- 推理与证明
- 共1204题
已知函数y=f(n)(n∈N*)设f(1)=2且任意的n1,n2∈N*,有n1,n2∈N*,f(n1+n2)=f(n1)•f(n2)
(1)求f(2)、f(3)、f(4)的值;
(2)试猜想f(n)的解析式,并用数学归纳法给出证明.
正确答案
解:(1)f(1)=2,f(n1+n2)=f(n1)•f(n2)
∴f(2)=f(1+1)=f(1)•f(1)=22=4、
f(3)=f(2+1)=f(2)•f(1)=22•2=8、
f(4)=f(3+1)=f(3)•f(1)=23•2=16;
(2)猜想f(n)=2n,n∈N*
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,f(1)=21=2∴猜想正确;…(7分)
②假设当n=k(k≥1)时猜想正确,即f(k)=2k,k∈N*
那么当n=k+1时,f(k+1)=f(k)f(1)=2k•2=2k+1
所以,当n=k+1时,猜想正确
由①②知,对n∈N*,f(n)=2n,正确.…(13分)
解析
解:(1)f(1)=2,f(n1+n2)=f(n1)•f(n2)
∴f(2)=f(1+1)=f(1)•f(1)=22=4、
f(3)=f(2+1)=f(2)•f(1)=22•2=8、
f(4)=f(3+1)=f(3)•f(1)=23•2=16;
(2)猜想f(n)=2n,n∈N*
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,f(1)=21=2∴猜想正确;…(7分)
②假设当n=k(k≥1)时猜想正确,即f(k)=2k,k∈N*
那么当n=k+1时,f(k+1)=f(k)f(1)=2k•2=2k+1
所以,当n=k+1时,猜想正确
由①②知,对n∈N*,f(n)=2n,正确.…(13分)
(2015秋•琼海校级月考)是否存在常数a、b、c使等式12+22+32+…n2+(n-1)2+…22+12=an(bn2+c)对于一切n∈N*都成立,若存在,求出a、b、c并证明;若不存在,试说明理由.
正确答案
解:假设存在a、b、c使12+22+32+…n2+(n-1)2+…21+12=an(bn2+c)对于一切n∈N*都成立.
当n=1时,a(b+c)=1;当n=2时,2a(4b+c)=6;当n=3时,3a(9b+c)=19.
解方程组,解得
.
证明如下:
①当n=1时,由以上知存在常数a、b、c使等式成立.
②假设n=k(k∈N*)时等式成立,
即12+22+32+…k2+(k-1)2+…22+12=ak(bk2+c)=;
当n=k+1时,12+22+32+…(k+1)2+k2+…22+12=ak(bk2+c)=+(k+1)2+k2=
;
即n=k+1时,等式成立.
因此存在,使等式对一切n∈N*都成立.
解析
解:假设存在a、b、c使12+22+32+…n2+(n-1)2+…21+12=an(bn2+c)对于一切n∈N*都成立.
当n=1时,a(b+c)=1;当n=2时,2a(4b+c)=6;当n=3时,3a(9b+c)=19.
解方程组,解得
.
证明如下:
①当n=1时,由以上知存在常数a、b、c使等式成立.
②假设n=k(k∈N*)时等式成立,
即12+22+32+…k2+(k-1)2+…22+12=ak(bk2+c)=;
当n=k+1时,12+22+32+…(k+1)2+k2+…22+12=ak(bk2+c)=+(k+1)2+k2=
;
即n=k+1时,等式成立.
因此存在,使等式对一切n∈N*都成立.
已知n为正偶数,用数学归纳法证明时,若已假设n=k(k≥2,且k为偶数)时等式成立,则还需利用归纳假设再证( )
正确答案
解析
解:若已假设n=k(k≥2,k为偶数)时命题为真,因为n只能取偶数,所以还需要证明n=k+2成立.
故选:B.
用数学归纳法证明:对一切大于1的自然数n,不等式成立.
正确答案
证明:①当n=2时,左端=1+=
,右端=
,又知
,∴左端>右端,即当n=2时有原不等式成立.
