- 推理与证明
- 共1204题
已知数列,
,
,…,
,…Sn为其前n项和.
(1)计算S1,S2,S3,由此推测计算Sn的公式.
(2)用数学归纳法证明你所得的结论.
正确答案
解:(1)S1=1-=
,S2=1-
=
,S3=1-
=
,猜想:Sn=1-
.
(2)下面用数学归纳法加以证明:①n=1时,S1=1-=
,成立;
②假设n=k时,猜想成立,即Sk=1-,
则n=k+1时,Sk+1=1-+
=1-
+
-
=1-
,
∴n=k+1时猜想也成立
根据①②可知猜想对任何n∈N*都成立.
解析
解:(1)S1=1-=
,S2=1-
=
,S3=1-
=
,猜想:Sn=1-
.
(2)下面用数学归纳法加以证明:①n=1时,S1=1-=
,成立;
②假设n=k时,猜想成立,即Sk=1-,
则n=k+1时,Sk+1=1-+
=1-
+
-
=1-
,
∴n=k+1时猜想也成立
根据①②可知猜想对任何n∈N*都成立.
把正整数按上小下大、左小右大的原则排成如图所示的数表:
设aij(i、j∈N*)是位于这个数表中从上往下数第i行、从左往右数第j个数.数表中第i行共有2i-1个正整数.
(1)若aij=2010,求i、j的值;
(2)记An=a11+a22+a33+…+ann(n∈N*),试比较An与n2+n的大小,并说明理由.
正确答案
解:(1)数表中前n行共有1+2+22++2n-1=2n-1个数,
即第i行的第一个数是2i-1,
∴aij=2i-1+j-1.
∵210<2010<211,aij=2010,
∴i=11.
令210+j-1=2010,
解得j=2010-210+1=987.
(2)∵An=a11+a22+a33+…+ann=(1+2+22+…+2n-1)+[0+1+2+…+(n-1)]
=
∴.
当n=1时,,则An<n2+n;
当n=2时,,则An<n2+n;
当n=3时,,则An<n2+n;
当n≥4时,猜想:.
下面用数学归纳法证明猜想正确.
①当n=4时,,
即成立;
②假设当n=k(k≥4)时,猜想成立,即,
则,
∵,
∴.
即当n=k+1时,猜想也正确.
由①、②得当n≥4时,成立.
当n≥4时,An>n2+n.
综上所述,当n=1,2,3时,An<n2+n;当n≥4时,An>n2+n.
解析
解:(1)数表中前n行共有1+2+22++2n-1=2n-1个数,
即第i行的第一个数是2i-1,
∴aij=2i-1+j-1.
∵210<2010<211,aij=2010,
∴i=11.
令210+j-1=2010,
解得j=2010-210+1=987.
(2)∵An=a11+a22+a33+…+ann=(1+2+22+…+2n-1)+[0+1+2+…+(n-1)]
=
∴.
当n=1时,,则An<n2+n;
当n=2时,,则An<n2+n;
当n=3时,,则An<n2+n;
当n≥4时,猜想:.
下面用数学归纳法证明猜想正确.
①当n=4时,,
即成立;
②假设当n=k(k≥4)时,猜想成立,即,
则,
∵,
∴.
即当n=k+1时,猜想也正确.
由①、②得当n≥4时,成立.
当n≥4时,An>n2+n.
综上所述,当n=1,2,3时,An<n2+n;当n≥4时,An>n2+n.
用数学归纳法证1-+
-
+L+
-
=
的过程中,当n=k到n=k+1时,左边所增加的项为______.
正确答案
解析
解:当n=k到n=k+1时,
左边增加了两项 ,
减少了一项 ,
左边所增加的项为 .
故答案为.
观察下列各不等式:
1+<
,
1++
<
,
1++
+
<
,
1++
+
+
<
,
…
(1)由上述不等式,归纳出一个与正整数n(n≥2)有关的一般性结论;
(2)用数学归纳法证明你得到是结论.
正确答案
解:(1)观察1+<
,
1++
<
,
1++
+
<
,
1++
+
+
<
,
…
各不等式,得到与正整数n有关的一般不等式为
1++
+
+
<
且n≥2.…(6分)
(2)以下用数学归纳法证明这个不等式.
①当n=2时,由题设可知,不等式显然成立.
②假设当n=k时,不等式成立,即
1++
+
+
<
…(8分)
那么,当n=k+1时,有 1++
+
+
+
<
==
=
.
