- 推理与证明
- 共1204题
若f(n)=1++
+…+
(n∈N*),则对于k∈N*,f(k+1)=f(k)+______.
正确答案
+
+
解析
解:∵f(n)=1++
+…+
∴f(k+1)=1++
+…+
+
+
+
∵f(k)=1++
+…+
∴f(k+1)=f(k)++
+
故答案为:+
+
已知数列{an}满足an>0,其前n项和Sn=(an+1)(an+2),n∈N*.
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)设bn=log2(1+),并记Tn为数列{bn}的前n项和,求证:3Tn>log2(
),n∈N*.
正确答案
(I)解:∵Sn=(an+1)(an+2),n∈N*.即6Sn=
,
∴当n=1时,6a1=+3a1+2,解得a1=1或2.
当n≥2时,,
∴6an=-3an-1,化为(an+an-1)(an-an-1-3)=0,
∵∀n∈N*,an>0,∴an-an-1=3,
∴数列{an}是等差数列,公差为3,首项为1或2.
∴an=1+3(n-1)=3n-2,或an=2+3(n-1)=3n-1.
(II)证明:当an=3n-2,bn=log2(1+)=
,
数列{bn}的前n项和Tn=+
+…+
=
,
要证明3Tn>log2(),n∈N*.
即证明Tn.
即证明•…•
>
.
下面利用数学归纳法证明:
(i)当n=1时,左边=1+1=2,右边=,左边>右边,不等式成立.
(ii)假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即•…•
>
.
则当n=k+1时,需要证明:×
>
,
即证明:>
成立,
即,即证明(3k+2)3>(3k+1)2(3k+4),
而(3k+2)3-(3k+1)2(3k+4)=9n+8>0,
因此逆推可知:×
>
,也就是当n=k+1时不等式成立.
综上可得:3Tn>log2(),n∈N*.
当an=3n-1,同理可证.
解析
(I)解:∵Sn=(an+1)(an+2),n∈N*.即6Sn=
,
∴当n=1时,6a1=+3a1+2,解得a1=1或2.
当n≥2时,,
∴6an=-3an-1,化为(an+an-1)(an-an-1-3)=0,
∵∀n∈N*,an>0,∴an-an-1=3,
∴数列{an}是等差数列,公差为3,首项为1或2.
∴an=1+3(n-1)=3n-2,或an=2+3(n-1)=3n-1.
(II)证明:当an=3n-2,bn=log2(1+)=
,
数列{bn}的前n项和Tn=+
+…+
=
,
要证明3Tn>log2(),n∈N*.
即证明Tn.
即证明•…•
>
.
下面利用数学归纳法证明:
(i)当n=1时,左边=1+1=2,右边=,左边>右边,不等式成立.
(ii)假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即•…•
>
.
则当n=k+1时,需要证明:×
>
,
即证明:>
成立,
即,即证明(3k+2)3>(3k+1)2(3k+4),
而(3k+2)3-(3k+1)2(3k+4)=9n+8>0,
因此逆推可知:×
>
,也就是当n=k+1时不等式成立.
综上可得:3Tn>log2(),n∈N*.
当an=3n-1,同理可证.
用数学归纳法证明等式:…
=
对于一切n∈N+都成立.
正确答案
证明:(1)当n=1时,左边=,右边=
,等式成立.
(2)假设n=k时,等式成立,即…
=
,
那么n=k+1时,…
==
=
=
,
即n=k+1时,等式成立.
由(1)(2)可知,等式:…
=
对于一切n∈N+都成立.
解析
证明:(1)当n=1时,左边=,右边=
,等式成立.
(2)假设n=k时,等式成立,即…
=
,
那么n=k+1时,…
==
=
=
,
即n=k+1时,等式成立.
由(1)(2)可知,等式:…
=
对于一切n∈N+都成立.
是否存在常数a、b使得1+2×3+3×32+4×32+…+n×3n-1=3n(na-b)+对一切n∈N*都成立?若存在,请求出a、b的值并证明;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:n=1时,1=3(a-b)+,n=2时,1+2×3=9(2a-b)+
,
所以a=,b=
,
所以1+2×3+3×32+4×32+…+n×3n-1=3n(n-
)+
.
