- 推理与证明
- 共1204题
已知多项式.
(Ⅰ)求f(-1)及f(2)的值;
(Ⅱ)试探求对一切整数n,f(n)是否一定是整数?并证明你的结论.
正确答案
解:(Ⅰ)f(-1)=
(Ⅱ)(1)先用数学归纳法证明:对一切正整数n,f(n)是整数.
①当n=1时,f(1)=1,结论成立.
②假设当n=k(k≥1,k∈N)时,结论成立,即是整数,则当n=k+1时,
=
=f(k)+k4+4k3+6k2+4k+1
根据假设f(k)是整数,而k4+4k3+6k2+4k+1显然是整数.
∴f(k+1)是整数,从而当n=k+1时,结论也成立.
由①、②可知对对一切正整数n,f(n)是整数.…(7分)
(2)当n=0时,f(0)=0是整数.…(8分)
(3)当n为负整数时,令n=-m,则m是正整数,由(1)f(m)是整数,
所以=
=-f(m)+m4是整数.
综上,对一切整数n,f(n)一定是整数.…(10分)
解析
解:(Ⅰ)f(-1)=
(Ⅱ)(1)先用数学归纳法证明:对一切正整数n,f(n)是整数.
①当n=1时,f(1)=1,结论成立.
②假设当n=k(k≥1,k∈N)时,结论成立,即是整数,则当n=k+1时,
=
=f(k)+k4+4k3+6k2+4k+1
根据假设f(k)是整数,而k4+4k3+6k2+4k+1显然是整数.
∴f(k+1)是整数,从而当n=k+1时,结论也成立.
由①、②可知对对一切正整数n,f(n)是整数.…(7分)
(2)当n=0时,f(0)=0是整数.…(8分)
(3)当n为负整数时,令n=-m,则m是正整数,由(1)f(m)是整数,
所以=
=-f(m)+m4是整数.
综上,对一切整数n,f(n)一定是整数.…(10分)
在数列{an}中,已知a1=1,且an+1=.
(1)求a2,a3,a4;
(2)猜想数列{an}的通项公式;
(3)试用数学归纳法证明(2)中猜想.
正确答案
解:(1)∵a1=1,an+1=,
∴a2==
,a3=
=
,a4=
=
.
(2)由(1),a1=,a2=
,a3=
,a4=
,
可以猜想an=.
(3)用数学归纳法证明:
ⅰ)当n=1时,a1==1,所以当n=1时猜想成立.
ⅱ)假设当n=k(k∈N*)时猜想成立,即ak=,
当n=k+1时,ak+1==
=
,
所以当n=k+1时猜想也成立.
由ⅰ)和ⅱ)可知,猜想对任意的n∈N*都成立.
所以an=.
解析
解:(1)∵a1=1,an+1=,
∴a2==
,a3=
=
,a4=
=
.
(2)由(1),a1=,a2=
,a3=
,a4=
,
可以猜想an=.
(3)用数学归纳法证明:
ⅰ)当n=1时,a1==1,所以当n=1时猜想成立.
ⅱ)假设当n=k(k∈N*)时猜想成立,即ak=,
当n=k+1时,ak+1==
=
,
所以当n=k+1时猜想也成立.
由ⅰ)和ⅱ)可知,猜想对任意的n∈N*都成立.
所以an=.
对于不等式<n+1(n∈N*),某同学用数学归纳法的证明过程如下:
(1)当n=1时,<1+1,不等式成立.
(2)假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即<k+1,则当n=k+1时,
=
<
=
=(k+1)+1,∴当n=k+1时,不等式成立.
则上述证法( )
正确答案
解析
解:在n=k+1时,没有应用n=k时的假设,
即从n=k到n=k+1的推理不正确.
故选D.
设函数f(x)=ln(1+x),g(x)=xf′(x)(x≥0),其中f′(x)是f(x)的导函数.
(1)若a≤1,求证:f(x)≥ag(x).
(2)若g1(x)=g(x),gn+1(x)=g(gn(x)),n∈N+,求g1(x),g2(x),g3(x)解析式,猜想gn(x)的解析式,并用数学归纳法证明.
