- 推理与证明
- 共1204题
已知数列{an}满足:.
(1)若a=-1,求数列{an}的通项公式;
(2)若a=3,试证明:对∀n∈N*,an是4的倍数.
正确答案
(1)解:a=-1时,
令bn=an-1,则
∵b1=-5为奇数,bn也是奇数且只能为-1
∴,即
;
(2)证明:a=3时,
①n=1时,a1=-4,命题成立;
②设n=k时,命题成立,则存在t∈N*,使得ak=4t
∴=34t-1+1=27•(4-1)4(t-1)+1
∵(4-1)4(t-1)=+…+
4+1=4m+1,m∈Z
∴=27•(4m+1)+1=4(27m+7)
∴n=k+1时,命题成立
由①②可知,对∀n∈N*,an是4的倍数.
解析
(1)解:a=-1时,
令bn=an-1,则
∵b1=-5为奇数,bn也是奇数且只能为-1
∴,即
;
(2)证明:a=3时,
①n=1时,a1=-4,命题成立;
②设n=k时,命题成立,则存在t∈N*,使得ak=4t
∴=34t-1+1=27•(4-1)4(t-1)+1
∵(4-1)4(t-1)=+…+
4+1=4m+1,m∈Z
∴=27•(4m+1)+1=4(27m+7)
∴n=k+1时,命题成立
由①②可知,对∀n∈N*,an是4的倍数.
已知数列{an}的前n项和Sn=1-nan(n∈N*)
(1)计算a1,a2,a3,a4;
(2)猜想an的表达式,并用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
解:(1)计算得;
;
;
.
(2)猜测:.下面用数学归纳法证明
①当n=1时,猜想显然成立.
②假设n=k(k∈N*)时,猜想成立,
即.
那么,当n=k+1时,Sk+1=1-(k+1)ak+1,
即Sk+ak+1=1-(k+1)ak+1.
又,
所以,
从而.
即n=k+1时,猜想也成立.
故由①和②,可知猜想成立.
解析
解:(1)计算得;
;
;
.
(2)猜测:.下面用数学归纳法证明
①当n=1时,猜想显然成立.
②假设n=k(k∈N*)时,猜想成立,
即.
那么,当n=k+1时,Sk+1=1-(k+1)ak+1,
即Sk+ak+1=1-(k+1)ak+1.
又,
所以,
从而.
即n=k+1时,猜想也成立.
故由①和②,可知猜想成立.
已知,用数学归纳法证明:n∈N*时,an<1.
正确答案
解:利用数学归纳法证明.
①当n=1时,a1=<1;
②假设n=k时,不等式成立,即.
那么n=k+1时,=
<1.
这就是说,n=k+1时,不等式也成立.
所以,对于n∈N*时,an<1成立.
解析
解:利用数学归纳法证明.
①当n=1时,a1=<1;
②假设n=k时,不等式成立,即.
那么n=k+1时,=
<1.
这就是说,n=k+1时,不等式也成立.
所以,对于n∈N*时,an<1成立.
某同学在一次研究性学习中发现,以下五个式子的值都等于同一个常数:
①cos213°+cos273°-cos13°cos73°;
②cos215°+cos275°-cos15°cos75°;
③cos240°+cos2100°-cos40°cos100°;
④cos2(-30°)+cos230°-cos(-30°)cos30°;
⑤cos2(-12°)+cos248°-cos(-12°)cos48°.
(1)试从上述五个式子中选择一个,求出这个常数;
(2)根据(1)的计算结果,将该同学的发现推广为三角恒等式,并证明你的结论.
正确答案
解:(1)对于①式,原式=cos213°+cos273°-cos13°cos(60°+13°)
=cos213°+cos273°-cos13°()
=+cos273°
=
=+
=-
=
=.
(2)根据式子特点猜想:cos2α+cos2(α+60°)-cosαcos(α+60°)=
证明:原式左边=cos2α+(cosαcos60°-sinαsin60°)2-cosα(cosαcos60°-sinαsin60°)
=cos2α+-2×
+
-
=+
-
=
=.