用数学归纳法证明等式1+2×3+3×32+4×32+…+n×3n-1=3n(n-
)+
.
(1)当n=1时,由以上可知等式成立;
(2)假设当n=k时,等式成立,即1+2×3+3×32+4×32+…+k×3k-1=3k(k-
)+
,
则当n=k+1时,1+2×3+3×32+4×32+…+k×3k-1+(k+1)×3k=3k(k-
)+(k+1)×3k+
=3k+1[(k+1)-
]+
由(1)(2)知,等式结一切正整数n都成立
解析
解:n=1时,1=3(a-b)+,n=2时,1+2×3=9(2a-b)+
,
所以a=,b=
,
所以1+2×3+3×32+4×32+…+n×3n-1=3n(n-
)+
.
用数学归纳法证明等式1+2×3+3×32+4×32+…+n×3n-1=3n(n-
)+
.
(1)当n=1时,由以上可知等式成立;
(2)假设当n=k时,等式成立,即1+2×3+3×32+4×32+…+k×3k-1=3k(k-
)+
,
则当n=k+1时,1+2×3+3×32+4×32+…+k×3k-1+(k+1)×3k=3k(k-
)+(k+1)×3k+
=3k+1[(k+1)-
]+
由(1)(2)知,等式结一切正整数n都成立
已知数列{an}满足:a1=0,an+1=(n∈N+)
(Ⅰ)计算a2,a3,a4的值;
(Ⅱ)由(Ⅰ)的结果猜想{an}的通项公式,并用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
解:(Ⅰ) 由a1=0,an+1=,
当n=1时,a2=,
当n=2时,a3==
,
当n=3时,a3==
,
(Ⅱ)由以上结果猜测:an=(6分)
用数学归纳法证明如下:
(1)当n=1时,左边=a1=0,右边═0,等式成立.(8分)
(2)假设当n=k(k≥1)时,命题成立,即ak=成立.
那么,当n=k+1时,ak+1==
=
=
=
=
这就是说,当n=k+1时等式成立.
由(1)和(2),可知猜测an=对于任意正整数n都成立.
解析
解:(Ⅰ) 由a1=0,an+1=,
当n=1时,a2=,
当n=2时,a3==
,
当n=3时,a3==
,
(Ⅱ)由以上结果猜测:an=(6分)
用数学归纳法证明如下:
(1)当n=1时,左边=a1=0,右边═0,等式成立.(8分)
(2)假设当n=k(k≥1)时,命题成立,即ak=成立.
那么,当n=k+1时,ak+1==
=
=
=
=
这就是说,当n=k+1时等式成立.
由(1)和(2),可知猜测an=对于任意正整数n都成立.
观察下列等式
1=1
2+3+4=9
3+4+5+6+7=25
4+5+6+7+8+9+10=49
…
(Ⅰ)照此规律,请你猜测出第n个等式;
(Ⅱ)用数学归纳法证明你猜测的等式______.(其他证法不给分)
正确答案
(Ⅰ)解:根据题意,观察可得,
第一个等式的左边、右边都是1,
第二个等式的左边是从2开始的3个数的和,
第三个等式的左边是从3开始的5个数的和,
…
其规律为:第n个等式的左边是从n开始的(2n-1)个数的和,
即n+(n+1)+(n+2)+…+(3n-2)=(2n-1)2;
故答案为:5+6+7+8+9+10+11+12+13=81.
(Ⅱ)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k+(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)=(2k-1)2,
当n=k+1时,等式左边=(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)+(3k-1)+(3k)+(3k+1)=(2k-1)2+(3k-1)-k+3k+(3k+1)═(2k+1)2.
综上(1)(2)可知n+(n+1)+(n+2)+…+(3n-2)=(2n-1)2对于任意的正整数n都成立.
