- 推理与证明
- 共1204题
已知:在数列{an}中,a1=7,,
(1)请写出这个数列的前4项,并猜想这个数列的通项公式.
(2)请证明你猜想的通项公式的正确性.
正确答案
解:(1)由已知…(3分)
猜想:an=…(6分)
(2)由
两边取倒数得:⇔,⇔
,…(9分)
⇔数列 {}是以
=
为首相,以
为公差的等差数列,…(12分)
⇒=
+(n-1)
=
⇔a n=
…(14分)
解析
解:(1)由已知…(3分)
猜想:an=…(6分)
(2)由
两边取倒数得:⇔,⇔
,…(9分)
⇔数列 {}是以
=
为首相,以
为公差的等差数列,…(12分)
⇒=
+(n-1)
=
⇔a n=
…(14分)
数列{2n-1}的前n项组成集合,从集合An中任取k(k=1,2,3,…,n)个数,其所有可能的k个数的乘积的和为Tk(若只取一个数,规定乘积为此数本身),记Sn=T1+T2+…+Tn.例如:当n=1时,A1={1},T1=1,S1=1;当n=2时,A2={1,3},T1=1+3,T2=1×3,S2=1+3+1×3=7.
(Ⅰ)求S3;
(Ⅱ)猜想Sn,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(Ⅰ)当n=3时,A3={1,3,7},
T1=1+3+7=11,T2=1×3+1×7+3×7=31,T3=1×3×7=21,
所以S3=11+31+21=63.
(Ⅱ)由S1=1=21-1=1,S2=7=23-1,S3=63=26-1,
猜想 Sn=-1,下面证明:(1)易知n=1时成立.
(2)假设n=k时,Sn=Sk=-1,
则n=k+1时,Sk+1=T1+T2+T3+…+Tk+1
=[T1′+(2k+1-1)]+[T2′+(2k+1-1)T1′]+[T3′+(2k+1-1)T2′]+…+[Tk′+(2k+1-1)]
(其中Ti′,i=1,2,…,k,为n=k时可能的k个数的乘积的和为Tk),
=( T1′+T2′+T3′+…+Tk′)+(2k+1-1)+(2k+1-1)( T1′+T2′+T3′+…+Tk′)
=Sk+(2k+1-1)+(2k+1-1)Sk =2k+1( )+(2k+1-1)
=2k+1•=
-1,即n=k时,
Sk+1=-1也成立,
综合(1)(2)知对n∈N*,Sn=-1成立.
所以,Sn=-1.
解析
解:(Ⅰ)当n=3时,A3={1,3,7},
T1=1+3+7=11,T2=1×3+1×7+3×7=31,T3=1×3×7=21,
所以S3=11+31+21=63.
(Ⅱ)由S1=1=21-1=1,S2=7=23-1,S3=63=26-1,
猜想 Sn=-1,下面证明:(1)易知n=1时成立.
(2)假设n=k时,Sn=Sk=-1,
则n=k+1时,Sk+1=T1+T2+T3+…+Tk+1
=[T1′+(2k+1-1)]+[T2′+(2k+1-1)T1′]+[T3′+(2k+1-1)T2′]+…+[Tk′+(2k+1-1)]
(其中Ti′,i=1,2,…,k,为n=k时可能的k个数的乘积的和为Tk),
=( T1′+T2′+T3′+…+Tk′)+(2k+1-1)+(2k+1-1)( T1′+T2′+T3′+…+Tk′)
=Sk+(2k+1-1)+(2k+1-1)Sk =2k+1( )+(2k+1-1)
=2k+1•=
-1,即n=k时,
Sk+1=-1也成立,
综合(1)(2)知对n∈N*,Sn=-1成立.
所以,Sn=-1.
如果命题P(n)对于n=1成立,同时,如果n=k成立,那么对于n=k+2也成立.这样,下述结论中正确的是( )
正确答案
解析
解:∵命题P(n)对于n=1成立,同时,如果n=k成立,那么对于n=k+2也成立.
这样,k=1时P(1)成立,可得k=3时P(3)成立,…,依此类推可得:P(n)对于所有的正奇数n成立.
故选:B.
用数学归纳法证明1-+
-
+…+
-
=
+
+…+
,则当n=k+1时,左端应在n=k的基础上加上( )
正确答案
解析
解:∵用数学归纳法证明1-+
-
+…+
-
=
+
+…+
,
n=k时,则1-+
-
+…+
-
=
,
当n=k+1时,左侧=1-+
-
+…+
-
+
,
所以当n=k+1时,左端应在n=k的基础上加上,
故选C.
用数学归纳法证明1++
+…+
<n(n>1,n∈N*),在验证n=2成立时,左式是
______.
正确答案
1++
解析
解:由题意,n=2时,左式是1++
.
故答案为:1++
.
