- 数学归纳法
- 共357题
已知数列an满足递推关系式:2an+1=1-an2(n≥1,n∈N),且0<a1<1.
(1)求a3的取值范围;
(2)用数学归纳法证明:|an-(-1)|<
(n≥3,n∈N);
(3)若bn=,求证:|bn-(
+1)|<
(n≥3,n∈N).
正确答案
(1)∵a2=(1-a21),且a1∈(0,1),由二次函数性质可知a2∈(0,
).
∵a3=(1-
)及a2∈(0,
)∴a3∈(
,
).(3分)
(2)证明:①在(1)的过程中可知n=3时,<a3<
,
则-<
-(
-1)<a3-(
-1)<
-(
-1)<
,
于是当n=3时,|an-(-1)|<
成立.
②假设在n=k(k≥3)时,|an-(-1)|<
(*)成立,即|ak-(
-1)|<
.
则当n=k+1时,|ak+1-(-2)|=|
-
-(
-1)|=
|ak-(
-1)|•|ak+
-1|,
其中0<ak+-1<2(
-1)+
<1(k≥3)
于是|ak+1-(-1)|<
|ak-(
-1)|<
,
从而n=k+1时(*)式得证.
综合①②可知:n≥3,n∈{N}时|an-(-1)|<
.
(3)由|an-(-1)|<
(n≥3)变形为:|
-
|<
•
=
•
,
而由-1-
<an<
-1+
(n≥3,n∈N)
可知:-1-
<an<
+1+
在n≥3上恒成立,
于是<
,
<
<12,
又∵|an-(-1)|<
,∴|
-(
+1)|<
,
从而原不等式|bn-(+1)|<
(n≥3,n∈N)得证.(14分)
证明:xn-nan-1x+(n-1)an能被(x-a)2整除(a≠0).
正确答案
证明:当n=1时,
xn-nan-1x+(n-1)an=x-x=0
易得此时xn-nan-1x+(n-1)an能被(x-a)2整除成立;
设n=k时,xn-nan-1x+(n-1)an能被(x-a)2整除成立,
即xk-kak-1x+(k-1)ak能被(x-a)2整除成立,
则n=k+1时,
xn-nan-1x+(n-1)an=xk+1-(k+1)akx+kak+1=xk-kak-1x+(k-1)ak+kak─1(x─a)2
即xn-nan-1x+(n-1)an=xk+1-(k+1)akx+kak+1也能被(x-a)2整除
综合,xn-nan-1x+(n-1)an能被(x-a)2整除(a≠0).
设n∈N*,f(n)=1++
+…+
,试比较f(n)与
的大小.
正确答案
当n=1,2时f(n)<;当n≥3时f(n)>
.
当n=1,2时f(n)<;
当n≥3时f(n)>.
下面用数学归纳法证明:
①当n=3时,显然成立;
②假设当n=k(k≥3,k∈N)时,即f(k)>,那么,当n=k+1时,f(k+1)>
+
=
>
=
,即n=k+1时,不等式也成立.
由①②知,对任何n≥3,n∈N不等式成立.
用数学归纳法证明等式:n∈N,n≥1,1-+
-
+…+
-
=
+
+…+
.
正确答案
证明:(1)当n=1时,左=1-=
=右,等式成立.
(2)假设当n=k时等式成立,
即1-+
-
+…+
-
=
+
+…+
则1-+
-
+…+
-
+(
-
)=
+
+…+
+(
-
)=
+…+
+
+
∴当n=k+1时,等式也成立.
综合(1)(2),等式对所有正整数都成立.
在数列中,已知
,
,
(
,
).
(1)当,
时,分别求
的值,判断
是否为定值,并给出证明;
(2)求出所有的正整数,使得
为完全平方数.
正确答案
(1)(
).(2)当
时,满足条件.
试题分析:(1)第一步是归纳,分别进行计算. 由已知得,
.所以
时,
;当
时,
.第二步猜想,
(
).第三步证明,本题可用数学归纳法证,也可证等式
恒成立,(2)探求整数解问题,一般要构造一个可说明的整式. 设
,则
,又
,且501=1
501=3
167,故
或
所以
或
由解得
;由
得
无整数解.所以当
时,满足条件.
试题解析:(1)由已知得,
.
所以时,
;当
时,
. 2分
猜想:(
). 3分
下面用数学归纳法证明:
①当时,结论成立.
②假设当时,结论成立,即
,
将代入上式,可得
.