解析
(Ⅰ)解:根据题意,观察可得,
第一个等式的左边、右边都是1,
第二个等式的左边是从2开始的3个数的和,
第三个等式的左边是从3开始的5个数的和,
…
其规律为:第n个等式的左边是从n开始的(2n-1)个数的和,
即n+(n+1)+(n+2)+…+(3n-2)=(2n-1)2;
故答案为:5+6+7+8+9+10+11+12+13=81.
(Ⅱ)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k+(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)=(2k-1)2,
当n=k+1时,等式左边=(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)+(3k-1)+(3k)+(3k+1)=(2k-1)2+(3k-1)-k+3k+(3k+1)═(2k+1)2.
综上(1)(2)可知n+(n+1)+(n+2)+…+(3n-2)=(2n-1)2对于任意的正整数n都成立.
数列{an}满足.
(Ⅰ)求a2,a3;
(Ⅱ) 求证:a1+a2+…+an=;
(Ⅲ)求证:.
正确答案
(Ⅰ)解:∵数列{an}满足.
∴,
…(2分)
(Ⅱ)证明:由知
,
. (1)
所以 ,
即 . …(5分)
从而 a1+a2+…+an==
. …(7分)
(Ⅲ) 证明:等价于
证明,
即 . (2)…(8分)
当n=1时,,
,
即n=1时,(2)成立.
设n=k(k≥1)时,(2)成立,即 .
当n=k+1时,由(1)知; …(11分)
又由(1)及知
均为整数,
从而由 有
即
,
所以 ,
即(2)对n=k+1也成立.
所以(2)对n≥1的正整数都成立,
即对n≥1的正整数都成立. …(13分)
注:不同解法请教师参照评标酌情给分.
解析
(Ⅰ)解:∵数列{an}满足.
∴,
…(2分)
(Ⅱ)证明:由知
,
. (1)
所以 ,
即 . …(5分)
从而 a1+a2+…+an==
. …(7分)
(Ⅲ) 证明:等价于
证明,
即 . (2)…(8分)
当n=1时,,
,
即n=1时,(2)成立.
设n=k(k≥1)时,(2)成立,即 .
当n=k+1时,由(1)知; …(11分)
又由(1)及知
均为整数,
从而由 有
即
,
所以 ,
即(2)对n=k+1也成立.
所以(2)对n≥1的正整数都成立,
即对n≥1的正整数都成立. …(13分)
注:不同解法请教师参照评标酌情给分.
观察下列算式:
1=12
1+3=4=22
1+3+5=9=32
1+3+5+7=16=42
1+3+5+7+9=25=52
…
对任意正整数n,你能得出怎样的结论?用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
解:(1)观察算式:
1=12
1+3=4=22
1+3+5=9=32
1+3+5+7=16=42
1+3+5+7+9=25=52
…
可得1+3+5+…+(2n-1)=n2.
证明:①n=1时,左式=右式=1,等式成立.
②假设n=k时,等式成立,即1+3+5+…+(2k-1)=k2,
则当n=k+1时,
1+3+5+…+(2k-1)+(2k+1)=k2+2k+1=(k+1)2
这就是说n=k+1时,等式成立.
根据①,②,等式对任意的n∈N*均成立.
解析
解:(1)观察算式:
1=12
1+3=4=22
1+3+5=9=32
1+3+5+7=16=42
1+3+5+7+9=25=52
…
可得1+3+5+…+(2n-1)=n2.
证明:①n=1时,左式=右式=1,等式成立.
②假设n=k时,等式成立,即1+3+5+…+(2k-1)=k2,
则当n=k+1时,
1+3+5+…+(2k-1)+(2k+1)=k2+2k+1=(k+1)2
这就是说n=k+1时,等式成立.
根据①,②,等式对任意的n∈N*均成立.
数学归纳法证明(n+1)(n+2)…(n+n)=2n•1•3…(2n-1)(n∈N)时,证明从n=k到n=k+1的过程中,相当于在假设成立的那个式子两边同乘以( )
正确答案
解析
解:n=k时,左边=(k+1)(k+2)…(k+k),
n=k+1时,左边=(k+2)…(k+k)(k+k+1)(k+k+2),
∴证明从n=k到n=k+1的过程中,相当于在假设成立的那个式子两边同乘以.