正确答案
(1)证明:∵f(x)=ln(1+x),∴f′(x)=.(x≥0).
∴g(x)=.f(x)≥ag(x)即ln(1+x)≥
⇔(1+x)ln(1+x)-ax≥0.
令h(x)=(1+x)ln(1+x)-ax(x≥0).
h′(x)=ln(1+x)+1-a,
∵a≤1,∴1-a≥0,
又x≥0,ln(1+x)≥0,
∴h′(x)=ln(1+x)+1-a≥0,
∴h(x)在x≥0时单调递增,又h(0)=0,
∴h(x)≥0,即ln(1+x)≥,
∴f(x)≥ag(x).
(2)解:g1(x)=g(x)=,
∵gn+1(x)=g(gn(x)),n∈N+,
∴g2(x)=g(g1(x))==
=
.
g3(x)=g(g2(x))==
=
,
猜想:gn(x)=.
下面利用数学归纳法证明:
①当n=1时,g1(x)=g(x)=,成立.
②假设当n=k(k∈N*)时,gk(x)=.
则当n=k+1时,gk+1(x)=g(gk(x))==
=
,
因此当n=k+1时,gn(x)=也成立.
综上可得:∀n∈N*,gn(x)=成立.
解析
(1)证明:∵f(x)=ln(1+x),∴f′(x)=.(x≥0).
∴g(x)=.f(x)≥ag(x)即ln(1+x)≥
⇔(1+x)ln(1+x)-ax≥0.
令h(x)=(1+x)ln(1+x)-ax(x≥0).
h′(x)=ln(1+x)+1-a,
∵a≤1,∴1-a≥0,
又x≥0,ln(1+x)≥0,
∴h′(x)=ln(1+x)+1-a≥0,
∴h(x)在x≥0时单调递增,又h(0)=0,
∴h(x)≥0,即ln(1+x)≥,
∴f(x)≥ag(x).
(2)解:g1(x)=g(x)=,
∵gn+1(x)=g(gn(x)),n∈N+,
∴g2(x)=g(g1(x))==
=
.
g3(x)=g(g2(x))==
=
,
猜想:gn(x)=.
下面利用数学归纳法证明:
①当n=1时,g1(x)=g(x)=,成立.
②假设当n=k(k∈N*)时,gk(x)=.
则当n=k+1时,gk+1(x)=g(gk(x))==
=
,
因此当n=k+1时,gn(x)=也成立.
综上可得:∀n∈N*,gn(x)=成立.
设F(n)=a1-a2Cn1+a3Cn2-a4Cn3+…+(-1)nan+1Cnn(n≥2,n∈N*).
(1)若数列{an}的各项均为1,求证:F(n)=0;
(2)若对任意大于等于2的正整数n,都有F(n)=0恒成立,试证明数列{an}是等差数列.
正确答案
证明:(1)因数列{an}满足各项为1,即,
由,令x=-1,
则,即F(n)=0..…(3分)
(2)当n=2时,,即2a2=a1+a3,所以数列{an}的前3项成等差数列.
假设当n=k时,由,可得数列{an}的前k+1项成等差数列,…(5分)
因对任意大于等于2的正整数n,都有F(n)=0恒成立,所以F(k+1)=0成立,
所以,
两式相减得,,
因,
所以,
即,
由假设可知a2,a3,a4,…,ak+1,ak+2也成等差数列,从而数列{an}的前k+2项成等差数列.
综上所述,若F(n)=0对任意n≥3恒成立,则数列{an}是等差数列.…(10分)
解析
证明:(1)因数列{an}满足各项为1,即,
由,令x=-1,
则,即F(n)=0..…(3分)
(2)当n=2时,,即2a2=a1+a3,所以数列{an}的前3项成等差数列.
假设当n=k时,由,可得数列{an}的前k+1项成等差数列,…(5分)
因对任意大于等于2的正整数n,都有F(n)=0恒成立,所以F(k+1)=0成立,
所以,
两式相减得,,
因,
所以,
即,
由假设可知a2,a3,a4,…,ak+1,ak+2也成等差数列,从而数列{an}的前k+2项成等差数列.
