选修2-2--2.1合情推理与演绎推理课件.ppt
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内容内容结构结构“推理与证明推理与证明”是数学的基本思维过程，是数学的基本思维过程，也是人们学习和生活中经常使用的思维方式也是人们学习和生活中经常使用的思维方式推理一般包括合情推理和演绎推理在本章中，推理一般包括合情推理和演绎推理在本章中，我们将通过对已学知识的回顾，进一步体会合我们将通过对已学知识的回顾，进一步体会合情推理、演绎推理以及二者之间的联系与差异；情推理、演绎推理以及二者之间的联系与差异；体会数学证明的特点，了解数学证明的基本方体会数学证明的特点，了解数学证明的基本方法法,包括直接证明的方法（如分析法、综合法、包括直接证明的方法（如分析法、综合法、数学归纳法）和间接证明的方法（如反证法）；数学归纳法）和间接证明的方法（如反证法）；感受逻辑证明在数学以及日常生活中的作用，感受逻辑证明在数学以及日常生活中的作用，养成言之有理、论证有据的习惯。
养成言之有理、论证有据的习惯。
在日常生活中，人们常常需要进行这样那样的推理。
例如:
1、什么是推理推理是人们思维活动的过程，是根据一个或几个已知的判断来确定一个新的判断的思维过程。
医生诊断病人的病症，警察侦破案件，气象专家预测天气的可能状态，考古学家推断遗址的年代，数学家论证命题的真伪等等。
在数学中，证明的过程更离不开推理。
本节知识结构归纳推理归纳推理歌德巴赫猜想的提出过程：
歌德巴赫猜想的提出过程：
3710，31720，131730，1037，20317，301317偶数奇质数奇质数63+3，猜想：
一个偶数（不小于6）总可以表示成两个奇质数之和；83+5，105+5，125+7，147+7，165+11，100029+971，一个规律：
哥德巴赫猜想（GoldbachConjecture）世界近代三大数学难题之一。
哥德巴赫是德国一位中学教师，也是一位著名的数学家，生于1690年，1725年当选为俄国彼得堡科学院院士。
1742年，哥德巴赫在教学中发现，每个不小于6的偶数都是两个素数（只能被和它本身整除的数）之和。
如633，1257等等。
公元1742年6月7日哥德巴赫（Goldbach）写信给当时的大数学家欧拉（Euler），提出了以下的猜想:
（a）任何一个6之偶数,都可以表示成两个奇质数之和。
（b）任何一个9之奇数,都可以表示成三个奇质数之和。
归纳推理的定义:
由某类事物的部分对象具有某些特征,推出该类事物的全部对象都具有这些特征的推理,或者由个别事实概括出一般结论的推理,称为归纳推理（简称归纳）.简言之,归纳推理是由部分到整体、由个别到一般的推理。
例如：
金受热后体积膨胀，银受热后体积膨胀，铜受热后体积膨胀，铁受热后体积膨胀，金、银、铜、铁是金属的部分小类对象，它们受热后分子的凝聚力减弱，分子运动加速，分子彼此距离加大，从而导致体积膨胀所以，所有的金属受热后都体积膨胀。
例如：
磨擦双手（S1）能产生热（P），敲击石头（S2）能产生热（P），锤击铁块（S3）能产生热（P），磨擦双手、敲击石头、锤击铁块都是物质运动；所以，物质运动能产生热。
如如:
观察下图观察下图,可以发现可以发现1+3+（2n1）=n21+3=4=22，1+3+5=9=32，1+3+5+7=16=42，1+3+5+7+9=25=52，解:
当n=1时,a1=1;当n=2时，当n=3时，当n=4时，观察可得,数列的前4项都等于相应序号的倒数,由此猜想,这个数列的通项公式为:
例1:
已知数列an的第1项a1=1且（n=1,2,3）,试归纳出这个数列的通项公式.练习:
（2010.上海）根据图中5个图形及相应点的个数的变化规律,试猜测第n个图形中有个点.