所以当n=k+1时,不等式也成立.…(14分)
根据①和②,可知不等式对任何n∈N+且n≥2都成立.…(16分)
解析
解:(1)观察1+<
,
1++
<
,
1++
+
<
,
1++
+
+
<
,
…
各不等式,得到与正整数n有关的一般不等式为
1++
+
+
<
且n≥2.…(6分)
(2)以下用数学归纳法证明这个不等式.
①当n=2时,由题设可知,不等式显然成立.
②假设当n=k时,不等式成立,即
1++
+
+
<
…(8分)
那么,当n=k+1时,有 1++
+
+
+
<
==
=
.
所以当n=k+1时,不等式也成立.…(14分)
根据①和②,可知不等式对任何n∈N+且n≥2都成立.…(16分)
(1)已知a>b>c,且a+b+c=0,用分析法求证:<
a.
(2)f(x)=,先分别求f(0)+f(1),f(-1)+f(2),f(-2)+f(3),然后归纳猜想一般性结论,并给出证明.
正确答案
(1)证明:要证<
a,只需证b2-ac<3a2.
∵a+b+c=0,∴只需证b2+a(a+b)<3a2,只需证2a2-ab-b2>0,
只需证(a-b)(2a+b)>0,只需证(a-b)(a-c)>0.
∵a>b>c,∴a-b>0,a-c>0,∴(a-b)(a-c)>0显然成立.故原不等式成立
(2)f(0)+f(1)=+
=
+
=
=
,
同理可得:f(-1)+f(2)=,f(-2)+f(3)=
.
由此猜想f(x)+f(1-x)=.
证明:f(x)+f(1-x)=+
=+
=
==
.
解析
(1)证明:要证<
a,只需证b2-ac<3a2.
∵a+b+c=0,∴只需证b2+a(a+b)<3a2,只需证2a2-ab-b2>0,
只需证(a-b)(2a+b)>0,只需证(a-b)(a-c)>0.
∵a>b>c,∴a-b>0,a-c>0,∴(a-b)(a-c)>0显然成立.故原不等式成立
(2)f(0)+f(1)=+
=
+
=
=
,
同理可得:f(-1)+f(2)=,f(-2)+f(3)=
.
由此猜想f(x)+f(1-x)=.
证明:f(x)+f(1-x)=+
=+
=
==
.
(1)已知数列{an}的通项公式为an=(2n+1)•2n-1,用反证法证明数列{an}中任何三项都不可能成等比数列;
(2)用数学归纳法证明不等式n!≤()n,n∈N*.
正确答案
证明:(1)用反证法证明
假设存在ar,as,at成等比数列,
则[(2r+1)•2r-1]•[(2t+1)•2t-1]=(2s+1)2•22s-2.
整理得(2r+1)(2t+1)•2r+t-2s=(2s+1)2.
等式右边为奇数,要使左边等于右边,则r+t-2s=0.
所以,(2r+1)(2t+1)=(r+t+1)2,整理得(r-t)2=0,∴r=t.这与r≠t矛盾,
故不存在这样的正整数r,s,t,使得ar,as,at成等比数列.
(2)①当n=1时,左边=1,右边=1,∴n=1时成立
②假设当n=k时成立,即k!≤,
那么当n=k+1时,左边(k+1)!≤•(k+1)=
.
∵-
=
<0,
∴(k+1)!≤,
∴n=k+1时,不等式成立,
综上,不等式n!≤()n,n∈N*成立.
解析
证明:(1)用反证法证明
假设存在ar,as,at成等比数列,
则[(2r+1)•2r-1]•[(2t+1)•2t-1]=(2s+1)2•22s-2.
整理得(2r+1)(2t+1)•2r+t-2s=(2s+1)2.
等式右边为奇数,要使左边等于右边,则r+t-2s=0.
所以,(2r+1)(2t+1)=(r+t+1)2,整理得(r-t)2=0,∴r=t.这与r≠t矛盾,
故不存在这样的正整数r,s,t,使得ar,as,at成等比数列.
(2)①当n=1时,左边=1,右边=1,∴n=1时成立
②假设当n=k时成立,即k!≤,
那么当n=k+1时,左边(k+1)!≤•(k+1)=
.
∵-
=
<0,
∴(k+1)!≤,
∴n=k+1时,不等式成立,
综上,不等式n!≤()n,n∈N*成立.
用数学归纳法证明:•
•
…
<
.
正确答案
证明:①∵当n=1时,-
=-
<0,
∴<
,∴
<
=
,即n=1时,不等式成立;
②假设当n=k时,不等式成立,即•
•
•…•
<
.