综上所述,若F(n)=0对任意n≥3恒成立,则数列{an}是等差数列.…(10分)
已知数列计算S1,S2,S3,根据据算结果,猜想Sn的表达式,并用数学归纳法进行证明.
正确答案
解:
猜想:
下面用数学归纳法加以证明:①n=1时,左边,右边
②假设n=k时,猜想成立,即
=
∴n=k+1时猜想也成立
根据1,2可知猜想对任何n∈N*都成立.
解析
解:
猜想:
下面用数学归纳法加以证明:①n=1时,左边,右边
②假设n=k时,猜想成立,即
=
∴n=k+1时猜想也成立
根据1,2可知猜想对任何n∈N*都成立.
已知数列{an}:a1=1、a2=2、a3=r且an+3=an+2(n∈N*),与数列{bn}:b1=1、b2=0、b3=-1、b4=0且bn+4=bn(n∈N*).记Tn=b1a1+b2a2+b3a3+…+bnan.
(1)若a1+a2+a3+…+a9=34,求r的值;
(2)求T12的值,并求证当n∈N*时,T12n=-4n;
(3)已知r>0,且存在正整数m,使得在T12m+1,T12m+2,…,T12m+12中有4项为100.求r的值,并指出哪4项为100.
正确答案
解:(1)求得a1=1,a2=2,a3=r,a4=3,a5=4,a6=r+2,a7=5,a8=6,a9=r+4
所以由a1+a2+a3+…+a9=34,可得.
(2)因为b1=1、b2=0、b3=-1、b4=0且bn+4=bn(n∈N*).
a1=1,a2=2,a3=r,a4=3,a5=4,a6=r+2,a7=5,a8=6,a9=r+4…
T12=b1a1+b2a2+b3a3+…+b12a12=-4,T12n=-4n,
用数学归纳法证明:
当n∈Z+时,T12n=-4n.
①当n=1时,T12=a1-a3+a5-a7+a9-a11=-4,
等式成立
②假设n=k时等式成立,即T12k=-4k,
那么当n=k+1时,
T12(k+1)=T12k+a12k+1-a12k+3+a12k+5-a12k+7+a12k+9-a12k+11
=-4k+(8k+1)-(8k+r)+(8k+4)-(8k+5)+(8k+r+4)-(8k+8)
=-4k-4=-4(k+1),
等式也成立.
根据①和②可以断定:当n∈Z+时,T12n=-4n.
(3)解:T12m=-4m(m≥1).
当n=12m+1,12m+2时,Tn=4m+1;
当n=12m+3,12m+4时,Tn=-4m+1-r;
当n=12m+5,12m+6时,Tn=4m+5-r;
当n=12m+7,12m+8时,Tn=-4m-r;
当n=12m+9,12m+10时,Tn=4m+4;
当n=12m+11,12m+12时,Tn=-4m-4.
∵4m+1是奇数,-4m+1-r,-4m-r,-4m-4均为负数,
∴这些项均不可能取到100.
∴4m+5-r=4m+4=100,解得m=24,r=1.
此时T293,T294,T297,T298为100.
解析
解:(1)求得a1=1,a2=2,a3=r,a4=3,a5=4,a6=r+2,a7=5,a8=6,a9=r+4
所以由a1+a2+a3+…+a9=34,可得.
(2)因为b1=1、b2=0、b3=-1、b4=0且bn+4=bn(n∈N*).
a1=1,a2=2,a3=r,a4=3,a5=4,a6=r+2,a7=5,a8=6,a9=r+4…
T12=b1a1+b2a2+b3a3+…+b12a12=-4,T12n=-4n,
用数学归纳法证明:
当n∈Z+时,T12n=-4n.
