- 推理与证明
- 共1204题
是否存在常数a,b,使等式对于一切n∈N*都成立?若不存在,说明理由;若存在,请用数学归纳法证明?
正确答案
解:若存在常数a,b,使等式对于一切n∈N*都成立.
取n=1,2可得,解得a=1,b=4.
则=
对于一切n∈N*都成立.
下面用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,显然成立.
(2)假设当n=k(k∈N*)时,等式成立,即…+
=
.
则当n=k+1时,…+
+
=+
=
=
=
=.
也就是说当n=k+1时,等式也成立.
综上所述:可知等式对于一切n∈N*都成立.
解析
解:若存在常数a,b,使等式对于一切n∈N*都成立.
取n=1,2可得,解得a=1,b=4.
则=
对于一切n∈N*都成立.
下面用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,显然成立.
(2)假设当n=k(k∈N*)时,等式成立,即…+
=
.
则当n=k+1时,…+
+
=+
=
=
=
=.
也就是说当n=k+1时,等式也成立.
综上所述:可知等式对于一切n∈N*都成立.
用数学归纳法证明:1++
+…+
<2-
(n∈N*),第二步证明“从k到k+1”,左端增加的项数是( )
正确答案
解析
解:当n=k时,左端=1++
+…+
,
那么当n=k+1时 左端=1++
+…+
+
,
∴第二步证明“从k到k+1”,左端增加的项数是2.
故选B.
对正整数n≥2,记
(1)求a2,a3,a4,a5的值;
(2)求证:当n≥5时,有.
正确答案
解:(1)依题意,a2=•
=2
同理可得a3=3,a4=a5=,---------------------(4分)
(2)下面用数学归纳法证明:当n≥5时,有an≤.
①当n≤5时,由(1)可得an≤;
②假设n=k时,ak≤(k≥5),
则n=k+1时,ak+1=+
×
+
×
+…+
×
---------(6分)
=+
(
+
×
+…+
×
)
=+
ak---------------------------------(8分)
≤+
×
=×
≤×
=
<
.
所以当n=k+1时命题成立
综上,当n≥5时,有an≤.----------------------------------------------(10分)
解析
解:(1)依题意,a2=•
=2
同理可得a3=3,a4=a5=,---------------------(4分)
(2)下面用数学归纳法证明:当n≥5时,有an≤.
①当n≤5时,由(1)可得an≤;
②假设n=k时,ak≤(k≥5),
则n=k+1时,ak+1=+
×
+
×
+…+
×
---------(6分)
=+
(
+
×
+…+
×
)
=+
ak---------------------------------(8分)
≤+
×
=×
≤×
=
<
.
所以当n=k+1时命题成立
综上,当n≥5时,有an≤.----------------------------------------------(10分)
用数学归纳法证明等式:(n+1)(n+2)…(n+n)=2n×1×2×3×…×(2n+1)时,由n=k到n=k+1时,等式左边应增加的项是______.
正确答案
2(2k+1)
解析
解:n=k时,左边=(k+1)(k+2)…(k+k),n=k+1时,左边=(k+1+1)(k+1+2)…(k+1+k-1)(k+1+k)(k+1+k+1),
∴由n=k到n=k+1时,等式左边应增加的项是2(2k+1).
故答案为:2(2k+1).
用数学归纳法证明:(cosα+isinα)n=cosnα+isinnα,(其中i为虚数单位)
正确答案
解:(1)当n=1时,左边=cosα+isinα=右边,此时等式成立;
(2)假设当n=k时,等式成立,即(cosα+isinα)k=coskα+isinkα.
则当n=k+1时,左边=(cosα+isinα)k+1=(cosα+isinα)k(cosα+sinα)
=(coskα+isinkα)(cosα+isinα)=coskαcosα-sinkαsinα+(coskαsinα+sinkαcosα)i
=cos[(k+1)α]+isin[(k+1)α]=右边,
∴当n=k+1时,等式成立.
综上可知:等式对于∀n∈N*都成立.
解析
解:(1)当n=1时,左边=cosα+isinα=右边,此时等式成立;
(2)假设当n=k时,等式成立,即(cosα+isinα)k=coskα+isinkα.
则当n=k+1时,左边=(cosα+isinα)k+1=(cosα+isinα)k(cosα+sinα)
=(coskα+isinkα)(cosα+isinα)=coskαcosα-sinkαsinα+(coskαsinα+sinkαcosα)i
=cos[(k+1)α]+isin[(k+1)α]=右边,
∴当n=k+1时,等式成立.