则当n=k+1时,•
•
•…•
•
<
•
=
,
∵()2-(
)2=
=
<0,
∴()2<(
)2,
∴<
,即n=k+1时,原不等式也成立;
综合①②知,对任意n∈N*,•
•
…
<
.
解析
证明:①∵当n=1时,-
=-
<0,
∴<
,∴
<
=
,即n=1时,不等式成立;
②假设当n=k时,不等式成立,即•
•
•…•
<
.
则当n=k+1时,•
•
•…•
•
<
•
=
,
∵()2-(
)2=
=
<0,
∴()2<(
)2,
∴<
,即n=k+1时,原不等式也成立;
综合①②知,对任意n∈N*,•
•
…
<
.
已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=3,满足Sn=6-2an+1(n∈N*),
(1)求a2,a3,a4的值;
(2)猜想an的表达式;
(3)用数学归纳法证明(2)的猜想.
正确答案
解:(1)因为a1=3,且Sn=6-2an+1(n∈N*),所以S1=6-2a2=a1=3
解得,…(理(2分),文3分)
又,
解得…(理(3分),文6分)
,
所以有…(理(5分),文9分)
(2)由(1)知a1=3=,
,
,
猜想(n∈N*)…(理(9分),文14分)
(3)①由(1)已得当n=1时,命题成立;…(理10分)
②假设n=k时,命题成立,即 ak=,…(理11分)
当n=k+1时,Sk=6-2ak+1(k∈N*)a1+a2+…+ak=6-2ak+1
即3++
+…+
=6-2ak+1
ak+1=,
即当n=k+1时,命题成立.…(理13分)
根据①②得n∈N+,an=都成立…(理14分)
解析
解:(1)因为a1=3,且Sn=6-2an+1(n∈N*),所以S1=6-2a2=a1=3
解得,…(理(2分),文3分)
又,
解得…(理(3分),文6分)
,
所以有…(理(5分),文9分)
(2)由(1)知a1=3=,
,
,
猜想(n∈N*)…(理(9分),文14分)
(3)①由(1)已得当n=1时,命题成立;…(理10分)
②假设n=k时,命题成立,即 ak=,…(理11分)
当n=k+1时,Sk=6-2ak+1(k∈N*)a1+a2+…+ak=6-2ak+1
即3++
+…+
=6-2ak+1
ak+1=,
即当n=k+1时,命题成立.…(理13分)
根据①②得n∈N+,an=都成立…(理14分)
用数学归纳法证明:f(n)=(n+1)(n+2)•…•(n+n)<(2n)n(n≥2,n∈N*)时,f(k+1)=f(k)•______.
正确答案
2(2k+1)
解析
解:由题意可得
当n=k时,左边等于 (k+1)(k+2)…(k+k)=(k+1)(k+2)…(2k),
当n=k+1时,左边等于 (k+2)(k+3)…(k+k)(2k+1)(2k+2),
故从“k”到“k+1”的证明,左边需增添的代数式是=2(2k+1),
故答案为 2(2k+1).
在数列{an}和{bn}中,a1=1,b1=2,且an,bn,an+1成等差数列,bn,an+1,bn+1成等比数列(n∈N*).
(1)求a2,a3,a4和b2,b3,b4;
(2)猜想{an},{bn}的通项公式,并证明你的结论;
(3)求证:(n∈N*).
正确答案
解:(1)令n=1可得2b1=a1+a2,a22=b1b2,代入条件得:
,解得a2=3,
,
同理得a3=6,b3=8,a4=10,.(4分)
(2)猜想:,
.
用数学归纳法证明:
(ⅰ)当n=1时,结论显然成立
(ⅱ)假设n=k时结论成立,即,
当n=k+1时,ak+1=2bk-ak==
bk+1=
所以当n=k+1时,结论也成立
综合(ⅰ)(ⅱ)对任意n∈N*,,bn=
都成立.(8分)
(3)欲证
即证
下面用数学归纳法证明:
(ⅰ)当n=1时,左=,右=
,不等式显然成立
(ⅱ)假设n=k时结论成立,即
当n=k+1时
而=
所以
即
则n=k+1时不等式也成立.
综合(ⅰ)(ⅱ)对任意n∈N*,都有
亦即.(12分)
解析
解:(1)令n=1可得2b1=a1+a2,a22=b1b2,代入条件得:
,解得a2=3,
,
同理得a3=6,b3=8,a4=10,.(4分)
(2)猜想:,
.
