- 数学归纳法
- 共357题
已知数列{an}中,a1=,an+1=
an(n=1,2,…).计算a2,a3,a4的值,根据计算结果,猜想an的通项公式,并用数学归纳法进行证明.
正确答案
根据已知,a2=,a3=
=
,a4=
,
猜测an=.…(3分)
证明:①当n=1时,由已知,左边=,右边=
=
,猜想成立.…(4分)
②假设当n=k(k∈N*)时猜想成立,即ak=,…(5分)
那么,ak+1=ak=
•
=
=
=
,…(7分)
所以,当n=k+1时,猜想也成立.
根据①和②,可知猜想对于任何n∈N*都成立.…(8分)
已知数列{an}的各项都是正数,且满足:a0=1,an+1=an•(4-an),n∈N.
(1)求a1,a2;
(2)证明an<an+1<2,n∈N.
正确答案
(1)a0=1,a1=a0(4-a0)=
,a2=
a1(4-a1)=
.
(2)用数学归纳法证明:
1°当n=0时,a0=1,a1=,∴a0<a1<2,命题正确.
2°假设n=k时,有ak-1<ak<2.
则n=k+1时,ak-ak+1=ak-1(4-ak-1)-
ak(4-ak)=2(ak-1-ak)-
(ak-1-ak)(ak-1+ak)=
(ak-1-ak)(4-ak-1-ak).
而ak-1-ak<0,4-ak-1-ak>0,∴ak-ak-1<0.
又ak+1=ak(4-ak)=
[4-(ak-2)2]<2,∴n=k+1时命题正确.
由1°、2°知,对一切n∈N,有an<an+1<2.
在数列中,
,且
成等差数列,
成等比数列
.
(1)求;
(2)根据计算结果,猜想的通项公式,并用数学归纳法证明.
正确答案
(1) ,
;(2)
,证明过程见试题解析.
试题分析:(1)由已知得,令
得
,可得
,又
,令
得
,可得
,依次分别求得其余各项; (2)由(1)中结果,易猜想出
,用数学归纳法证明中,当
时,需证
,
方可得结论成立.
解:(1)由已知条件得,
由此算出,
.
(2)由(1)的计算可以猜想,
下面用数学归纳法证明:
①当时,由已知
可得结论成立,
②假设当时猜想成立,即
.
那么,当时,
,
,
因此当时,结论也成立.
当①和②知,对一切,都有
成立. 12分
已知数列{an}的前n项和为Sn,通项公式为an=,f(n)=
.
(Ⅰ)计算f(1),f(2),f(3)的值;
(Ⅱ)比较f(n)与1的大小,并用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
(Ⅰ)由已知f(1)=S2=1+=
,f(2)=S4-S1=
+
+
=
,f(3)=S6-S2=
+
+
+
=
;(3分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知f(1)>1,f(2)>1;当n≥3时,猜想:f(n)<1.(4分)
下面用数学归纳法证明:
(1)由(Ⅰ)当n=3时,f(n)<1;(5分)
(2)假设n=k(k≥3)时,f(n)<1,即f(k)=+
++
<1,那么f(k+1)=
+
++
+
+
=(
+
+
++
)+
+
-
<1+(
-
)+(
-
)=1+
+
=1-
-
<1,
所以当n=k+1时,f(n)<1也成立.由(1)和(2)知,当n≥3时,f(n)<1.(9分)
所以当n=1,和n=2时,f(n)>1;当n≥3时,f(n)<1.(10分)
已知正项数列{an}中,a1=1,an+1=1+(n∈N*).用数学归纳法证明:an<an+1(n∈N*).
正确答案
证明:当n=1时,a2=1+=
,a1<a2,所以n=1时,不等式成立.
假设n=k(k∈N*)时,ak<ak+1成立,则n=k+1时,
ak+2-ak+1= 1+-ak+1
=1+-(1+
)
=-
=>0;
即ak+2-ak+1>0,
所以n=k+1时,不等式也成立.
综上所述,不等式an<an+1(n∈N*)成立.
试比较nn+1与(n+1)n(n∈N*)的大小.