（1）
（2）（3）（4）（5）练习:
（2009年广东）设平面内有n条直线（n3）,其中有且仅有两条直线互相平行,任意三条直线不过同一点.若用f（n）表示这n条直线交点的个数,f（4）=,当n4时,f（n）=.（用n表示）累加得:
归纳推理的一般步骤：
检验猜想。
提出带有规律性的结论，即猜想；对有限的资料进行观察、分析、归纳整理；归纳推理所得的结论仅是一种猜想，未必可靠，还需证明例如，法国数学家费马观察到都是质数，于是他用归纳推理提出猜想：
任何形如的数都是质数。
这就是著名的费马猜想。
半个世纪之后，善于计算的欧拉发现，第5个费马数不是质数，从而推翻了费马的猜想。
据说春秋时代鲁国的公输班（后人称鲁班，被认为是木匠业的祖师）一次去林中砍树时被一株齿形的茅草割破了手，这桩倒霉事却使他发明了锯子.鲁班的思路是这样的：
茅草是齿形的；茅草能割破手.我需要一种能割断木头的工具；它也可以是齿形的.这个推理过程是归纳推理吗？
vv可能有生命存在vv有生命存在vv温度适合生物的生存温度适合生物的生存vv一年中有四季的变更一年中有四季的变更vv有大气层有大气层vv大部分时间的温度适合地大部分时间的温度适合地球上某些已知生物的生存球上某些已知生物的生存vv一年中有四季的变更一年中有四季的变更vv有大气层vv行星、围绕太阳运行、绕行星、围绕太阳运行、绕轴自转轴自转vv行星、围绕太阳运行、行星、围绕太阳运行、绕轴自转绕轴自转火星地球由两类对象具有某些类似特征，和其中一类对象的某些已知特征，推出另一类对象也具有这些特征的推理称为类比推理（简称类比）类比推理的定义:
简言之，类比推理是由特殊到特殊的推理发明行星三大运动定律的开普勒曾说类比推理是自然奧妙的参与者和自己最好的老师数学家波利亚曾指出“类比是一个伟大的引路人,求解立体几何往往有赖于平面几何的类比问题.”【例1】如图，利用类比推测球的有关性质圆球圆心与弦（非直径）中点的连线垂直于弦与圆心距离相等的两条弦长相等；与圆心距离不等的两弦不等，距圆心较近的弦较长圆的周长C=圆的面积S=球心与截面圆（不经过球心的截面圆）圆心的连线垂直于截面圆。
与球心距离相等的两个截面圆面积相等；与球心距离不等的两个截面圆面积不等；与球心距离较近的截面圆面积较大。
球的表面积球的体积例2类比实数的加法和乘法，列出它们相似的运算性质。
解
（1）两个实数经过加法运算或乘法运算后，所得的结果仍然是一个实数。
（2）从运算律的角度考虑，加法和乘法都满足交换律和结合律，即a+b=b+aab=ba（a+b）+c=a+（b+c）（ab）c=a（bc）（3）从逆运算的角度考虑，二者都有逆运算，加法的逆运算是减法，乘法的逆运算是除法，这就使得方程都有唯一解a+0=a（4）在加法中，任意实数与0相加都不改变大小；乘法中的1与加法中的0类似，即任意实数与1的积都等于原来的数，即类比推理的一般步骤：
找出两类对象之间可以确切表述的相似特征；用一类对象的已知特征去推测另一类对象的特征，从而得出一个猜想；检验猜想。
你认为平面几何中的哪一类图形可以作为四面体的类比对象？
从构成几何体的元素数目看，四面体由4个平面围成，它是空间中由数目最少的基本元素（平面）围成的封闭几何体；从构成几何体的元素数目看，三角形由3条直线围成，它是平面内由数目最少的基本元素（直线）围成的封闭图形。
从这个角度看，我们可以把三角形作为四面体的类比对象。
例3类比平面内直角三角形的勾股定理，试给出空间中四面体性质的猜想。
BCAacbPFEDS1S2S3解：
考虑到直角三角形的两条边互相垂直，我们可以选取有3个面两两互相垂直的四面体，作为直角三角形的类比对象。
如图，RtABC中有勾股定理：
a2+b2=c2。
类似地,在四面体P-DEF中，PDF=PDE=EDF=900。
设S1，S2，S3和S分别表示PDF，PDE，EDF和PEF的面积。
直角三角形有2条直角边a，b和1条斜边c，类似于四面体P-DEF有3个“直角面”S1，S2，S3和1个“斜面”S.于是,类比勾股定理的结构，我们猜想S2=S12+S22+S32。
平面图形与空间图形常见类比对象平面图形空间图形直线三角形正方形圆图形面积切线垂线线线角平面坐标系平面四面体正方体球几何体体积切面垂面面面角空间坐标系R2POP1O1QP2R1Q2Q1O2O3运用类比思想，提升推理能力R同样地，类比推理所得的结论也不一定可靠。