用数学归纳法证明:
(ⅰ)当n=1时,结论显然成立
(ⅱ)假设n=k时结论成立,即,
当n=k+1时,ak+1=2bk-ak==
bk+1=
所以当n=k+1时,结论也成立
综合(ⅰ)(ⅱ)对任意n∈N*,,bn=
都成立.(8分)
(3)欲证
即证
下面用数学归纳法证明:
(ⅰ)当n=1时,左=,右=
,不等式显然成立
(ⅱ)假设n=k时结论成立,即
当n=k+1时
而=
所以
即
则n=k+1时不等式也成立.
综合(ⅰ)(ⅱ)对任意n∈N*,都有
亦即.(12分)
求证:4n>(n+3)•3n-1(n∈N*,且n>2)
正确答案
证明:(1)当n=3时,左边=43=64,右边=6×32=54,∴左边>右边,不等式成立;
(2)假设n=k≥3(k∈N*)时成立,即4k>(k+3)•3k-1.
则当n=k+1时,左边=4k+1=4•4k>4×(k+3)•3k-1.
∵4(k+3)>3(k+4),
∴4×(k+3)•3k-1>3(k+4)•3k-1=(k+1+3)•3k+1-1,
∴左边=4k+1>4×(k+4)•3k-1>(k+1+3)•3k+1-1=右边,
∴当n=k+1时,不等式成立.
综上(1)(2)可得:不等式:4n>(n+3)•3n-1(n∈N*,且n>2)成立.
解析
证明:(1)当n=3时,左边=43=64,右边=6×32=54,∴左边>右边,不等式成立;
(2)假设n=k≥3(k∈N*)时成立,即4k>(k+3)•3k-1.
则当n=k+1时,左边=4k+1=4•4k>4×(k+3)•3k-1.
∵4(k+3)>3(k+4),
∴4×(k+3)•3k-1>3(k+4)•3k-1=(k+1+3)•3k+1-1,
∴左边=4k+1>4×(k+4)•3k-1>(k+1+3)•3k+1-1=右边,
∴当n=k+1时,不等式成立.
综上(1)(2)可得:不等式:4n>(n+3)•3n-1(n∈N*,且n>2)成立.
(理科)设数列{an}满足a1=3,an+1=an2-2nan+2.
(1)求a2,a3,a4;
(2)先猜想出{an}的一个通项公式,再用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)由条件,依次得
,
,
,…(6分)
(2)由(1),猜想an=2n+1.…(7分)
下用数学归纳法证明之:
①当n=1时,a1=3=2×1+1,猜想成立; …(8分)
②假设当n=k时,猜想成立,即有ak=2k+1,…(9分)
则当n=k+1时,有,
即当n=k+1时猜想也成立,…(13分)
综合①②知,数列{an}通项公式为an=2n+1.…(14分)
解析
解:(1)由条件,依次得
,
,
,…(6分)
(2)由(1),猜想an=2n+1.…(7分)
下用数学归纳法证明之:
①当n=1时,a1=3=2×1+1,猜想成立; …(8分)
②假设当n=k时,猜想成立,即有ak=2k+1,…(9分)
则当n=k+1时,有,
即当n=k+1时猜想也成立,…(13分)
综合①②知,数列{an}通项公式为an=2n+1.…(14分)
观察下列等式:-1=-1,-1+3=2,-1+3-5=-3,-1+3-5+7=4,-1+3-5+7-9=-5,-1+3-5+7-9+11=6,…
(1)猜想反映一般规律的数学表达式; (2)用数学归纳法证明该表达式.
正确答案
解:(1)观察等式:-1=-1,-1+3=2,-1+3-5=-3,-1+3-5+7=4,-1+3-5+7-9=-5,-1+3-5+7-9+11=6,…
可得-1+3-5+…+(-1)n(2n-1)=(-1)n•n.
(2)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+…+(-1)k(2k-1)=(-1)k•k,
则当n=k+1时,
左式=-1+3-5+…+(-1)k(2k-1)+(-1)k+1(2k+1)
=(-1)k•k+(-1)k+1(2k+1)
=(-1)k+1(-k+2k+1)
=(-1)k+1(k+1)=右式,
即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)观察等式:-1=-1,-1+3=2,-1+3-5=-3,-1+3-5+7=4,-1+3-5+7-9=-5,-1+3-5+7-9+11=6,…
可得-1+3-5+…+(-1)n(2n-1)=(-1)n•n.