综上可知:等式对于∀n∈N*都成立.
用数学归纳法证明:当n∈N*时,1+2+22+…+25n-1是31的倍数时,当n=1时,原式的值为______;从k到k+1时需增添的项是______.
正确答案
31
25k+25k+1+25k+2+25k+3+25k+4
解析
解:当n=1时,原式的值为1+2+22+23+24=31,
当n=k时,原式=1+2+22+…+25k-1
当n=k+1时,原式=1+2+22+…+25k+4
∴从k到k+1时需增添的项是 25k+25k+1+25k+2+25k+3+25k+4故填:32 25k+25k+1+25k+2+25k+3+25k+4
用数学归纳法证明:1+≤1+
…+
(n∈N*)
正确答案
证明:①当n=1时,1+≤1+
≤
+1,不等式成立;
②假设n=k(k≥1,k∈N*)时,不等式成立,即1+≤1+
+
+…+
≤
+k,
则n=k+1时,
1++
+…+
+
+
+…+
≥1++
+
+…+
>1++
=1++2k•
=1+;
又1++
+…+
+
+
+…+
<+k+
=+k+2k•
=+(k+1),
即n=k+1时,1+<1+
+
+…+
+
+
+…+
<
+(k+1),也成立;
综合①②知,对任意的n∈N*,1+≤1+
+
+…+
≤
+n(n∈N*).
解析
证明:①当n=1时,1+≤1+
≤
+1,不等式成立;
②假设n=k(k≥1,k∈N*)时,不等式成立,即1+≤1+
+
+…+
≤
+k,
则n=k+1时,
1++
+…+
+
+
+…+
≥1++
+
+…+
>1++
=1++2k•
=1+;
又1++
+…+
+
+
+…+
<+k+
=+k+2k•
=+(k+1),
即n=k+1时,1+<1+
+
+…+
+
+
+…+
<
+(k+1),也成立;
综合①②知,对任意的n∈N*,1+≤1+
+
+…+
≤
+n(n∈N*).
已知数列{an}中,a1=-,且2an+1+anan+1+1=0(n∈N*).
(1)求a2,a3,a4;
(2)猜想数列通项公式an,并用数学归纳法证明.
正确答案
(1)解:由a1=-,且2an+1+anan+1+1=0得a2=-
,a3=-
,a4=-
(2)an=-.
证明:①n=1时,结论成立,
②假设n=k时,结论成立,即ak=-,
则n=k+1时,由2ak+1+akak+1+1=0,
得:ak+1=-=
,即n=k+1时等式也成立,
由①②可知an=-.
解析
(1)解:由a1=-,且2an+1+anan+1+1=0得a2=-
,a3=-
,a4=-
(2)an=-.
证明:①n=1时,结论成立,
②假设n=k时,结论成立,即ak=-,
则n=k+1时,由2ak+1+akak+1+1=0,
得:ak+1=-=
,即n=k+1时等式也成立,
由①②可知an=-.
设函数f(n)=(1+)n-n,其中n为正整数.
(1)求f(1)、f(2)、f(3)的值;
(2)猜想满足不等式f(n)<0的正整数n的范围,并用数学归纳法证明你的猜想.
正确答案
解:(1)∵f(n)=(1+)n-n,
∴f(1)=1,f(2)=-2=
,f(3)=
-3=-
,…(3分)
(2)猜想:n≥3,f(n)=(1+)n-n<0,…(4分)
证明:①当n=3时,f(3)=-<0成立,…(5分)
②假设当n=k(n≥3,n∈N+)时猜想正确,即f(k)=-k<0,
∴<k,
则当n=k+1时,
由于f(k+1)=(1+)k+1=(1+
)k(1+
)=
(1+
)
<k(1+)<k+1,…(8分)
∴(1+)k+1<k+1,即f(k+1)=(1+
)k+1-(k+1)<0成立,
由①②可知,对n≥3,f(n)=(n)=(1+)n-n<0成立.…(10分)
解析
解:(1)∵f(n)=(1+)n-n,
∴f(1)=1,f(2)=-2=
,f(3)=
-3=-
,…(3分)
(2)猜想:n≥3,f(n)=(1+)n-n<0,…(4分)
证明:①当n=3时,f(3)=-<0成立,…(5分)
②假设当n=k(n≥3,n∈N+)时猜想正确,即f(k)=-k<0,
∴<k,
则当n=k+1时,
由于f(k+1)=(1+)k+1=(1+
)k(1+
)=
(1+
)
<k(1+)<k+1,…(8分)
∴(1+)k+1<k+1,即f(k+1)=(1+
)k+1-(k+1)<0成立,
由①②可知,对n≥3,f(n)=(n)=(1+)n-n<0成立.…(10分)
已知数列{an}中,a1=1,an+1=2an-4n+7,其中n=1,2,3,….