例如，“平面内，同时垂直于一条直线的两条直线互相平行”得到猜想：
“空间中，同时垂直于一个平面的两个平面互相平行”显然，这个猜想是错误的。
合情推理归纳推理和类比推理都是根据已有的事实，经过观察、分析、比较、联想，再进行归纳、类比，然后提出猜想的推理，我们把它们统称为合情推理。
通俗地说，合情推理是指“合乎情理”的推理。
合情推理在数学中的作用数学研究中，得到一个新结论之前，合情推理常常能帮助我们猜测和发现结论。
证明一个数学结论之前，合情推理常常能为我们提供证明的思路和方向1.1.所有的金属都能导电所有的金属都能导电,2.2.一切奇数都不能被一切奇数都不能被22整除整除,所以铜能够导电所以铜能够导电.因为铜是金属因为铜是金属,所以所以（2（2100100+1）+1）不能被不能被22整除整除.因为因为（2（2100100+1）+1）是奇数是奇数,3.3.三角函数都是周期函数三角函数都是周期函数,所以所以tantan是周期函数是周期函数因为因为tantan是三角函数是三角函数,判断下列推理是否是合情推理判断下列推理是否是合情推理我们常以某些一般的判断为前提，得出一些个别的、具体的判断。
2.2.三角函数都是周期函数三角函数都是周期函数,所以所以tantan是周期函数是周期函数因为因为tantan是三角函数是三角函数,从一般性的命题推演出特殊性命题的推理从一般性的命题推演出特殊性命题的推理方法，称为方法，称为演绎推理演绎推理注：
注：
演绎推理是由演绎推理是由一般一般到到特殊特殊的推理；的推理；“三段论三段论”是演绎推理的一般模式；如是演绎推理的一般模式；如下：
下：
1.1.所有的金属都能导电所有的金属都能导电,所以铜能够导电所以铜能够导电.因为铜是金属因为铜是金属,大前提大前提小前提小前提结论结论大前提大前提小前提小前提结论结论三段论是演绎推理的一般模式三段论是演绎推理的一般模式,包括包括:
（1）大前提大前提已知的一般原理已知的一般原理;
（2）小前提小前提所研究的特殊情况所研究的特殊情况;（3）结论结论根据一般原理根据一般原理,对对殊情况做出的判断殊情况做出的判断.特特M是是P，S是是M，所以，所以，S是是P。
用集合论的观点看用集合论的观点看,三段论三段论的依据是的依据是:
若集若集合合M的所有元素都具有性质的所有元素都具有性质P,S是是M的一个子的一个子集集,那么那么S中所有元素也都具有性质中所有元素也都具有性质P.MMSSaa一条抛物线二次函数的图象是一条抛物线感受理解说明:
为了方便,在运用三段论推理时,常常采用省略大前提或小前提的表述方式.结论:
大前提:
小前提:
数学上的证明主要通过演绎推理来进行的，我们来看一个例子。
（1）因为有一个内角是直角的三角形是直角三角形，）因为有一个内角是直角的三角形是直角三角形，在在ABD中，中，ADBC，即，即ADB=900，所以所以ABD是直角三角形。
是直角三角形。
同理同理ABE是直角三角形。
是直角三角形。
（2）因为直角的三角形斜边上的中线等于斜边的一半，而而M是是RtABD斜边斜边AB的中点，的中点，DM是斜边上的中线，是斜边上的中线，大前提大前提大前提大前提小前提小前提小前提小前提结论结论结论结论大前提大前提大前提大前提小前提小前提小前提小前提结论结论结论结论所以所以DM=AB。
同理同理EM=AB。
所以，所以，DM=EM。
例例1.如图所示，在锐角三角形如图所示，在锐角三角形ABC中，中，ADBC，BEAC，D，E是垂足。
求证：
是垂足。
求证：
AB的中点的中点M到到D，E的距离相等。
的距离相等。
AMBCDE证明：
证明：
“三段论三段论”可以表述为可以表述为大前提：
大前提：
大前提：
大前提：
MM是是是是PP。
小前提：
小前提：
小前提：
小前提：
SS是是是是MM。
结结结结论：
论：
论：
论：
SS是是是是PP。
“三段论三段论三段论三段论”可以表述为可以表述为可以表述为可以表述为大前提：
大前提：
MP。
小前提：
小前提：
SM。
结结论：
论：
SP
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