- 推理与证明
- 共1204题
如果一个数列的各项都是实数,且从第二项起,每一项与它的前一项的平方差是同一个常数,则称该数列为等方差数列,这个常数叫这个数列的公方差.
(Ⅰ)若数列{an}既是等方差数列,又是等差数列,求证:该数列是常数列;
(Ⅱ)已知数列{an}是首项为2,公方差为2的等方差数列,数列{bn}的前n项和为Sn,且满足.若不等式
对∀n∈N*恒成立,求m的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ)依题
⇒(an+1-an)(an+1+an)=(an-an-1)(an+an-1)
又{an}为等差数列,设公差为d,
则
故{an}是常数列.(4分)
(Ⅱ)由{an}是首项为2,公方差为2的等方差数列.
即为首项为4,公差为2的等差数列,
(6分)
由得
①
②
(10分)
不等式即3•2n-(n+3)>m•2n-4n-4也即(m-3)•2n<3n+1,即
恒成立
由于n=1,2,3时,3n+1>2n;n=4时,3n+1<2n;
假设n=k(k≥4)时,3k+1<2k,
那么2k+1=2•2k>2(3k+1)=3(k+1)+1+(3k-2)>3(k+1)+1,
由归纳法原理知:n≥4时,3k+1<2k,
所以⇒m-3≤0,
故m的取值范围为m≤3(14分)
解析
解:(Ⅰ)依题
⇒(an+1-an)(an+1+an)=(an-an-1)(an+an-1)
又{an}为等差数列,设公差为d,
则
故{an}是常数列.(4分)
(Ⅱ)由{an}是首项为2,公方差为2的等方差数列.
即为首项为4,公差为2的等差数列,
(6分)
由得
①
②
(10分)
不等式即3•2n-(n+3)>m•2n-4n-4也即(m-3)•2n<3n+1,即
恒成立
由于n=1,2,3时,3n+1>2n;n=4时,3n+1<2n;
假设n=k(k≥4)时,3k+1<2k,
那么2k+1=2•2k>2(3k+1)=3(k+1)+1+(3k-2)>3(k+1)+1,
由归纳法原理知:n≥4时,3k+1<2k,
所以⇒m-3≤0,
故m的取值范围为m≤3(14分)
用数学归纳法证明(1+x)n>1+nx,这里x>-1且x≠0,n∈N*且n≥2.
正确答案
证明:(1)当n=2时,左边=1+2x+x2,右边=1+2x,
∵x2>0,∴左边>右边,原不等式成立;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即(1+x)k>1+kx,
则当n=k+1时,∵x>-1,∴1+x>0,
在不等式(1+x)k>1+kx两边同乘以1+x得
(1+x)k•(1+x)>(1+kx)•(1+x)=1+(k+1)x+kx2>1+(k+1)x,
∴(1+x)k+1>1+(k+1)x.即当n=k+1时,不等式也成立.
综合(1)(2)可得对一切正整数n,不等式都成立.
解析
证明:(1)当n=2时,左边=1+2x+x2,右边=1+2x,
∵x2>0,∴左边>右边,原不等式成立;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即(1+x)k>1+kx,
则当n=k+1时,∵x>-1,∴1+x>0,
在不等式(1+x)k>1+kx两边同乘以1+x得
(1+x)k•(1+x)>(1+kx)•(1+x)=1+(k+1)x+kx2>1+(k+1)x,
∴(1+x)k+1>1+(k+1)x.即当n=k+1时,不等式也成立.
综合(1)(2)可得对一切正整数n,不等式都成立.
图(1)、(2)、(3)、(4)分别包含1个、5个、13个、25个第二十九届北京奥运会吉祥物“福娃迎迎”,按同样的方式构造图形,设第n个图形包含f(n)个“福娃迎迎”.
(1)求出f(5);
(2)利用合情推理的“归纳推理思想”归纳出f(n+1)与f(n)的关系式(不需写出证明过程);
(3)根据你得到的关系式求f(n)的表达式.
正确答案
解:(1)∵f(1)=1,f(2)=5,f(3)=13,f(4)=25,
∴f(5)=25+4×4=41.…(4分)
(2)∵f(2)-f(1)=4=4×1,f(3)-f(2)=8=4×2,
f(4)-f(3)=12=4×3,f(5)-f(4)=16=4×4,
由上式规律得出f(n+1)-f(n)=4n.…(10分)
(3)∵f(2)-f(1)=4×1,f(3)-f(2)=4×2,f(4)-f(3)=4×3,f(n-1)-f(n-2)=4•(n-2),f(n)-f(n-1)=4•(n-1),
∴f(n)-f(1)=4[1+2++(n-2)+(n-1)]=2(n-1)•n,…(14分)
∴f(n)=2n2-2n+1(n≥2),
∵f(1)=1也满足上式,∴f(n)=2n2-2n+1. …(16分)
解析
解:(1)∵f(1)=1,f(2)=5,f(3)=13,f(4)=25,
∴f(5)=25+4×4=41.…(4分)
(2)∵f(2)-f(1)=4=4×1,f(3)-f(2)=8=4×2,
f(4)-f(3)=12=4×3,f(5)-f(4)=16=4×4,
由上式规律得出f(n+1)-f(n)=4n.…(10分)
(3)∵f(2)-f(1)=4×1,f(3)-f(2)=4×2,f(4)-f(3)=4×3,f(n-1)-f(n-2)=4•(n-2),f(n)-f(n-1)=4•(n-1),
∴f(n)-f(1)=4[1+2++(n-2)+(n-1)]=2(n-1)•n,…(14分)
∴f(n)=2n2-2n+1(n≥2),
∵f(1)=1也满足上式,∴f(n)=2n2-2n+1. …(16分)
设数列{an}的前n项和为Sn,对一切n∈N*,点都在函数
的图象上.