①当n=1时,T12=a1-a3+a5-a7+a9-a11=-4,
等式成立
②假设n=k时等式成立,即T12k=-4k,
那么当n=k+1时,
T12(k+1)=T12k+a12k+1-a12k+3+a12k+5-a12k+7+a12k+9-a12k+11
=-4k+(8k+1)-(8k+r)+(8k+4)-(8k+5)+(8k+r+4)-(8k+8)
=-4k-4=-4(k+1),
等式也成立.
根据①和②可以断定:当n∈Z+时,T12n=-4n.
(3)解:T12m=-4m(m≥1).
当n=12m+1,12m+2时,Tn=4m+1;
当n=12m+3,12m+4时,Tn=-4m+1-r;
当n=12m+5,12m+6时,Tn=4m+5-r;
当n=12m+7,12m+8时,Tn=-4m-r;
当n=12m+9,12m+10时,Tn=4m+4;
当n=12m+11,12m+12时,Tn=-4m-4.
∵4m+1是奇数,-4m+1-r,-4m-r,-4m-4均为负数,
∴这些项均不可能取到100.
∴4m+5-r=4m+4=100,解得m=24,r=1.
此时T293,T294,T297,T298为100.
已知数列{an}满足,且Sn=n(2n-1)an,
(1)求a2,a3的值;猜想an的表达式并用数学归纳法证明
(2)求.
正确答案
解:(1),
…(2分)
猜想:(3分)
下证明:
①当n=1时,,满足题意,正确.
②假设n=k时猜想正确,即,
那么Sk+1=(k+1)(2k+1)ak+1,
Sk=k(2k-1)ak,
两式作差可得:ak+1=(k+1)(2k+1)ak+1-k(2k-1)×,
ak+1(2k2+3k)=
∴═
,
由①②可知猜想正确.…(8分)
(2)
∴…(12分)
解析
解:(1),
…(2分)
猜想:(3分)
下证明:
①当n=1时,,满足题意,正确.
②假设n=k时猜想正确,即,
那么Sk+1=(k+1)(2k+1)ak+1,
Sk=k(2k-1)ak,
两式作差可得:ak+1=(k+1)(2k+1)ak+1-k(2k-1)×,
ak+1(2k2+3k)=
∴═
,
由①②可知猜想正确.…(8分)
(2)
∴…(12分)
大家知道,在数列{an}中,若an=n,则sn=,若an=n2,则
sn=,于是,猜想:若an=n3,则sn=13+23+33+…+n3=an4+bn3+cn2+dn.
问:(1)这种猜想,你认为正确吗?
(2)不管猜想是否正确,这个结论是通过什么推理方法得到的?
(3)如果结论正确,请用数学归纳法给予证明.
正确答案
解:(1)猜想正确;
(2)这是一种类比推理的方法;
(3)由类比可猜想,,n=1时,a+b+c+d=1;n=2时,16a+8b+4c+d=9;n=3时,81a+27b+9c+d=36
故解得,∴sn=13+23+33+…+n3=
n4+
n3+
n2用数学归纳法证明:
①n=1时,结论成立;
②假设n=k时,结论成立,即13+23+33+…+k3=k4+
k3+
k2=则n=k+1时,左边=13+23+33+…+k3+(k+1)3=
k4+
k3+
k2+(k+1)3=
=
=
=右边,结论成立
由①②可知,sn=13+23+33+…+n3=n4+
n3+
n2,成立
解析
解:(1)猜想正确;
(2)这是一种类比推理的方法;
(3)由类比可猜想,,n=1时,a+b+c+d=1;n=2时,16a+8b+4c+d=9;n=3时,81a+27b+9c+d=36
故解得,∴sn=13+23+33+…+n3=
n4+
n3+
n2用数学归纳法证明:
①n=1时,结论成立;
②假设n=k时,结论成立,即13+23+33+…+k3=k4+
k3+
k2=则n=k+1时,左边=13+23+33+…+k3+(k+1)3=
k4+
k3+
k2+(k+1)3=
=
=
=右边,结论成立
由①②可知,sn=13+23+33+…+n3=n4+
n3+
n2,成立
(2015秋•株洲校级期末)已知数列{an}的前n项和为Sn且满足Sn+an=2n.
