(1)當n=1時,S1=1-132=89,等式成立。
(2)設當n=k時,Sk=1-1(2k+1)2成立。
則當n=k+1時,有Sk+1=Sk+ak+1
=1-1(2k+1)2+1(2k+1)2-1(2k+3)2
=1-1[(2(k+1)+1]2
即當n=k+1時,等式也成立。
綜合(1)、(2)故等式對所有的自然數n均成立,即Sn=1-1(2n+1)2。
例9數列{an}滿足a1=12,a1=16,an+an+1+8n+2=3n(n+3)(n∈N),求通項an。
思維方法由a1=12=11×2,a2=1〖〗6=12×3,
猜想an=1n(n+1)(n∈N),的確也滿足
an+an+1+an+2=3n(n+3)。
我們用數學歸納法證明猜想的正確性。
證明由數列已知項a1=12=11×2,a2=16=12×3,推測通項an=1n(n+1)。
(1)當n=1、2時,結論成立。
(2)假設n=k、k+1時結論成立,即
a2=1k(k+1),ak+1=1(k+1)(k+2)成立。那麼,當n=k+2時,由遞推關係式有
ak+2=3k(k+3)-ak-ak+1
=3k(k+3)-1k(k+1)-1(k+1)(k+2)=1(k+2)(k+3)
即n=k+2時,結論也成立。
綜合上述,對於任意自然數n,有an=1n(n+1)。
5、變換轉化思維
從一種形式變換到另一種形的轉化,是數學解題最常用的方法之一。在求解問題時,把難題的問題轉換成一個或幾個比較簡單、難度較低或已經熟悉易於求解的新問題。通過對新問題的研究,發現原問題的解題思路,以達到解決原題之目的。這就是數學變換轉化思維方法的模式。
例10解方程:2(x+1)-2x(x+8)-2x(x+8)=x-x+8。
思維方法若直接兩邊平方,則化為高次方程,觀察根式的結構,考慮令y=x+8-x作代換,則方程轉化為二次方程y2+y-6=0,解得y,再代入求出x。
解令y=x+8-x,代入原方程整理得
y2+y-6=0,即(y-2)(y+3)=0解得y=2或-3。於是有x+8-x=2,解得x=1;x+8-x=-3,∵x+8>x。方程不合理,應舍去。
經檢驗x=1是原方程的根。
例11平麵上有800個點,任意兩點間的距離不超過1,任意三點都構成鈍角三角形。求證:可以用一個直徑為1的圓,把800個點全部蓋住。
思維方法直接證明有一定的難度,可考慮把命題轉化。在C2800個距離中取最大的距離記為A1A2(顯然,A1A2≤1)以A1A2為直徑作圓C,問題就轉化為證明:任一點Ai(3≤i≤800)都在圓C內。
事實上,任一點Ai與A1A2構成鈍角ΔA1AiA2,對最大邊長A1A2的角∠Ai為最大,是鈍角,所以Ai點必在圓C內。
例12已知x-1=y+12=z-23,當x,y,z為何值時,ω=x2+y2+z2有最值,並求其最值。
思維方法根據已知條件的特征,可引入比例變元k,將問題的形式變換轉為一元函數,使之易於求解。
解x-1=y+12=z-23=k,則有
x=k+1,y=2k-1,z=3k+2。
代入目標函數將其化為一個變量(k)的函數
ω=x2+y2+z2=14(k+514)2+4314。
則當k=-514,亦即x=914,y=-1217,z=1314時,ω=x2+y2+z2有最小值4314。