解析
解:(1)对于①式,原式=cos213°+cos273°-cos13°cos(60°+13°)
=cos213°+cos273°-cos13°()
=+cos273°
=
=+
=-
=
=.
(2)根据式子特点猜想:cos2α+cos2(α+60°)-cosαcos(α+60°)=
证明:原式左边=cos2α+(cosαcos60°-sinαsin60°)2-cosα(cosαcos60°-sinαsin60°)
=cos2α+-2×
+
-
=+
-
=
=.
设S1=12,S2=12+22+12,S3=12+22+32+22+12,…,
Sn=12+22+32+…+n2+…+32+22+12,…
用数学归纳法证明:公式对所有的正整数n都成立.
正确答案
证明:因为Sn=12+22+32+…+n2+…+32+22+12,即要证明
12+22+32+…+n2+…+32+22+12=,(A)
(Ⅰ)当n=1,左边=1,右=,故(A)式成立
(Ⅱ)假设当n=k时,(A)式成立,即
12+22+32+…+k2+…+32+22+12=
现设n=k+1,在上式两边都加上(k+1)2+k2,得
12+22+32+…+k2+(k+1)2+k2+…+32+22+12=+(k+1)2+k2,
=
=
=
=.
即证得当n=k+1时(A)式也成立根据(Ⅰ)和(Ⅱ),
(A)式对所有的正整数n都成立,即证得
解析
证明:因为Sn=12+22+32+…+n2+…+32+22+12,即要证明
12+22+32+…+n2+…+32+22+12=,(A)
(Ⅰ)当n=1,左边=1,右=,故(A)式成立
(Ⅱ)假设当n=k时,(A)式成立,即
12+22+32+…+k2+…+32+22+12=
现设n=k+1,在上式两边都加上(k+1)2+k2,得
12+22+32+…+k2+(k+1)2+k2+…+32+22+12=+(k+1)2+k2,
=
=
=
=.
即证得当n=k+1时(A)式也成立根据(Ⅰ)和(Ⅱ),
(A)式对所有的正整数n都成立,即证得
已知数列{an}中,Sn为该数列的前n项和,且Sn+1=an(1-an+1)+Sn.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若不等式对一切正整数n都成立,求正整数a的最大值,并证明结论.
正确答案
解:(1)依题意作图如下:
∵图中x轴下方的等腰直角三角形与x轴上方、直线x=4及直线y=x-2组成的等腰直角三角形全等,
∴a1=dx=
×
|
=
,
∵Sn+1=an(1-an+1)+Sn,
∴an+1=an-an•an+1,
∴-
=1,又a1=
,故
=2,
,∴{}是首项为2,公差为1的等差数列,
∴=2+(n-1)×1=n+1,
.∴.
(2)当n=1时,+
+
>
,即
>
,
所以a<26,而a是正整数,
所以取a=25,下面用数学归纳法证明:+
+…+
>
.
(1)当n=1时,已证;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即+
+…+
>
.
则当n=k+1时,
有+
+…+
=+
+…+
+
+
+
-
>+[
+
-
].
因为+
=
>
,
所以+
-
>0.
所以当n=k+1时不等式也成立.
由(1)(2)知,对一切正整数n,都有:+
+…+
>
.
所以a的最大值等于25.
解析
解:(1)依题意作图如下:
∵图中x轴下方的等腰直角三角形与x轴上方、直线x=4及直线y=x-2组成的等腰直角三角形全等,
∴a1=dx=
×
|
=
,
∵Sn+1=an(1-an+1)+Sn,
∴an+1=an-an•an+1,
∴-
=1,又a1=
,故
=2,
,∴{}是首项为2,公差为1的等差数列,
∴=2+(n-1)×1=n+1,
.∴.