利用数学归纳法证明不等式(n>1,nN*)的过程中,用n=k+1时左边的代数式减去n=k时左边的代数式的结果为( )
正确答案
解析
解:当n=k时,左边的代数式为 ,
当n=k+1时,左边的代数式为 +
,
故用n=k+1时左边的代数式减去n=k时左边的代数式的结果为 -
=
,
故选 C.
已知数列{an}是由正数组成的等差数列,Sn是其前n项的和,并且a3=5,a4S2=28.
(I)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)证明:不等式对一切n∈N均成立.
正确答案
解:(I)设数列{an}的公差为d,由已知得…(2分)
∴(5+d)(10-3d)=28,
∴3d2+5d-22=0,
解之得d=2或.
∵数列{an}各项均正,∴d=2,∴a1=1.
∴an=2n-1.…(5分)
证明:(Ⅱ)∵n∈N,
∴只需证明成立.…(7分)
(i)当n=1时,左=2,右=2,∴不等式成立.…(8分)
(ii)假设当n=k时不等式成立,即.
那么当n=k+1时,…(10分)
以下只需证明.
即只需证明.…(11分)
∵.
∴=
.
综合(i)(ii)知,不等式对于n∈N都成立.…(12分)
解析
解:(I)设数列{an}的公差为d,由已知得…(2分)
∴(5+d)(10-3d)=28,
∴3d2+5d-22=0,
解之得d=2或.
∵数列{an}各项均正,∴d=2,∴a1=1.
∴an=2n-1.…(5分)
证明:(Ⅱ)∵n∈N,
∴只需证明成立.…(7分)
(i)当n=1时,左=2,右=2,∴不等式成立.…(8分)
(ii)假设当n=k时不等式成立,即.
那么当n=k+1时,…(10分)
以下只需证明.
即只需证明.…(11分)
∵.
∴=
.
综合(i)(ii)知,不等式对于n∈N都成立.…(12分)
已知数列{an}满足an+1=-an2+pan(p∈R),且a1∈(0,2).试猜想p的最小值,使得an∈(0,2)对n∈N*恒成立,并给出证明.
正确答案
解:当n=1时,a2=-a12+pa1=a1(-a1+p),因为a1∈(0,2),所以欲a2∈(0,2)恒成立,
则要恒成立,解得2≤p<2
,由此猜想p的最小值为2.(4分)
因为p≥2,所以要证该猜想成立,只要证:当p=2时,an∈(0,2)对n∈N*恒成立.(5分)
现用数学归纳法证明之:
①当n=1时结论显然成立.(6分)
②假设当n=k时结论成立,即ak∈(0,2),
则当n=k+1时,ak+1=-ak2+2ak=ak(2-ak),
一方面,ak+1=ak(2-ak)>0成立,(8分)
另一方面,ak+1=ak(2-ak)=-(ak-1)2+1≤1<2,所以ak+1∈(0,2),
即当n=k+1时结论也成立.(9分)
由①、②可知,猜想成立,即p的最小值为2.(10分)
解析
解:当n=1时,a2=-a12+pa1=a1(-a1+p),因为a1∈(0,2),所以欲a2∈(0,2)恒成立,
则要恒成立,解得2≤p<2
,由此猜想p的最小值为2.(4分)
因为p≥2,所以要证该猜想成立,只要证:当p=2时,an∈(0,2)对n∈N*恒成立.(5分)
现用数学归纳法证明之:
①当n=1时结论显然成立.(6分)
②假设当n=k时结论成立,即ak∈(0,2),
则当n=k+1时,ak+1=-ak2+2ak=ak(2-ak),
一方面,ak+1=ak(2-ak)>0成立,(8分)
另一方面,ak+1=ak(2-ak)=-(ak-1)2+1≤1<2,所以ak+1∈(0,2),
即当n=k+1时结论也成立.(9分)
由①、②可知,猜想成立,即p的最小值为2.(10分)
用数学归纳法证明:
(1)首项是a1,公差是d的等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d,前n项和的公式Sn=na1+d;
(2)首项是a1,公比是q的等比数列的通项公式是an=a1qn-1,前n项和的公式是Sn=(q≠1).
正确答案
证明:(1)①证明等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d:
1)n=1时,显然成立;
2)假设n=k时成立,即:ak=a1+(k-1)d;
∴ak+1=ak+d=a1+(k-1)d+d=a1+kd;
即n=k+1时通项公式成立;
∴综上得等差数列的通项公式为an=a1+(n-1)d成立;
②证明等差数列的前n项和公式为:
1)n=1时,显然成立;
2)假设n=k时成立,即:
;
∴Sk+1=Sk+ak+1==
;
∴n=k+1时成立;
∴综上得等差数列的前n项和公式为成立;
(2)①证明等比数列的通项公式为:
1)n=1时显然成立;
2)假设n=k时成立,即:
;
∴;
即n=k+1时成立;
综上得等比数列的通项公式为成立;
②证明等比数列的前n项和公式为:
1)n=1时,显然成立;
2)假设n=k时成立,即:;
∴=
;
∴n=k+1是成立;
∴综上得等比数列的前n项和公式为成立.