故选:D.
已知f1(x)=x+1,且fn(x)=f1[fn-1(x)],(n≥2,n∈N+)
(1)求f2(x),f3(x)的表达式,猜想fn(x)的表达式,并用数学归纳法证明;
(2)若关于x的函数在区间(-∞,-1]上的最小值为12,求n.
正确答案
(1)解:f2(x)=f1[f1(x)]=x+2,f3(x)=f1[f2(x)]=x+3,
猜想fn(x)=x+n
证明:①当n=1时,f1(x)=x+1,成立;
②假设n=k时成立,即fk(x)=x+k,则n=k+1时,fk+1(x)=f1[fk(x)]=x+k+1
∴n=k+1时,结论成立
由①②可知fn(x)=x+n;
(2)解:∵fn(x)=x+n
∴f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=nx+
∴g(x)=x2+f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=x2+nx+=(
)2+
①当->-1,即n<2时,函数在(-∞,-1]上为减函数,∴x=-1时,g(x)min=
=12,方程无正整数解舍去;
②当-≤-1,即n≥2时,x=-
时,g(x)min=
=12,∴n=6或n=-8(舍去)
综上,n=6.
解析
(1)解:f2(x)=f1[f1(x)]=x+2,f3(x)=f1[f2(x)]=x+3,
猜想fn(x)=x+n
证明:①当n=1时,f1(x)=x+1,成立;
②假设n=k时成立,即fk(x)=x+k,则n=k+1时,fk+1(x)=f1[fk(x)]=x+k+1
∴n=k+1时,结论成立
由①②可知fn(x)=x+n;
(2)解:∵fn(x)=x+n
∴f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=nx+
∴g(x)=x2+f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=x2+nx+=(
)2+
①当->-1,即n<2时,函数在(-∞,-1]上为减函数,∴x=-1时,g(x)min=
=12,方程无正整数解舍去;
②当-≤-1,即n≥2时,x=-
时,g(x)min=
=12,∴n=6或n=-8(舍去)
综上,n=6.
以下说法正确的是______.
①lg9•lg11>1.
②用数学归纳法证明“”在验证n=1时,左边=1.
③已知f(x)是R上的增函数,a,b∈R,则f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b)的充要条件是a+b≥0.
④用分析法证明不等式的思维是从要证的不等式出发,逐步寻找使它成立的充分条件.
正确答案
③④
解析
解:∵lg9>0,lg11>0
∴lg9•lg11≤()2=(
lg99)2<1,故错;
②用数学归纳法证明:“1+a+a2+…+an+1=(a≠1)”
在验证n=1时,把当n=1代入,左端=1+a+a2.故错;
③先证命题:a+b≥0⇒f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b)为真.
a+b≥0⇒a≥-b,b≥-a
⇒f(a)≥f(-b),f(b)≥f(-a)
⇒f(a)+f(b)≥f(-b)+f(-a).
再证f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b)⇒a+b≥0为真,即命题a+b<0⇒f(a)+f(b)<f(-a)+f(-b).
a+b<0⇒a<-b,b<-a
⇒f(a)<f(-b),f(b)<f(-a)
⇒f(a)+f(b)<f(-b)+f(-a).
故其逆命题:“若f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b),则a+b≥0”也为真.
故f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b)的充要条件是a+b≥0,正确;
④分析法是从要证明的结论出发,逐步寻求使结论成立的充分条件,只要使结论成立的充分条件已具备,
此结论就一定成立.故正确.
故答案为:③④.
数列{an}满足.
(1)求S1,S2,S3并猜想Sn;
(2)用数学归纳法证明(1)中猜想的正确性.
正确答案
解:(1)当n≥2 时,,故
.
又,故可得
,猜想:
.
(2)①当n=1时,结论显然成立. ②假设当n=k(k∈N*)时,结论成立,即.
当n=k+1时,,
故结论当n=k+1时也成立. 由①②知,结论对一切的n∈N*成立.