(Ⅰ)计算a2,a3,a4的值;
(Ⅱ)根据计算结果猜想{an}的通项公式,并用数学归纳法加以证明.
正确答案
解:(Ⅰ)根据已知,a2=2a1-4×1+7=2×1-4+7=5;
a3=2a2-4×2+7=2×5-8+7=9;
a4=2a3-4×3+7=2×9-12+7=13.(3分)
(Ⅱ)猜想an=4n-3.(5分)
证明:①当n=1时,由已知,等式左边=1,右边=4×1-3=1,猜想成立.(7分)
②假设当n=k(k∈N*)时猜想成立,即ak=4k-3,(8分)
则n=k+1时,ak+1=2ak-4k+7=2(4k-3)-4k+7=4k+1=4(k+1)-3,
所以,当n=k+1时,猜想也成立.(12分)
综合①和②,可知an=4n-3对于任何n∈N*都成立.(13分)
解析
解:(Ⅰ)根据已知,a2=2a1-4×1+7=2×1-4+7=5;
a3=2a2-4×2+7=2×5-8+7=9;
a4=2a3-4×3+7=2×9-12+7=13.(3分)
(Ⅱ)猜想an=4n-3.(5分)
证明:①当n=1时,由已知,等式左边=1,右边=4×1-3=1,猜想成立.(7分)
②假设当n=k(k∈N*)时猜想成立,即ak=4k-3,(8分)
则n=k+1时,ak+1=2ak-4k+7=2(4k-3)-4k+7=4k+1=4(k+1)-3,
所以,当n=k+1时,猜想也成立.(12分)
综合①和②,可知an=4n-3对于任何n∈N*都成立.(13分)
已知数列{an}的前n项和Sn与an满足,其中b是与n无关的常数,且b≠-1.
(1)求a1,a2;
(2)求an和an-1的关系式;
(3)猜想用n和b表示an的表达式(须化简),并证明之.
正确答案
解:(1)由
当n=1时,,∴
当n=2时,,∴
(2)n≥2时,
∵,两式相减,化简可得
(3)由(1)得:;
;
由得:
;
猜想 …(8分)
下面用数学归纳法证明猜想成立.
(i)当n=1时,,成立;
(ii)假设n=k时成立,即,
当n=k+1时,∵
∴=
=
所以,当n=k+1时也成立.…(12分)
由(i)(ii)可知,对一切自然数n都成立,即通项为:=
…(14分)
解析
解:(1)由
当n=1时,,∴
当n=2时,,∴
(2)n≥2时,
∵,两式相减,化简可得
(3)由(1)得:;
;
由得:
;
猜想 …(8分)
下面用数学归纳法证明猜想成立.
(i)当n=1时,,成立;
(ii)假设n=k时成立,即,
当n=k+1时,∵
∴=
=
所以,当n=k+1时也成立.…(12分)
由(i)(ii)可知,对一切自然数n都成立,即通项为:=
…(14分)
用数学归纳法证明:1++
+…+
<n(n∈N+,且n>1)时,第一步即证下列哪个不等式成立( )
正确答案
解析
解:用数学归纳法证明1++
+…+
<n(n∈N+,且n>1)时,时,第一步应验证不等式为:1+
+
<2故选C.
数列{an}的前n项和Sn满足Sn=2n-an(n∈N*),
(1)计算a1,a2,a3,a4;
(2)猜想数列{an}的通项公式,并用数学归纳法加以证明.
正确答案
解:(1)当n=1时,a1=S1=2-a1,∴a1=1.
当n=2时,a1+a2=S2=2×2-a2,∴a2=.
当n=3时,a1+a2+a3=S3=2×3-a3,∴a3=.