解析
证明:(1)①证明等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d:
1)n=1时,显然成立;
2)假设n=k时成立,即:ak=a1+(k-1)d;
∴ak+1=ak+d=a1+(k-1)d+d=a1+kd;
即n=k+1时通项公式成立;
∴综上得等差数列的通项公式为an=a1+(n-1)d成立;
②证明等差数列的前n项和公式为:
1)n=1时,显然成立;
2)假设n=k时成立,即:
;
∴Sk+1=Sk+ak+1==
;
∴n=k+1时成立;
∴综上得等差数列的前n项和公式为成立;
(2)①证明等比数列的通项公式为:
1)n=1时显然成立;
2)假设n=k时成立,即:
;
∴;
即n=k+1时成立;
综上得等比数列的通项公式为成立;
②证明等比数列的前n项和公式为:
1)n=1时,显然成立;
2)假设n=k时成立,即:;
∴=
;
∴n=k+1是成立;
∴综上得等比数列的前n项和公式为成立.
用数学归纳法证明:1+2+22+…2n-1=2n-1(n∈N)的过程中,第二步假设当n=k时等式成立,则当n=k+1时应得到( )
正确答案
解析
解:∵将式子:1+2+22+…2n-1=2n-1中n用k+1替换得:
当n=k+1时,有1+2+22+…+2k-1+2k=2k-1+2k故选D.
已知数列{an}满足:a1=,且an+1=
(n∈N*).
(1)求+
+…+
的值;
(2)设bn=(n∈N*),用数学归纳法证明:b1b2b3…bn<2.
正确答案
(1)解:∵an+1=,
∴-1=
(
-1),
∵a1=,
∴{-1}是以-
为首项,
为公比的等比数列,
∴-1=-
•
,
∴=1-
•
,
∴+
+…+
=n-
=n-
(1-
);
(2)证明:n=1时,b1=a1=<2,满足题意;
设n=k时,结论成立,即b1b2b3…bk<2,
则n=k+1时,b1b2b3…bk+1<2bk+1=2×,
由(1)知,=1-
•
<1,∴0<
<1,
∴b1b2b3…bk+1<2,
由(1)(2)可知b1b2b3…bn<2.
解析
(1)解:∵an+1=,
∴-1=
(
-1),
∵a1=,
∴{-1}是以-
为首项,
为公比的等比数列,
∴-1=-
•
,
∴=1-
•
,
∴+
+…+
=n-
=n-
(1-
);
(2)证明:n=1时,b1=a1=<2,满足题意;
设n=k时,结论成立,即b1b2b3…bk<2,
则n=k+1时,b1b2b3…bk+1<2bk+1=2×,
由(1)知,=1-
•
<1,∴0<
<1,
∴b1b2b3…bk+1<2,
由(1)(2)可知b1b2b3…bn<2.
已知数列{an},满足a2=6,(n∈N*),
(1)求a1,a3,a4,a5的值;
(2)猜想数列{an}的通项公式an,并用数学归纳法证明;
(3)己知,设
,记sn=b1+b2+b3+…+bn,求
.
正确答案
解:(1)∵a2=6,,
∴,∴a1=1,
∵,∴a3=15,
∵,∴a4=28,
∵,∴a5=45;
(2)由(1)知,an=n(2n-1),证明如下:
①n=1时,a1=1成立;
②假设n=k时,猜想成立,即ak=k(2k-1),则
n=k+1时,,∴ak+1=(k+1)(2k+1),
即n=k+1时,猜想成立.
由①②可知an=n(2n-1).
(3)=
,
∴Sn=b1+b2+b3+…+bn=+
+…+
,
∴Sn=
+…+
+
,
两式相减可得Sn=
+
+…+
-
,
∴Sn=3-,
∵,
∴=3.
解析
解:(1)∵a2=6,,
∴,∴a1=1,
∵,∴a3=15,
∵,∴a4=28,
∵,∴a5=45;
(2)由(1)知,an=n(2n-1),证明如下:
①n=1时,a1=1成立;
②假设n=k时,猜想成立,即ak=k(2k-1),则
n=k+1时,,∴ak+1=(k+1)(2k+1),
即n=k+1时,猜想成立.
由①②可知an=n(2n-1).
(3)=
,
∴Sn=b1+b2+b3+…+bn=+
+…+
,
∴Sn=
+…+
+
,
两式相减可得Sn=
+
+…+
-
,
∴Sn=3-,
∵,
∴=3.