解析
解:(1)当n≥2 时,,故
.
又,故可得
,猜想:
.
(2)①当n=1时,结论显然成立. ②假设当n=k(k∈N*)时,结论成立,即.
当n=k+1时,,
故结论当n=k+1时也成立. 由①②知,结论对一切的n∈N*成立.
试比较2n与n2(n∈N*)的大小关系,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:当n=1时,2n=2,n2=1,2n>n2;
当n=2时,2n=4,n2=4,2n=n2;
当n=3时,2n=8,n2=9,2n<n2;
当n=4时,2n=16,n2=16,2n=n2;
当n=5时,2n=32,n2=25,2n>n2;
于是可猜测:2n>n2(n≥5).
证明:①当n=5时,均有2n>n2,不等式成立;
②假设n=k(k≥5,k∈N*)时不等式成立,即2k>k2;
则当n=k+1时,
左边=2k+1=2×2k>2k2,右边=(k+1)2=k2+2k+1,
∵k≥5,2k2-(k2+2k+1)=k2-2k-1=(k-1)2-2>0,
∴2k2>(k+1)2,
即当n=k+1时,2k+1>(k+1)2,不等式成立;
综上所述,2n>n2(n≥5,n∈N*).
解析
解:当n=1时,2n=2,n2=1,2n>n2;
当n=2时,2n=4,n2=4,2n=n2;
当n=3时,2n=8,n2=9,2n<n2;
当n=4时,2n=16,n2=16,2n=n2;
当n=5时,2n=32,n2=25,2n>n2;
于是可猜测:2n>n2(n≥5).
证明:①当n=5时,均有2n>n2,不等式成立;
②假设n=k(k≥5,k∈N*)时不等式成立,即2k>k2;
则当n=k+1时,
左边=2k+1=2×2k>2k2,右边=(k+1)2=k2+2k+1,
∵k≥5,2k2-(k2+2k+1)=k2-2k-1=(k-1)2-2>0,
∴2k2>(k+1)2,
即当n=k+1时,2k+1>(k+1)2,不等式成立;
综上所述,2n>n2(n≥5,n∈N*).
已知数列{an}满足a1=1,且4an+1-anan+1+2an=9(n∈N*).
(1)求a2,a3,a4的值,并猜想{an}的通项公式;
(2)用数学归纳法证明你的猜想.
正确答案
解:(1)由4an+1-anan+1+2an=9得an+1==2-
,
∵a1=1,
∴a2=2-(-)=
,
同理可求,a3=,a4=
,猜想an=
…(5分)
(2)证明:①当n=1时,猜想成立.
②设当n=k(k∈N*)时,猜想成立,即ak=,
则当n=k+1时,有ak+1=2-=2-
=
=
,
所以当n=k+1时猜想也成立.
综合①②,猜想对任何n∈N*都成立. …(10分)
解析
解:(1)由4an+1-anan+1+2an=9得an+1==2-
,
∵a1=1,
∴a2=2-(-)=
,
同理可求,a3=,a4=
,猜想an=
…(5分)
(2)证明:①当n=1时,猜想成立.
②设当n=k(k∈N*)时,猜想成立,即ak=,
则当n=k+1时,有ak+1=2-=2-
=
=
,
所以当n=k+1时猜想也成立.
综合①②,猜想对任何n∈N*都成立. …(10分)
用数学归纳法证明:(其中n∈N*).
正确答案
证明:(1)当n=1时,等式左边=,等式右边=
,∴等式成立.
(2)假设n=k(k≥1.k∈N*)时等式成立,
即成立,
那么当n=k+1时,
=
=
=
=
即n=k+1时等式成立.由(1)、(2)可知,对任意n∈N*等式均成立.
解析
证明:(1)当n=1时,等式左边=,等式右边=
,∴等式成立.
(2)假设n=k(k≥1.k∈N*)时等式成立,
即成立,
那么当n=k+1时,
=
=
=
=
即n=k+1时等式成立.由(1)、(2)可知,对任意n∈N*等式均成立.
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