(2)当n=1时,+
+
>
,即
>
,
所以a<26,而a是正整数,
所以取a=25,下面用数学归纳法证明:+
+…+
>
.
(1)当n=1时,已证;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即+
+…+
>
.
则当n=k+1时,
有+
+…+
=+
+…+
+
+
+
-
>+[
+
-
].
因为+
=
>
,
所以+
-
>0.
所以当n=k+1时不等式也成立.
由(1)(2)知,对一切正整数n,都有:+
+…+
>
.
所以a的最大值等于25.
设an=1++
+…+
(n∈N*),是否存在一次函数g(x),使得a1+a2+a3+…+an-1=g(n)(an-1)对n≥2的一切自然数都成立,并试用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
解:假设存在一次函数g(x)=kx+b(k≠0),使得a1+a2+a3+…+an-1=g(n)(an-1)对n≥2的一切自然数都成立,
则当n=2时有,a1=g(2)(a2-1),又∵,∴g(2)=2即2k+b=2…①.
当n=3时有,a1+a2=g(3)(a3-1),又∵,∴g(3)=3,即3k+b=3…②,
由①②可得k=1,b=0,
所以猜想:g(x)=x,…(5分)
下面用数学归纳法加以证明:
(1)当n=2时,已经得到证明;…(6分)
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N)时,结论成立,即存在g(k)=k,使得a1+a2+a3+…+ak-1=g(k)(ak-1)对k≥2的一切自然数都成立,则
当n=k+1时,a1+a2+a3+…+ak=(a1+a2+a3+…+ak-1)+ak=k(ak-1)+ak=(k+1)ak-k,…(8分)
又∵,
∴ak=ak+1-,
∴,
∴当n=k+1时,命题成立.…(11分)
由(1)(2)知,对一切n,(n≥2,n∈N*)有g(n)=n,使得a1+a2+a3+…+an-1=g(n)(an-1)都成立.…(12分)
解析
解:假设存在一次函数g(x)=kx+b(k≠0),使得a1+a2+a3+…+an-1=g(n)(an-1)对n≥2的一切自然数都成立,
则当n=2时有,a1=g(2)(a2-1),又∵,∴g(2)=2即2k+b=2…①.
当n=3时有,a1+a2=g(3)(a3-1),又∵,∴g(3)=3,即3k+b=3…②,
由①②可得k=1,b=0,
所以猜想:g(x)=x,…(5分)
下面用数学归纳法加以证明:
(1)当n=2时,已经得到证明;…(6分)
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N)时,结论成立,即存在g(k)=k,使得a1+a2+a3+…+ak-1=g(k)(ak-1)对k≥2的一切自然数都成立,则
当n=k+1时,a1+a2+a3+…+ak=(a1+a2+a3+…+ak-1)+ak=k(ak-1)+ak=(k+1)ak-k,…(8分)
又∵,
∴ak=ak+1-,
∴,
∴当n=k+1时,命题成立.…(11分)
由(1)(2)知,对一切n,(n≥2,n∈N*)有g(n)=n,使得a1+a2+a3+…+an-1=g(n)(an-1)都成立.…(12分)
用数学归纳法证明:.
正确答案
解析
证明:①当n=1时,左边=<1成立;
②假设当n=k时,结论成立,即
那么n=k+1时,左边==
∴n=k+1时,结论成立
综上,由①②可知成立.
用数学归纳法证明的过程中,由n=k变到n=k+1时,左边总共增加了______ 项.
正确答案
2k+1
解析
解:当n=k时,等式左端=1+2++k2,
当n=k+1时,等式左端=1+2++k2+(k2+1)+(k2+2)+(k2+3)+…+(k+1)2,
所以增加的项数为:(k+1)2-(k2+1)+1=2k+1
即增加了2k+1项.
故答案为:2k+1.
(2015秋•合肥校级月考)已知f(x)是定义在R上的不恒为零的函数,且对任意的a,b∈R都满足:f(a•b)=af(b)+bf(a),若f(2)=2,Un=f(2n)(n∈N*)
(1)求Ul,U2,U3的值.