②假设当n=k时,有原不等式成立,即成立,
那么当n=k+1时,有=
又4k2+8k+4>4k2+8k+3,∴,
即,即
对n=k时成立,
综上,由①②知,对一切大于1的自然数n,不等式成立.
解析
证明:①当n=2时,左端=1+=
,右端=
,又知
,∴左端>右端,即当n=2时有原不等式成立.
②假设当n=k时,有原不等式成立,即成立,
那么当n=k+1时,有=
又4k2+8k+4>4k2+8k+3,∴,
即,即
对n=k时成立,
综上,由①②知,对一切大于1的自然数n,不等式成立.
已知数列{an}的通项an=n2+n,试问是否存在常数p,q,使等式+
+…
=
对一切自然数n都成立.若存在,求出p,q的值.并用数学归纳法证明,若不存在说明理由.
正确答案
解:令n=1,2可得=
,
+
=
,
∴p+q=8,4p+2q=22,
∴p=3,q=5,
∴+
+…+
=
.
证明如下:
①n=1时,左边==
,右边=
=
,结论成立;
②假设n=k时结论成立,即+
+…+
=
,
则n=k+1时,左边=+
+…+
+
=
+
=.
即n=k+1时,结论成立,
由①②可知+
+…+
=
.
解析
解:令n=1,2可得=
,
+
=
,
∴p+q=8,4p+2q=22,
∴p=3,q=5,
∴+
+…+
=
.
证明如下:
①n=1时,左边==
,右边=
=
,结论成立;
②假设n=k时结论成立,即+
+…+
=
,
则n=k+1时,左边=+
+…+
+
=
+
=.
即n=k+1时,结论成立,
由①②可知+
+…+
=
.
用数学归纳法证明1+a+a2+…+an+1=(a≠1),在验证n=1时,左端计算所得的项为______.
正确答案
1+a+a2
解析
解: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.
故答案为:1+a+a2
在不等式理论的研究和证明中,平均值不等式占有重要的位置,平均值不等式的证明方法多样、技巧性高.下面介绍的就是其证明方法之一:
先证明引理:如果n个正数x1、x2…xn的乘积x1x2…xn=1,那么它们的和x1+x2+…+xn≥n.
再利用引理,证明平均值不等式;对于n个正数a1、a2…an,它们的算术平均值不小于它们的几何平均值,即
≥
(1)请你用数学归纳法证明引理;
(2)请你利用引理,通过变量代换,证明n个正数的平均值不等式.
正确答案
(1)证明:利用数学归纳法.
(i)当n=1时,x1=1≥1,结论成立.
(ii)假设当n≤k,k∈N*时,结论成立,即k个正数x1、x2,…,xk的乘积x1x2…xk=1,那么它们的和x1+x2+…+xk≥k.
当n=k+1时,k+1个正数x1、x2,…,xk,xk+1的乘积x1x2…xk•xk+1=1,
显然存在xi≥1,xj≤1(i,j∈{1,2,3,…,k+1}),不妨设i=1,j=2.则(x1x2)•x3•…•xk+1=1,
由归纳假设可得:x1x2+x3+…+xk+1≥k,∵x1≥1,x2≤1,∴(x1-1)(x2-1)≤0,∴x1x2+1≤x1+x2,
∴x1+x2+…+xk+xk+1≥x1x2+1+x3+…+xk+1≥k+1.
综上可知:对于∀n∈N*,命题成立.
(2)证明:令x1=>0,…,xn=
>0,
∴x1x2•…•xn=1.
由引理可得:x1+x2+…+xn≥n,∴≥n,即
≥
.
解析
(1)证明:利用数学归纳法.
(i)当n=1时,x1=1≥1,结论成立.
(ii)假设当n≤k,k∈N*时,结论成立,即k个正数x1、x2,…,xk的乘积x1x2…xk=1,那么它们的和x1+x2+…+xk≥k.
当n=k+1时,k+1个正数x1、x2,…,xk,xk+1的乘积x1x2…xk•xk+1=1,
显然存在xi≥1,xj≤1(i,j∈{1,2,3,…,k+1}),不妨设i=1,j=2.则(x1x2)•x3•…•xk+1=1,
由归纳假设可得:x1x2+x3+…+xk+1≥k,∵x1≥1,x2≤1,∴(x1-1)(x2-1)≤0,∴x1x2+1≤x1+x2,
∴x1+x2+…+xk+xk+1≥x1x2+1+x3+…+xk+1≥k+1.