当n=4时,a1+a2+a3+a4=S4=2×4-a4,∴a4=.
(2)猜想an=(n∈N*).
证明:①当n=1时,a1=1,结论成立.
②假设n=k(k≥1且k∈N*)时,结论成立,即ak=,
那么n=k+1时,
ak+1=Sk+1-Sk=2(k+1)-ak+1-2k+ak=2+ak-ak+1.
∴2ak+1=2+ak,
∴ak+1==
,
这表明n=k+1时,结论成立,
由①②知猜想an=(n∈N*)成立.
解析
解:(1)当n=1时,a1=S1=2-a1,∴a1=1.
当n=2时,a1+a2=S2=2×2-a2,∴a2=.
当n=3时,a1+a2+a3=S3=2×3-a3,∴a3=.
当n=4时,a1+a2+a3+a4=S4=2×4-a4,∴a4=.
(2)猜想an=(n∈N*).
证明:①当n=1时,a1=1,结论成立.
②假设n=k(k≥1且k∈N*)时,结论成立,即ak=,
那么n=k+1时,
ak+1=Sk+1-Sk=2(k+1)-ak+1-2k+ak=2+ak-ak+1.
∴2ak+1=2+ak,
∴ak+1==
,
这表明n=k+1时,结论成立,
由①②知猜想an=(n∈N*)成立.
设a1,a2,a3,…,an(n∈N*)都是正数,且a1a2a3•…an=1,试用数学归纳法证明:a1+a2+a3+…+an≥n.
正确答案
证明:①当n=1时,不等式成立
②假设当n=k-1时成立,则当n=k时,考虑等式a1a2a3•…•ak=1
若a1,a2,a3,…,ak相同,则都为1,不等式得证
若a1,a2,a3,…,ak不全相同,则a1,a2,a3,…,ak的最大数和最小数不是同一个数
不妨令a1为a1,a2,a3,…,ak的最大数,a2为a1,a2,a3,…,ak的最小数.
则∵a1a2a3•…•ak=1,∴最大数a1≥1,最小数a2≤1
现将a1a2看成一个数,利用归纳假设,有a1a2+a3+…+ak≥k-1…(1)
由于a1≥1,a2≤1,所以(a1-1)(a2-1)≤0
所以a1a2≤a1+a2-1…(2)
将(2)代入(1),得
(a1+a2-1)+a3+…+ak≥k-1,即a1+a2+a3+…+ak≥k
∴当n=k时,结论正确
综上可知,a1+a2+a3+…+an≥n.
解析
证明:①当n=1时,不等式成立
②假设当n=k-1时成立,则当n=k时,考虑等式a1a2a3•…•ak=1
若a1,a2,a3,…,ak相同,则都为1,不等式得证
若a1,a2,a3,…,ak不全相同,则a1,a2,a3,…,ak的最大数和最小数不是同一个数
不妨令a1为a1,a2,a3,…,ak的最大数,a2为a1,a2,a3,…,ak的最小数.
则∵a1a2a3•…•ak=1,∴最大数a1≥1,最小数a2≤1
现将a1a2看成一个数,利用归纳假设,有a1a2+a3+…+ak≥k-1…(1)
由于a1≥1,a2≤1,所以(a1-1)(a2-1)≤0
所以a1a2≤a1+a2-1…(2)
将(2)代入(1),得
(a1+a2-1)+a3+…+ak≥k-1,即a1+a2+a3+…+ak≥k
∴当n=k时,结论正确
综上可知,a1+a2+a3+…+an≥n.
用数学归纳法证明:当n≥2,n∈N+时,(1-)(1-
)(1-
)…(1-
)=
.
正确答案
证明:(1)当n=2时,左边=1-=
=
=右边,∴左边=右边;
(2)假设当n=k时,(1-)(1-
)(1-
)…(1-
)=
.
则当n=k+1时,(1-)(1-
)(1-
)…(1-
)
=
=
.
因此当n=k+1时,等式成立.
综上可得:等式对∀n∈N*(n≥2)成立.
解析
证明:(1)当n=2时,左边=1-=
=
=右边,∴左边=右边;
(2)假设当n=k时,(1-)(1-
)(1-
)…(1-
)=
.
则当n=k+1时,(1-)(1-
)(1-
)…(1-
)
=
=
.
因此当n=k+1时,等式成立.
综上可得:等式对∀n∈N*(n≥2)成立.
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