(1)写出a1,a2,a3,并推测an的表达式;
(2)用数学归纳法证明所得的结论.
正确答案
解:(1)a1=,a2=
,a3=
,….
猜测an=2-.
(2)①由(1)已得当n=1时,命题成立;
②假设n=k时,命题成立,即ak=2-,
当n=k+1时,a1+a2+…+ak+ak+1+ak+1=2(k+1)+1,
且a1+a2+…+ak=2k+1-ak
∴2k+1-ak+2ak+1=2(k+1)+1=2k+3,
∴2ak+1=2+2-,ak+1=2-
,
即当n=k+1时,命题成立.(11分)
根据①②得n∈N+时,an=2-都成立.
解析
解:(1)a1=,a2=
,a3=
,….
猜测an=2-.
(2)①由(1)已得当n=1时,命题成立;
②假设n=k时,命题成立,即ak=2-,
当n=k+1时,a1+a2+…+ak+ak+1+ak+1=2(k+1)+1,
且a1+a2+…+ak=2k+1-ak
∴2k+1-ak+2ak+1=2(k+1)+1=2k+3,
∴2ak+1=2+2-,ak+1=2-
,
即当n=k+1时,命题成立.(11分)
根据①②得n∈N+时,an=2-都成立.
已知数列{an}是等差数列,a1=1,a1+a2+a3+…+a10=100.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)设数列{bn}的通项,记Tn是数列{bn}的前n项之积,即Tn=b1•b2•b3…bn,试证明:Tn>
.
正确答案
(1)解:∵a1=1,a1+a2+a3+…+a10=100,
∴10+45d=100,
∴d=2,
∴an=1+(n-1)×2=2n-1;
(2)证明:,
Tn=b1•b2•b3…bn=(1+)•(1+
)…(1+
),
①当n=1时,2>成立;
②假设当n=k(k≥1,k∈N+)时,命题成立,即(1+)•(1+
)…(1+
)>
成立,
当n=k+1时,Tk+1=(1+)•(1+
)…(1+
)(1+
)>
=
∵<
=2k+2
∴
∴Tk+1>
即n=k+1时,命题成立
综上,Tn>.
解析
(1)解:∵a1=1,a1+a2+a3+…+a10=100,
∴10+45d=100,
∴d=2,
∴an=1+(n-1)×2=2n-1;
(2)证明:,
Tn=b1•b2•b3…bn=(1+)•(1+
)…(1+
),
①当n=1时,2>成立;
②假设当n=k(k≥1,k∈N+)时,命题成立,即(1+)•(1+
)…(1+
)>
成立,
当n=k+1时,Tk+1=(1+)•(1+
)…(1+
)(1+
)>
=
∵<
=2k+2
∴
∴Tk+1>
即n=k+1时,命题成立
综上,Tn>.
用数学归纳法证明关于n的恒等式时,当n=k时,表达式为1×4+2×7+…+k(3k+1)=k(k+1)2,则当n=k+1时,待证表达式应为______.
正确答案
1×4+2×7+…+k(3k+1)+(k+1)(3k+4)=(k+!)(k+2)2
解析
解:因为证明关于n的恒等式时,当n=k时,表达式为1×4+2×7+…+k(3k+1)=k(k+1)2,
则当n=k+1时,待证表达式应为:
1×4+2×7+…+k(3k+1)+(k+1)(3k+4)=(k+!)(k+2)2.
故答案为:1×4+2×7+…+k(3k+1)+(k+1)(3k+4)=(k+!)(k+2)2.
函数数列{fn(x)}满足:f1(x)=(x>0),fn+1(x)=f1[fn(x)].
(Ⅰ)求f2(x),f3(x);
(Ⅱ)猜想fn(x)的解析式,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(Ⅰ)∵f1(x)=(x>0),fn+1(x)=f1[fn(x)],
∴f2(x)=f1[f1(x)]==
=
,
f3(x)=f1[f2(x)]==
=
,…
(Ⅱ)猜想fn(x)=.