当n=1时,有nn+1______(n+1)n(填>、=或<);
当n=2时,有nn+1______(n+1)n(填>、=或<);
当n=3时,有nn+1______(n+1)n(填>、=或<);
当n=4时,有nn+1______(n+1)n(填>、=或<);
猜想一个一般性的结论,并加以证明.
正确答案
当n=1时,nn+1=1,(n+1)n=2,此时,nn+1<(n+1)n,
当n=2时,nn+1=8,(n+1)n=9,此时,nn+1<(n+1)n,
当n=3时,nn+1=81,(n+1)n=64,此时,nn+1>(n+1)n,
当n=4时,nn+1=1024,(n+1)n=625,此时,nn+1>(n+1)n,
根据上述结论,我们猜想:当n≥3时,nn+1>(n+1)n(n∈N*)恒成立.
①当n=3时,nn+1=34=81>(n+1)n=43=64
即nn+1>(n+1)n成立.
②假设当n=k时,kk+1>(k+1)k成立,即:>1
则当n=k+1时,=(k+1)•(
)k+1>(k+1)•(
)k+1=
>1
即(k+1)k+2>(k+2)k+1成立,即当n=k+1时也成立,
∴当n≥3时,nn+1>(n+1)n(n∈N*)恒成立.
已知f(n)=1++
+…+
(n∈N*),用数学归纳法证明f(2n)>
时,f(2k+1)-f(2k)等于________.
正确答案
+
+…+
∵f(2k+1)=1++
+
+…+
+
+…+
+
+
+…+
,
f(2k)=1++
+
+…+
+
+…+
,
∴f(2k+1)-f(2k)=+
+…+
.
用数学归纳法证明:对于大于1的任意自然数n,都有+
+
…
<2-
成立.
正确答案
证明:①当n=2时,结论成立;
②假设n=k(k>1,k∈Z)时,不等式成立;
当n=k+1时,左边 <2-+
,
下证:2-+
< 2-
即证:-
+
< 0,
即证<
,⇔k+1>k,这个是显然成立的,
得结论成立,即当n=k+1时,不等式成立,
由①②根据归纳原理,不等式成立.
即得证.
是否存在常数使得
对一切
恒成立?若存在,求出
的值,并用数学归纳法证明;若不存在,说明理由.
正确答案
试题分析:先探求出的值,即令
,解得
.用数学归纳法证明时,需注意格式.第一步,先证起始项成立,第二步由归纳假设证明当n="k" 等式成立时,
等式也成立.最后由两步归纳出结论.其中第二步尤其关键,需利用归纳假设进行证明,否则就不是数学归纳法.
解:取和2 得
解得
4分
即
以下用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,已证 6分
(2)假设当n=k,时等式成立
即 8分
那么,当时有
10分
12分
就是说,当时等式成立 13分
根据(1)(2)知,存在使得任意
等式都成立 15分
已知函数f(x)=x3-x,数列{an}满足条件:a1≥1,an+1≥f'(an+1).试比较
+
+
+…+
与1的大小,并说明理由.
正确答案
见解析
+
+
+…+
<1.
理由如下:
∵f'(x)=x2-1,an+1≥f'(an+1),
∴an+1≥(an+1)2-1.
令g(x)=(x+1)2-1,则函数g(x)=x2+2x在区间[1,+∞)上单调递增,于是由a1≥1,得a2≥(a1+1)2-1≥22-1,进而得a3≥(a2+1)2-1≥24-1>23-1,
由此猜想:an≥2n-1.
下面用数学归纳法证明这个猜想:
①当n=1时,a1≥21-1=1,结论成立;
②假设n=k(k≥1且k∈N*)时结论成立,即ak≥2k-1,则当n=k+1时,由g(x)=(x+1)2-1在区间[1,+∞)上单调递增知,ak+1≥(ak+1)2-1≥22k-1≥2k+1-1,即n=k+1时,结论也成立.
由①②知,对任意n∈N*,都有an≥2n-1,
即1+an≥2n,∴≤
,
∴+
+
+…+
≤
+
+
+…+
=
=1-(
)n<1.
【方法技巧】“归纳——猜想——证明”类问题的一般解题思路
通过观察有限个特例,猜想出一般性的结论,然后用数学归纳法证明.这种方法在解决探索性问题、存在性问题或与正整数有关的命题中有着广泛的应用,其关键是归纳、猜想出公式.
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