(2)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+…+(-1)k(2k-1)=(-1)k•k,
则当n=k+1时,
左式=-1+3-5+…+(-1)k(2k-1)+(-1)k+1(2k+1)
=(-1)k•k+(-1)k+1(2k+1)
=(-1)k+1(-k+2k+1)
=(-1)k+1(k+1)=右式,
即n=k+1时,等式成立.
根据①,②,等式对任意的n∈N*均成立.
是否存在最大的正整数m,使得f(n)=(2n+7)•3n+9对任意正整数n都能被m整除?
正确答案
解:f(1)=(2+7)•3+9=36,
f(2)=(2×2+7)•32+9=36×3,
f(3)=(2×3+7)•33+9=36×10,
猜测存在m=36(2分)
①当n=1时,f(1)=(2+7)•3+9=36能被36整除(1分)
②假设n=k时,f(k)=(2k+7)•3k+9能被36整除
当n=k+1时,f(k+1)=[2(k+1)+7)]•3k+1+9
=3[(2k+7)3k+9+(2×3k-9)]+9
=3[(2k+7)3k+9]+6×3k-18
=3[(2k+7)3k+9]+18(3k-1-1)(3分)
∵k∈N*,∴3k-1-1为偶数,18(3k-1-1)能被36整除(2分)
∴f(k+1)=3[(2k+7)3k+9]+18(3k-1-1)能被36整除(1分)
∴n=k+1时,猜测也成立
由①②可知对任意正整数n猜测都成立
故存在m=36(1分)
解析
解:f(1)=(2+7)•3+9=36,
f(2)=(2×2+7)•32+9=36×3,
f(3)=(2×3+7)•33+9=36×10,
猜测存在m=36(2分)
①当n=1时,f(1)=(2+7)•3+9=36能被36整除(1分)
②假设n=k时,f(k)=(2k+7)•3k+9能被36整除
当n=k+1时,f(k+1)=[2(k+1)+7)]•3k+1+9
=3[(2k+7)3k+9+(2×3k-9)]+9
=3[(2k+7)3k+9]+6×3k-18
=3[(2k+7)3k+9]+18(3k-1-1)(3分)
∵k∈N*,∴3k-1-1为偶数,18(3k-1-1)能被36整除(2分)
∴f(k+1)=3[(2k+7)3k+9]+18(3k-1-1)能被36整除(1分)
∴n=k+1时,猜测也成立
由①②可知对任意正整数n猜测都成立
故存在m=36(1分)
数列{an}(n∈N)中,a1=0,当3an<n2时,an+1=n2,当3an>n2时,an+1=3an,求a2,a3,a4,a5,猜测数列的通项公式an并证明你的结论.
正确答案
解:当a=0时,a1=0,则3a1<1,知a2=1,
因为3a2=3<22,由数列{an}定义知a3=4.
因为3a3=12>9,由数列定义知a4=3a3=12.
又因为3a4=36>16,由定义知a5=3a4=36由此猜测:当n≥3时,an=4×3n-3; 6分
下面用数学归纳法去证明:当n≥3时,3an>n2.
当n=3时,由前面的讨论知结论成立.
假设当n=k(k≥3)时,3ak>k2成立.则由数列{an}定义知ak+1=3ak>k2,
从而3ak+1-(k+1)2>3k2-(k+1)2=2k(k-2)+2k-1>0.
所以3ak+1>(k+1)2,即当n=k+1(k≥3)时,3ak+1>(k+1)2成立.
故当n≥3时,3an>n2,an+1=3an.
而a3=4.因此an=4×3n-3.11分
综上所述,当a=0时,a1=0,a2=1,an=4×3n-3( n≥3)(12分)
解析
解:当a=0时,a1=0,则3a1<1,知a2=1,
因为3a2=3<22,由数列{an}定义知a3=4.
因为3a3=12>9,由数列定义知a4=3a3=12.
又因为3a4=36>16,由定义知a5=3a4=36由此猜测:当n≥3时,an=4×3n-3; 6分
下面用数学归纳法去证明:当n≥3时,3an>n2.
当n=3时,由前面的讨论知结论成立.
假设当n=k(k≥3)时,3ak>k2成立.则由数列{an}定义知ak+1=3ak>k2,
从而3ak+1-(k+1)2>3k2-(k+1)2=2k(k-2)+2k-1>0.
所以3ak+1>(k+1)2,即当n=k+1(k≥3)时,3ak+1>(k+1)2成立.
故当n≥3时,3an>n2,an+1=3an.
而a3=4.因此an=4×3n-3.11分
综上所述,当a=0时,a1=0,a2=1,an=4×3n-3( n≥3)(12分)
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