下面用数学归纳法证明:
1°当n=1时,猜想成立.
2°假设n=k时猜想成立,即有fk(x)=,
那么fk+1(x)=f1[fk(x)]==
=
,
这就是说,当n=k+1时,猜想也成立.
由1°2°可知,猜想对n∈N*均成立.
故fn(x)=.
解析
解:(Ⅰ)∵f1(x)=(x>0),fn+1(x)=f1[fn(x)],
∴f2(x)=f1[f1(x)]==
=
,
f3(x)=f1[f2(x)]==
=
,…
(Ⅱ)猜想fn(x)=.
下面用数学归纳法证明:
1°当n=1时,猜想成立.
2°假设n=k时猜想成立,即有fk(x)=,
那么fk+1(x)=f1[fk(x)]==
=
,
这就是说,当n=k+1时,猜想也成立.
由1°2°可知,猜想对n∈N*均成立.
故fn(x)=.
对数列{an},规定{Van}为数列{an}的一阶差分数列,其中Van=an+1-an(n∈N*).对正整数k,规定{Vkan}为{an}的k阶差分数列,其中Vkan=Vk-1an+1-Vk-1an=V(VK-1an)(规定V0an=an).
(Ⅰ)已知数列{an}的通项公式an=n2+n(n∈N*),是判断{Van}是否为等差数列,并说明理由;
(Ⅱ)若数列{an}的首项a1=1,且满足V2an-Van+1+an=-2n(n∈N*),求数列{an}的通项公式.
正确答案
解:(Ⅰ)△an=an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)=2n+2 …(4分)
则△an+1-△an=2,
所以△an是首项为4,公差为2的等差数列.…(6分)
(Ⅱ)△2an-△an+1+an=-2n,即△an+1-△an-△an+1+an=-2n
而△an=an+1-an,所以an+1-2an=2n,∴-
=
,(6分)
∴数列{ }构成以
为首项,
为公差的等差数列,
即 =
⇒an=n•2n-1.(7分)
解析
解:(Ⅰ)△an=an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)=2n+2 …(4分)
则△an+1-△an=2,
所以△an是首项为4,公差为2的等差数列.…(6分)
(Ⅱ)△2an-△an+1+an=-2n,即△an+1-△an-△an+1+an=-2n
而△an=an+1-an,所以an+1-2an=2n,∴-
=
,(6分)
∴数列{ }构成以
为首项,
为公差的等差数列,
即 =
⇒an=n•2n-1.(7分)
设函数f(x)=(1-x)ex-1.
(1)证明:当x>0时,f(x)<0;
(2)设a1=1,an=
-1,证明对任意的正整数n,总有an+1<an.
正确答案
证明:(1)因为f(x)=(1-x)ex-1,
所以f′(x)=-ex+(1-x)ex=-xex,
当x>0时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,
因此f(x)<f(0)=0. …2分
(2)首先用数学归纳法证明an>0.
①当n=1时,a1=1>0,∴an>0成立.
②假设n=k时,ak>0.
那么当n=k+1时,an=
-1,则
=
,…4分
当x>0时,由不等式ex-1>x得>1.
所以>1,ak+1>0.
由①②可知对任意的正整数n,总有an>0.
由(1)知(1-an)-1<0,所以
-1<an
.
由an=
-1知an
<an
,所以an+1<an. …10分.
解析
证明:(1)因为f(x)=(1-x)ex-1,
所以f′(x)=-ex+(1-x)ex=-xex,
当x>0时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,
因此f(x)<f(0)=0. …2分
(2)首先用数学归纳法证明an>0.
①当n=1时,a1=1>0,∴an>0成立.
②假设n=k时,ak>0.
那么当n=k+1时,an=
-1,则
=
,…4分
当x>0时,由不等式ex-1>x得>1.
所以>1,ak+1>0.
由①②可知对任意的正整数n,总有an>0.
由(1)知(1-an)-1<0,所以
-1<an
.
由an=
-1知an
<an
,所以an+1<an. …10分.
扫码查看完整答案与解析