综上可知:对于∀n∈N*,命题成立.
(2)证明:令x1=>0,…,xn=
>0,
∴x1x2•…•xn=1.
由引理可得:x1+x2+…+xn≥n,∴≥n,即
≥
.
用数学归纳法证明:“+
+…+
≥1( n∈N+)”时,在验证初始值不等式成立时,左边的式子应是“______”.
正确答案
+
+
解析
解:n=1时,左边的式子是+
+
.
故答案为:+
+
.
已知数列,
,
,
,…
,计算S1,S2,S3,由此推测Sn的计算公式,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:S1=,S2=
,S3=
,猜想:Sn=
.
下面用数学归纳法加以证明:①n=1时,成立;
②假设n=k时,猜想成立,即Sk=,
则n=k+1时,Sk+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:S1=,S2=
,S3=
,猜想:Sn=
.
下面用数学归纳法加以证明:①n=1时,成立;
②假设n=k时,猜想成立,即Sk=,
则n=k+1时,Sk+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.
已知集合X={1,2,3},Yn={1,2,3,…,n)(n∈N*),设Sn={(a,b)|a整除b或b整除a,a∈X,B∈Yn},令f(n)表示集合Sn所含元素的个数.
(1)写出f(6)的值;
(2)当n≥6时,写出f(n)的表达式,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)f(6)=6+2++
=13;
(2)当n≥6时,f(n)=.
下面用数学归纳法证明:
①n=6时,f(6)=6+2++
=13,结论成立;
②假设n=k(k≥6)时,结论成立,那么n=k+1时,Sk+1在Sk的基础上新增加的元素在(1,k+1),(2,k+1),(3,k+1)中产生,分以下情形讨论:
1)若k+1=6t,则k=6(t-1)+5,此时有f(k+1)=f(k)+3=(k+1)+2++
,结论成立;
2)若k+1=6t+1,则k=6t,此时有f(k+1)=f(k)+1=k+2++
+1=(k+1)+2+
+
,结论成立;
3)若k+1=6t+2,则k=6t+1,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立;
4)若k+1=6t+3,则k=6t+2,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立;
5)若k+1=6t+4,则k=6t+3,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立;
6)若k+1=6t+5,则k=6t+4,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立.
综上所述,结论f(n)=n+[]+[
]+3,对满足n≥6的自然数n均成立.
解析
解:(1)f(6)=6+2++
=13;
(2)当n≥6时,f(n)=.
下面用数学归纳法证明:
①n=6时,f(6)=6+2++
=13,结论成立;
②假设n=k(k≥6)时,结论成立,那么n=k+1时,Sk+1在Sk的基础上新增加的元素在(1,k+1),(2,k+1),(3,k+1)中产生,分以下情形讨论:
1)若k+1=6t,则k=6(t-1)+5,此时有f(k+1)=f(k)+3=(k+1)+2++
,结论成立;
2)若k+1=6t+1,则k=6t,此时有f(k+1)=f(k)+1=k+2++
+1=(k+1)+2+
+
,结论成立;
3)若k+1=6t+2,则k=6t+1,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立;
4)若k+1=6t+3,则k=6t+2,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立;
5)若k+1=6t+4,则k=6t+3,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立;
6)若k+1=6t+5,则k=6t+4,此时有f(k+1)=f(k)+2=k+2++
+2=(k+1)+2+
+
,结论成立.
综上所述,结论f(n)=n+[]+[
]+3,对满足n≥6的自然数n均成立.
函数f1(x)=,f2(x)=
,…,fn+1(x)=
,…,则函数f2014(x)是( )
正确答案
解析
解:当x<0时,f1(x)=<0,f2(x)=
<0,…,fn+1(x)=
<0,…,
同理,x>0时,函数值均大于0,
∴fn(x)不可能是偶函数,
∵f1(x)=是奇函数,
假设fk(x)是奇函数,则fk+1(-x)==
=-fk+1(x),
∴fk+1(x)是奇函数,
从而fn(x)是奇函数,
故选:A.