请观察以下三个式子:
①1×3=;
②1×3+2×4=;
③1×3+2×4+3×5=,
归纳出一般的结论,并用数学归纳法证明之.
正确答案
解:由于所给的等式的左边,是两两自然数的积再求和的形式,右边是一个分式,分母是6,分子是三个自然数的积,注意自然数与序号之间的关系,所以,猜想:1×3+2×4+3×5+…+n(n+2)=---------(4分)
证明:(1)当n=1时,左边=3,右边=3,等式成立.
(2)假设当n=k时,等式成立,即1×3+2×4+3×5+…+k(k+2)=------------(6分)
那么,当n=k+1时,1×3+2×4+3×5+…+k(k+2)+(k+1)(k+3)
=+(k+1)(k+3)
=(2k2+7k+6k+18)=
(2k2+13k+18)=
,
就是说,当 n=k+1时等式也成立.----------------------(13分)
综上所述,对任何n∈N+都成立.----------------------(14分)
解析
解:由于所给的等式的左边,是两两自然数的积再求和的形式,右边是一个分式,分母是6,分子是三个自然数的积,注意自然数与序号之间的关系,所以,猜想:1×3+2×4+3×5+…+n(n+2)=---------(4分)
证明:(1)当n=1时,左边=3,右边=3,等式成立.
(2)假设当n=k时,等式成立,即1×3+2×4+3×5+…+k(k+2)=------------(6分)
那么,当n=k+1时,1×3+2×4+3×5+…+k(k+2)+(k+1)(k+3)
=+(k+1)(k+3)
=(2k2+7k+6k+18)=
(2k2+13k+18)=
,
就是说,当 n=k+1时等式也成立.----------------------(13分)
综上所述,对任何n∈N+都成立.----------------------(14分)
已知a<b,且a2-a-6=0,b2-b-6=0,数列{an}、{bn}满足a1=1,a2=-6a,,
.
(1)求证数列{bn}是等比数列;
(2)求数列{an}的通项公式an;
(3)若{cn}满足c1=1,c2=5,,试用数学归纳法证明:
.
正确答案
证明(1)∵a<b,a2-a-6=0,b2-b-6=0,
∴a=-2,b=3,a2=12.
∵,
,
∴bn+1=an+2-3an+1
=6an+1-9an+1-3an+1
=3(an+1-3an)
=3bn (n∈N*).
又b1=a2-3a1=9,
∴数列{bn}是公比为3,首项为b1的等比数列.
(2)依据(1)可以,得bn=3n+1(n∈N*).
于是,有an+1-3an=3n+1(n∈N*),即=1,(n∈N*).
因此,数列{}是首项为
=
,公差为1的等差数列.
故.
所以数列{an}的通项公式是an=(3n-2)•3n-1(n∈N*).
(3)用数学归纳法证明:
(i)当n=2时,左边:cn+acn-1=c2-2c1=3,
右边:,
即左边=右边,所以当n=2时结论成立.
(ii)假设当n=k.(k≥2,k∈N*)时,结论成立,即.
当n=k+1时,左边=ck+1+ack
=5ck-6ck-1-2ck
=3(ck-2ck-1)=,
右边=.
即左边=右边,因此,当n=k+1时,结论也成立.
根据(i)、(ii)可以断定,
cn+acn-1=对n≥2的正整数都成立.
解析
证明(1)∵a<b,a2-a-6=0,b2-b-6=0,
∴a=-2,b=3,a2=12.
∵,
,
∴bn+1=an+2-3an+1
=6an+1-9an+1-3an+1
=3(an+1-3an)
=3bn (n∈N*).
又b1=a2-3a1=9,
∴数列{bn}是公比为3,首项为b1的等比数列.
(2)依据(1)可以,得bn=3n+1(n∈N*).
于是,有an+1-3an=3n+1(n∈N*),即=1,(n∈N*).
因此,数列{}是首项为
=
,公差为1的等差数列.
故.
所以数列{an}的通项公式是an=(3n-2)•3n-1(n∈N*).
(3)用数学归纳法证明:
(i)当n=2时,左边:cn+acn-1=c2-2c1=3,
右边:,
即左边=右边,所以当n=2时结论成立.
(ii)假设当n=k.(k≥2,k∈N*)时,结论成立,即.
当n=k+1时,左边=ck+1+ack
=5ck-6ck-1-2ck
=3(ck-2ck-1)=,
右边=.
即左边=右边,因此,当n=k+1时,结论也成立.
根据(i)、(ii)可以断定,
cn+acn-1=对n≥2的正整数都成立.
用数学归纳法证明等式:(a≠1,n∈N*),验证n=1时,等式左边=______.
正确答案
1+a+a2
解析
解:用数学归纳法证明:“1+a+a2+…+an+1=(a≠1)”时,
在验证n=1时,把当n=1代入,
左端=1+a+a2.
故答案为:1+a+a2
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