则当时,
.
故当结论成立,
根据①,②可得,(
)成立. 5分
(2)将代入
,得
,
则,
,
设,则
,
即, 7分
又,且501=1
501=3
167,
故 或
所以 或
由解得
;由
得
无整数解.
所以当时,满足条件. 10分
用数学归纳法证明不等式:+
+…+
>
(n∈N*且n>1).
正确答案
见解析
【证明】(1)当n=2时,左边=+
=
>
,不等式成立.
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N*)时,不等式成立,
则+
+…+
>
,
则当n=k+1时,
左边=+
+…+
+
+
=+
+
+…+
+
+
-
>
+
-
>
.
∴当n=k+1时,不等式成立,
根据(1)(2)知,原不等式对n∈N*且n>1都成立.
设a>2,给定数列{xn},其中x1=a,xn+1=(n=1,2…)求证:
(1)xn>2,且<1(n=1,2…);
(2)如果a≤3,那么xn≤2+(n=1,2…).
正确答案
证明:(1)①当n=1时,
∵x2==x1+
,
x2==
=2+
,x1=a>2,
∴2<x2<x1.
结论成立.
②假设n=k时,结论成立,即2<xk+1<xk(k∈N+),
则xk+2==xk+1+
>xk+1,
xk+2==2+
>2.
∴2<xk+2<xk+1,
综上所述,由①②知2<xn+1<xn.
∴x n>2且<1.
(2)由条件x1=a≤3知不等式当n=1时成立
假设不等式当n=k(k≥1)时成立
当n=k+1时,由条件及xk>2知xk+1≤1+⇔
≤2(xk-1)(2+
)
⇔-2(2+
)xk+2(2+
)≤0
⇔(xk-2)[xk-(2+)]≤0,
再由xk>2及归纳假设知,
上面最后一个不等式一定成立,
所以不等式xk+1≤2+也成立,
从而不等式xn≤2+对所有的正整数n成立
若xi>0(i=1,2,3,…,n),观察下列不等式:(x1+x2)(+
)≥4,(x1+x2+x3)(
+
+
)≥9,…,
请你猜测(x1+x2+…+xn)(+
+…+
)满足的不等式,并用数学归纳法加以证明.
正确答案
满足的不等式为(x1+x2+…+xn)(+
+…+
)≥n2(n≥2),
证明如下:
(1)当n=2时,猜想成立;
(2)假设当n=k时,猜想成立,即(x1+x2+…+xn)(+
+…+
)≥k2,
那么n=k+1时,(x1+x2+…+xk+1)(+
+…+
)≥k2+2k+1=(k+1)2
则当n=k+1时猜想也成立,根据(1)(2)可得猜想对任意的n∈N,n≥2都成立.
已知数列{an}满足a1=a,an+1=.
(Ⅰ)依次计算a2,a3,a4,a5;
(Ⅱ)猜想an的表达式,并用数学归纳法进行证明.
正确答案
(I)分别令n=1,2,3,4,得:
a2=,a3=
=
=
,
a4==
=
a5==
=
.
(II)由此,猜想 an=
下面用数学归纳法证明此结论正确.
证明:(1)当n=1时,显然结论成立
(2)假设当n=k(k≥1)时,结论成立,即 ak=
那么ak+1==
=
,
也就是说,当n=k+1时结论成立.
根据(1)和(2)可知,结论对任意正整数n都成立,即 an=
已知α1,α2,…αn∈(0,π),n是大于1的正整数,求证:|sin(α1+α2+…+αn)|<sinα1+sinα2+…+sinαn.
正确答案
证明:下面用数学归纳法证明
(1)n=2时,|sin(α1+α2)|-|sinα1cosα2+cosα1sinα2|≤sinα1|cosα2|+|cosα1|•|sinα2|<sinα1+sinα2,
所以n=2时成立.
(2)假设n=k(k≥2)时成立,即
|sin(α1+α2+Λ+αk)|<sinα1+sinα2+Λ+sinαk
当n=k+1时,|sin(α1+α2+Λ+αk+1)|=
=|sinαk+1cos(α1+Λαk)+cosαk+1sin(α1+Λαk)|
≤sinαk+1|cos(α1+Λ+αk)|+|cosαk+1|•|sin(α1+Λαk)|
<sinαk+1+|sin(α1+Λαk)|
<sinα1+sinα2+Λ+sinαk+1
∴n=k+1时也成立.
由(1)(2)得,原式成立.
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