- 数学归纳法证明不等式
- 共359题
已知函数f(x)=x2+x-1,α,β是方程f(x)=0的两个根(α>β),f'(x)是f(x)的导数,设a1=1,an+1=an-(n=1,2,…)。
(1)求α、β的值;
(2)证明:对任意的正整数n,都有an>α;
(3)记bn=ln(n=1,2,…),求数列{bn}的前n项和Sn。
正确答案
解:(1)由方程x2+x-1=0解得方程的根为
又∵α,β是方程的两个实根,且α>β
∴
(2)∵
∴
下面用数学归纳法证明当n≥1时,an-α>0成立
①当n=1时
命题成立;
②假设n=k(k≥1)时命题成立,即ak-α>0,
此时有ak>α>0
则当n=k+1时,
命题成立,根据数学归纳法可知,对任意的正整数n,有an-α>0。
(3)根据(2)同理可得,对任意的正整数n有
仍由(2)知,对任意的正整数n,
于是对任意的正整数n,
∴
∴
即数列{bn}是首项为b1,公比为2的等比数列,故数列{bn}前n项之和为
。
已知数列{an}中,a1=1,an+1=c-。
(1)设c=,bn=
,求数列{bn}的通项公式;
(2)求使不等式an<an+1<3成立的c的取值范围。
正确答案
解:(1)
,即
又
,故
所以是首项为
,公比为4的等比数列
,
;
(2)a1=1,a2=c-1,由a2>a1得c>2
用数学归纳法证明:当c>2时,an<an+1 (i)当n=1时,a2=c->a1,命题成立;
(ii)设当n=k时,ak<ak+1,则当n=k+1时
故由(i)(ii)知当c>2时,an<an+1当c>2时,令
由得an<α
当时,an<α≤3
当时,α>3,且1≤an<a,于是
当时,α-an+1<α-3,an+1>3
因此不符合要求
所以c的取值范围是。
已知a>0,数列{an}满足a1=a,an+1=a+,n=1,2,…。
(1)已知数列{an}极限存在且大于零,求A=(将A用a表示);
(2)设bn=an-A,n=1,2,…,证明:;
(3)若|bn|≤对n=1,2,…都成立,求a的取值范围。
正确答案
解:(1)由存在,且
,对
两边取极限得
,解得
又
∴。
(2)由得
∴
即对n=1,2,3,…都成立。
(3)令,得
∴
∴,解得
现证明当时,
对n=1,2,3,…都成立
(i)当n=1时结论成立(已验证)
(ii)假设当n=k(k≥1)时结论成立,即
那么
故只须证明,即证
对
成立
由于
而当时,
∴
∴,即
故当时,
即n=k+1时结论成立
根据(i)和(ii)可知结论对一切正整数都成立
故对n=1,2,3,…都成立的a的取值范围为
。
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)证明an<an+1<2,n∈N;
(2)求数列{an}的通项公式an。
正确答案
解:(1)用数学归纳法证明:
1°当n=1时,,
∴,命题正确;
2°假设n=k时有,
则n=k+1时,
而,
∴,
又,
∴n=k+1时命题正确;
由1°、2°知,对一切n∈N时有。
(2)下面来求数列的通项:,
所以,
令,
则,
又bn=-1,
所以,即
。
已知数列{an}的前n项和为Sn,且a1=4,Sn=nan+2-(n≥2,n∈N*)
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设数列{bn}满足:b1=4,且bn+1=bn2-(n-1)bn-2(n∈N*),求证:bn>an(n≥2,n∈N*);
(3)求证:(n≥2,n∈N*)
正确答案
解:(1)当n≥3时,
可得
∵可得
(2)1°当n=2时,不等式成立;
2°假设当n=k(k≥2,k∈N*)时,不等式成立,即,
那么,当n=k+1时,
所以当n=k+1时,不等式也成立;
根据(1°),(2°)可知,当n≥2,n∈N*时,
(3)设f(x)=ln(1+x)-x,
∴f(x)在(0,+∞)上单调递减,∴f(x)
∵当n≥2,n∈N*时,
∴
∴
∴。
把正奇数列{2n-1}中的数按上小下大,左小右大的原则排列成如图“三角形”所示的数表。设是位于这个三角形数表中从上往下数第
行,从左向右数第
个数。
(1)若,求m,n的值;
(2)已知函数的反函数为
,若记三角形数表中从上往下数第n行各数的和为
。
①求数列的前n项的和
。
②令,设
的前n项之积为
,求证:
。
正确答案
解:(1)∵,
∴2009是正奇数列的第1005个数。
前m-1行共有个数,
前m行共有个数。
∴,解得m=45,
前44行共有个数,故n=15。
(2)①由,得
,
∵第n行第1个数为,
∴,
∴,
∴,
,
两式相减,得,
∴。
②,
∴,
即证:,
先证,
1°当n=1时,显然成立;
2°假设n=k时,,
则当n=k+1时,
,
即当n=k+1时,结论成立。
由1°,2°知,成立,
从而
,
即 得证。
已知数列{xn}满足x1=4,xn+1=,
(Ⅰ)求证:xn>3;
(Ⅱ)求证:xn+1<xn;
(Ⅲ)求数列{xn}的通项公式。
正确答案
(Ⅰ) 证明:用数学归纳法证明
