhân hai vế của bất đẳng thức (2) với 2, ta được:

2k + 2 > 4k + 6 ⇔ 2k + 2 > 2k +5 + 2k + 1.

Vì 2k + 1> 0 nên 2k + 2 > 2k + 5

Vậy 2n + 1 > 2n + 3 với mọi số tự nhiên n ≥ 2.


Bài 4. Cho tổng 2015-11-16_221629 với n ∈ N

a) Tính S1, S2, S3.

b) Dự đoán công thức tính tổng Sn và chứng minh bằng quy nạp.

Giải: a) Ta có:

2015-11-16_221252

b) Từ câu a) ta dự đoán Sn=n/(n+1) (1), với mọi n ∈ N* .

Ta sẽ chứng minh đẳng thức (1) bằng phương pháp quy nạp

Khi n = 1, vế trái là S1 =1/2, vế phải bằng  1/(1+1)=1/2. Vậy đẳng thức (1) đúng.

Giả sử đẳng thức (1) đúng với n = ≥ 1, tức là                 2015-11-16_221522Ta phải chứng minh nó cũng đúng khi n = k + 1, nghĩa là phải chứng minh                  2015-11-16_221449Ta có 2015-11-16_221420

tức là đẳng thức (1) cũng đúng với n = k + 1.

Vậy đẳng thức (1) đã được chứng minh.


Bài 5 trang 83. Chứng minh rằng số đường chéo của một đa giác lồi n cạnh là 2015-11-16_221743

Giải: Ta chứng minh khẳng định đúng với mọi n ∈ N,  n ≥ 4.

Với n = 4, ta có tứ giác nên nó có hai đường chéo.

Mặt khác thay n = 4 vào công thức, ta có số đường chéo của tứ giác theo công thức là:   4(4-3)/2 = 2

Vậy khẳng định là đúng với n= 4.

Giả sử khẳng định là đúng với n = k ≥ 4, tức là đa giác lồi k cạnh có số đường chéo là  k(k – 3)/2

 Ta phải chứng minh khẳng định đúng với n = k + 1. Nghĩa là phải chứng minh đa giác lồi k + 1cạnh có số đường chéo là 2015-11-16_221858Xét đa giác lồi k + 1 cạnh
Nối A1  và   Ak, ta được đa giác k cạnh A1A2…Ak  có  k(k-3)/2 đường chéo (giả thiết quy nạp). Nối Ak+1 với các đỉnh A2, A3, …, Ak-1, ta được thêm k -2 đường chéo, ngoài ra A1Ak  cũng là một đường chéo.

Vậy số đường chéo của đa giác k + 1 cạnh là                  2015-11-16_222039

Như vậy, khẳng định cũng đúng với đa giác k + 1 cạnh. Vậy bài toán đã được chứng minh.