求证.
正确答案
证明:①当n=1时,左边=2,右边=,等式成立;
②假设当n=k时,等式成立,
即
则当n=k+1时,
左边==(k+1)(k+2)(
k+1)=
(k+1)(k+2)(k+3)
即n=k+1时,等式也成立.
所以对任意正整数都成立.
解析
证明:①当n=1时,左边=2,右边=,等式成立;
②假设当n=k时,等式成立,
即
则当n=k+1时,
左边==(k+1)(k+2)(
k+1)=
(k+1)(k+2)(k+3)
即n=k+1时,等式也成立.
所以对任意正整数都成立.
某地区原森林木材存量为a,且每年增长率为25%,因生产建设的需要每年年底要砍伐的木材量为b,设an为n年后该地区森林木材存量
(1)计算a1,a2,a3的值;
(2)由(1)的结果,推测an的表达式,并用数学归纳法证明你的结论;
(3)为保护生态环境,防止水土流失,该地区每年的森林木材存量应不少于a,如果b=
a,那么该地区今后会发生水土流失吗?若会,需要经过几年?(取lg2≈0.30)
正确答案
解:(1)a1=a(1+)-b=
a-b,
a2=a1-b=
(
a-b)-b=
a-(
+1)b,
a3=a2-b=
a-[
+
+1]b,
(2)由(1)可推测
an=a-[
+
+…+
+1]b
=a-4[
-1]b(n∈N*).
证明如下:①当n=1时,a1=a(1+)-b=
a-b,已证推测成立.
②假设n=k时,ak=a-4[
-1]b(k∈N*)成立,
则当n=k+1时,
ak+1=ak-b=
{
a-4[
-1]b}-b
=a-4[
-1]b,
故当n=k+1时,推测也成立.
由①②知,对n∈N*推测成立.
(3)当b=a时,若该地区今后发生水土流失,则森林木材存量必须少于
a,
∴a-4[
-1]×
a<
a,
即>5.
两边取对数得:nlg>lg5,n>
=
≈7,
∴经过8年后该地区就开始水土流失.
解析
解:(1)a1=a(1+)-b=
a-b,
a2=a1-b=
(
a-b)-b=
a-(
+1)b,
a3=a2-b=
a-[
+
+1]b,
(2)由(1)可推测
an=a-[
+
+…+
+1]b
=a-4[
-1]b(n∈N*).
证明如下:①当n=1时,a1=a(1+)-b=
a-b,已证推测成立.
②假设n=k时,ak=a-4[
-1]b(k∈N*)成立,
则当n=k+1时,
ak+1=ak-b=
{
a-4[
-1]b}-b
=a-4[
-1]b,
故当n=k+1时,推测也成立.
由①②知,对n∈N*推测成立.
(3)当b=a时,若该地区今后发生水土流失,则森林木材存量必须少于
a,
∴a-4[
-1]×
a<
a,
即>5.
两边取对数得:nlg>lg5,n>
=
≈7,
∴经过8年后该地区就开始水土流失.
已知数列,
,
,…
,…,计算S1,S2,S3,由此推测计算Sn的公式,并证明.
正确答案
解:S1=1-=
,S2=1-
=
,S3=1-
=
,猜测Sn=
.
运用数学归纳法证明:当n=1时,S1=,S1=
,等式成立,
假设当n=k时,Sk=成立,
则当n=k+1时,Sk+1=Sk+=
+
=1-
=
,
即当n=k+1时,等式也成立.
故对n∈N*,测Sn=都成立.
解析
解:S1=1-=
,S2=1-
=
,S3=1-
=
,猜测Sn=
.
运用数学归纳法证明:当n=1时,S1=,S1=
,等式成立,
假设当n=k时,Sk=成立,
则当n=k+1时,Sk+1=Sk+=
+
=1-
=
,
即当n=k+1时,等式也成立.
故对n∈N*,测Sn=都成立.
用数学归纳法证明1+2+3+…+n2=,则当n=k+1时左端应在n=k的基础上加上( )
正确答案
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+…+(k+1)2,增加了项(k2+1)+(k2+2)+(k2+3)+…+(k+1)2.
故选D.
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