1)当n=1时,,所以结论成立;
2)假设n=k(n≥1)时结论成立,即,
则,
所以,
即n=k+1时,结论成立;
由1)2)可知对任意的正整数n,都有;
(Ⅱ)证明:,
因为,
所以,
所以。
(Ⅲ)解:,
,
所以,
又,
所以,
又,
令,则数列{an}是首项为1,公比为2的等比数列,
所以,
由,
所以。
在单调递增数列{an}中,a1=2,不等式(n+1)an≥na2n对任意n∈N*都成立,
(Ⅰ)求a2的取值范围;
(Ⅱ)判断数列{an}能否为等比数列?说明理由;
(Ⅲ)设,求证:对任意的n∈N*,
。
正确答案
(Ⅰ)解:因为{an}是单调递增数列,所以,
令n=1,,所以
。
(Ⅱ)证明:数列{an}不能为等比数列。
用反证法证明:假设数列{an}是公比为q的等比数列,,
因为{an}单调递增,所以q>1,
因为n∈N*,(n+1)an≥na2n都成立,
所以n∈N*,, ①
因为q>1,所以,使得当
时,
,
因为(n∈N*),
所以,当
时,
,与①矛盾,故假设不成立。
(Ⅲ)证明:观察:,
,…,
猜想:;
用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,成立;
(2)假设当n=k时,成立;
当n=k+1时,
,
所以,
根据(1)(2)可知,对任意n∈N*,都有,即
,
由已知得,
所以,
所以当n≥2时,,
因为,
所以对任意n∈N*,,
对任意n∈N*,存在m∈N*,使得,
因为数列{an}单调递增,所以,
,
因为,
所以。
已知数列的前n项和
。
(1)令,求证:数列
是等差数列,并求数列
的通项公式。
(2)令,试比较
与
的大小,并予以证明。
正确答案
解:(1)在中,
令n=1,可得,即
,
,
所以,
所以,即
,
,
又,
于是,所以
。
(2)由(1)得,
所以, ①
②
由①-②得,,
所以,
,
于是确定与
的大小关系等价于比较2n与2n+1的大小。
猜想当n=1,2时,2n<2n+1,
当n≥3时,2n>2n+1,
下面用数学归纳法证明:
当n=3时,显然成立;
则当n=k+1时,
,
所以当n=k+1时,猜想也成立。
于是,当n≥3,n∈N*时,2n>2n+1成立,
综上所述,当n=1,2时,;
当n≥3时,。
数列{an}满足a1=1,a2=2,an+2=(1+cos2)an+sin2
,n=1,2,3,…。
(1)求a3,a4并求数列{an}的通项公式;
(2)设,Sn=b1+b2+…+bn,证明:当n≥6时,|Sn-2|<
。
正确答案
解:(1)因为
所以
一般地当时,
=
即
所以数列是首项为1、公差为1的等差数列,因此
当时,
所以数列是首项为2、公比为2的等比数列,因此
故数列的通项公式为
;
(2)由(1)知 ①
②
①-②得,
所以
要证明当时,
成立,只需证明当
时,
成立
①当n=6时,成立
②假设当时不等式成立,即
则当n=k+1时,
由①②所述,当n≥6时,
即当n≥6时,。
已知各项均为正数的数列{an}满足an+12=2an2+anan+1,且a2+a4=2a3+4,其中n∈N*,
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)设数列{bn}的前n项和为Tn,令bn=an2,其中n∈N*,试比较与
的大小,并加以证明。
正确答案
解:(Ⅰ)因为,
即(an+1+an)(2an-an+1)=0,
又an>0,
所以有2an-an+1=0,
所以,2an=an+1,
所以数列{an}是公比为2的等比数列,
由a2+a4=2a3+4,得2a1+8a1=8a1+4,解得:a1=2,
故数列{an}的通项公式为。
(Ⅱ)因,所以,
,
即数列{bn}是首项为4,公比为4的等比数列,
所以,,
则,
又,
,
猜想:,
①当n=1时,,上面不等式显然成立;
②假设当n=k时,不等式成立,
当n=k+1时,
;
综上①②对任意n∈N*均有,
又,
∴,
所以对于任意n∈N*均有。
已知数列{an},{bn}与函数f(x),g(x),x∈R满足条件:an=bn,f(bn)=g(bn+1)(n∈N*)。
(1)若f(x)≥tx+1,t≠0,t≠2,g(x)=2x,f(b)≠g(b),存在,求
的值;
(2)若函数y=f(x)为R上的增函数,g(x)=f-1(x),b=1,f(1)<1,证明对任意n∈N*,an+1<an(用t表示)。
正确答案
解:(1)由题设知得
又已知,可得
由可知
所以是等比数列,其首项为
,公比为
,于是
即
又存在,可得
所以-2<t<2且t≠0
∴。
(2)因为
所以
即
下面用数学归纳法证明an+1<an(n∈N*)
(i)当n=1时,由f(x)为增函数,且<1,得
<1
<1
<
即a2<a1,结论成立
(ii)假设n=k时结论成立,即<
,由f(x)为增函数,得
f(ak+1)<f(ak),即<
进而得<f(
)即
<
这就是说当n=k+1时,结论也成立
根据(i)(ii)可知,对任意的n∈N*,an+1<an。
扫码查看完整答案与解析