(2)求证:Un+1>Un.
正确答案
(1)解:令a=2,b=2n-1(n∈N*),
当n=1时,,
当n=2时,,
当n=3时,,
∴U1=2,U2=8,U3=24;
(2)由(1)猜测f(2n)=n×2n(n∈N*).
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,f(2)=1×2,结论成立;
②假设n=k时结论成立,即f(2k)=k×2k,
当n=k+1时,f(2k+1)=f(2×2k)=2f(2k)+2kf(2)=2×k×2k+2k×2=k×2k+1+2k+1=(k+1)×2k+1.
∴n=k+1时,结论成立.
由①②可知,对n∈N*,
f(2n)=n×2n.
∴.
要证明Un+1>Un,只需证明,
∵,
∴Un+1>Un.
解析
(1)解:令a=2,b=2n-1(n∈N*),
当n=1时,,
当n=2时,,
当n=3时,,
∴U1=2,U2=8,U3=24;
(2)由(1)猜测f(2n)=n×2n(n∈N*).
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,f(2)=1×2,结论成立;
②假设n=k时结论成立,即f(2k)=k×2k,
当n=k+1时,f(2k+1)=f(2×2k)=2f(2k)+2kf(2)=2×k×2k+2k×2=k×2k+1+2k+1=(k+1)×2k+1.
∴n=k+1时,结论成立.
由①②可知,对n∈N*,
f(2n)=n×2n.
∴.
要证明Un+1>Un,只需证明,
∵,
∴Un+1>Un.
现有三种卡片:一种写有数字1,一种写有数字10,一种写有数字100,从上述三种卡片中选择若干张,使得这些卡片上的数字这和为m.
(1)当m=100,试求相应的选法种数;
(2)对于正整数n,数字总和为100n对应的选法种数为an,试用数学归纳法猜想并证明an.
正确答案
解:(1)分类讨论,只取数字1或10或100时,共3种;取1和10,可分为1个10,2个10,…9个10,共9种
∴相应的选法种数为3+9=12种;
(2)当数字和为200时,只取数字1或10或100时,共3种;取1和10,可分为1个10,2个10,…19个10,共19种;取1和100,即100个1和1个100,共1种;取10和100,即10个10和1个100,共1种;取数字1、10、100,相当于取1和10,数字和为100的情形,共9种,故33种
故可得数字总和为100n对应的选法种数为an,数字总和为100(n+1)对应的选法种数为an+1,其中增加的种数为取1和10;取1和100;取10和100,共10n+11种,即an+1=an+10n+11
∴an+1-an=10n+11
∴an=a1+(a2-a1)+…+(an-an-1)=5n2+6n+1
下面用数学归纳法进行证明:
①n=1时,由(1)知,结论成立
②假设n=k时成立,即ak=5k2+6k+1,则ak+1=ak+10k+11=5k2+16k+11+1=5(k+1)2+6(k+1)+1
即n=k+1时,结论成立
由①②可得an=5n2+6n+1成立.
解析
解:(1)分类讨论,只取数字1或10或100时,共3种;取1和10,可分为1个10,2个10,…9个10,共9种
∴相应的选法种数为3+9=12种;
(2)当数字和为200时,只取数字1或10或100时,共3种;取1和10,可分为1个10,2个10,…19个10,共19种;取1和100,即100个1和1个100,共1种;取10和100,即10个10和1个100,共1种;取数字1、10、100,相当于取1和10,数字和为100的情形,共9种,故33种
故可得数字总和为100n对应的选法种数为an,数字总和为100(n+1)对应的选法种数为an+1,其中增加的种数为取1和10;取1和100;取10和100,共10n+11种,即an+1=an+10n+11
∴an+1-an=10n+11
∴an=a1+(a2-a1)+…+(an-an-1)=5n2+6n+1
下面用数学归纳法进行证明:
①n=1时,由(1)知,结论成立
②假设n=k时成立,即ak=5k2+6k+1,则ak+1=ak+10k+11=5k2+16k+11+1=5(k+1)2+6(k+1)+1
即n=k+1时,结论成立
由①②可得an=5n2+6n+1成立.
某个命题与正整数有关,若当n=k(k∈N*)时该命题成立,那么推得n=k+1时该命题成立,现已知当n=8时,该命题不成立,那么可推得( )
正确答案
解析
解:由题意可知,原命题成立则逆否命题成立,
P(n)对n=8不成立,P(n)对n=7也不成立,
否则n=7时命题成立,由已知必推得n=8也成立.
与当n=8时该命题不成立矛盾
故选:B.
设数列{an}对一切n∈N*,满足a1=2,an+1+an=4n+2.试用数学归纳法证明:an=2n.
正确答案
证明:(1)当n=1时,a1=2=2×1,结论成立;
(2)假设n=k时,ak=2k,
则当n=k+1时,ak+1=4k+2-ak=4k+2-2k=2k+2=2(k+1),
即n=k+1时结论也成立,
综上所述,对一切n∈N*,an=2n.
解析
证明:(1)当n=1时,a1=2=2×1,结论成立;
(2)假设n=k时,ak=2k,
则当n=k+1时,ak+1=4k+2-ak=4k+2-2k=2k+2=2(k+1),
即n=k+1时结论也成立,
综上所述,对一切n∈N*,an=2n.
用数学归纳法证明:1+3+5+…+(2n-1)=n2.
正确答案
证明:(1)当n=1时,左边=1,右边=1,
∴左边=右边
(2)假设n=k时等式成立,即1+3+5+…+(2k-1)=k2
当n=k+1时,等式左边=1+3+5+…+(2k-1)+(2k+1)=k2+(2k+1)=(k+1)2.
综上(1)(2)可知1+3+5+…+(2n-1)=n2对于任意的正整数成立.
解析
证明:(1)当n=1时,左边=1,右边=1,
∴左边=右边
(2)假设n=k时等式成立,即1+3+5+…+(2k-1)=k2
当n=k+1时,等式左边=1+3+5+…+(2k-1)+(2k+1)=k2+(2k+1)=(k+1)2.
综上(1)(2)可知1+3+5+…+(2n-1)=n2对于任意的正整数成立.
已知函数f(x)=.求证:对于任意不小于3的正整数n都有f(n)>
成立.
正确答案
证明:要证f(n)>(n∈N*且n≥3),
只需证>
,即证1-
>1-
,也就是证明2n-1>2n.
下面用数学归纳法来证明2n-1>2n(n∈N*,且n≥3).
①当n=3时,左边=7,右边=6,左边>右边,不等式成立.
②假设当n=k(k∈N*,且k≥3)时不等式成立,即2k-1>2k,
则当n=k+1时,2k+1-1=2•2k-1=2(2k-1)+1>2•2k+1=2(k+1)+2k-1>2(k+1),
故当n=k+1时,不等式也成立.
综上所述,当n∈N*且n≥3时,2n-1>2n成立.
所以f(n)>(n∈N*且n≥3)成立.
解析
证明:要证f(n)>(n∈N*且n≥3),
只需证>
,即证1-
>1-
,也就是证明2n-1>2n.
下面用数学归纳法来证明2n-1>2n(n∈N*,且n≥3).
①当n=3时,左边=7,右边=6,左边>右边,不等式成立.
②假设当n=k(k∈N*,且k≥3)时不等式成立,即2k-1>2k,
则当n=k+1时,2k+1-1=2•2k-1=2(2k-1)+1>2•2k+1=2(k+1)+2k-1>2(k+1),
故当n=k+1时,不等式也成立.
综上所述,当n∈N*且n≥3时,2n-1>2n成立.
所以f(n)>(n∈N*且n≥3)成立.
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