(Ⅰ)求a1,a2,a3的值,猜想an的表达式,并证明;
(Ⅱ)将数列{an}依次按1项、2项、3项、4项循环地分为(a1),(a2,a3),(a4,a5,a6),(a7,a8,a9,a10);(a11),(a12,a13),(a14,a15,a16),(a17,a18,a19,a20);(a21),…,分别计算各个括号内各数之和,设由这些和按原来括号的前后顺序构成的数列为{bn},求b5+b100的值;(直接写出结果)
正确答案
解:(Ⅰ)因为点在函数
的图象上,所以
,所以
.
令n=1,得,所以a1=2;
令n=2,得,所以a2=4;
令n=3,得,所以a3=6.
由此猜想:an=2n.(3分)
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,由上面的求解知,猜想成立.
②假设n=k(k≥1)时猜想成立,即ak=2k成立,
则当n=k+1时,注意到(n∈N*),
故,
.
两式相减,得,所以ak+1=4k+2-ak.
由归纳假设得,ak=2k,
故ak+1=4k+2-ak=4k+2-2k=2(k+1).
这说明n=k+1时,猜想也成立.
由①②知,对一切n∈N*,an=2n成立. (8分)
(Ⅱ)因为an=2n(n∈N*),所以数列{an}依次按1项、2项、3项、4项循环地分为(2),(4,6),(8,10,12),(14,16,18,20);(22),(24,26),(28,30,32),(34,36,38,40);(42),….每一次循环记为一组.由于每一个循环含有4个括号,故 b100是第25组中第4个括号内各数之和.由分组规律知,由各组第4个括号中所有第1个数组成的数列是等差数列,且公差为20.同理,由各组第4个括号中所有第2个数、所有第3个数、所有第4个数分别组成的数列也都是等差数列,且公差均为20.故各组第4个括号中各数之和构成等差数列,且公差为80.注意到第一组中第4个括号内各数之和是68,
所以 b100=68+24×80=1988.又b5=22,所以b5+b100=2010. (12分)
解析
解:(Ⅰ)因为点在函数
的图象上,所以
,所以
.
令n=1,得,所以a1=2;
令n=2,得,所以a2=4;
令n=3,得,所以a3=6.
由此猜想:an=2n.(3分)
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,由上面的求解知,猜想成立.
②假设n=k(k≥1)时猜想成立,即ak=2k成立,
则当n=k+1时,注意到(n∈N*),
故,
.
两式相减,得,所以ak+1=4k+2-ak.
由归纳假设得,ak=2k,
故ak+1=4k+2-ak=4k+2-2k=2(k+1).
这说明n=k+1时,猜想也成立.
由①②知,对一切n∈N*,an=2n成立. (8分)
(Ⅱ)因为an=2n(n∈N*),所以数列{an}依次按1项、2项、3项、4项循环地分为(2),(4,6),(8,10,12),(14,16,18,20);(22),(24,26),(28,30,32),(34,36,38,40);(42),….每一次循环记为一组.由于每一个循环含有4个括号,故 b100是第25组中第4个括号内各数之和.由分组规律知,由各组第4个括号中所有第1个数组成的数列是等差数列,且公差为20.同理,由各组第4个括号中所有第2个数、所有第3个数、所有第4个数分别组成的数列也都是等差数列,且公差均为20.故各组第4个括号中各数之和构成等差数列,且公差为80.注意到第一组中第4个括号内各数之和是68,
所以 b100=68+24×80=1988.又b5=22,所以b5+b100=2010. (12分)
试证数列49.4489.444889,…,的每一项都是完全平方数.
正确答案
解:设该数列为{an},
=10n-1,
=
.
∴an==9+
0+
=9+
+
(102n-10n)=
,
∴数列的每一项都是完全平方数.
解析
解:设该数列为{an},
=10n-1,
=
.
∴an==9+
0+
=9+
+
(102n-10n)=
,
∴数列的每一项都是完全平方数.
用数学归纳法证明恒等式+
+…+
=1-
+
-
+…+
-
,则从n=k到n=k+1时,左边要增加的表达式为______.
正确答案
-
解析
解:n=k时,左边=+
+…+
,n=k+1时,左边=
+…+
+
+
,
∴从n=k到n=k+1时,左边要增加的表达式为+
-
=
-
,
故答案为:-
.
数列{an}满足a1=3,,
(1)计算a2,a3,a4,并由此猜想通项公式an;
(2)用数学归纳法证明(1)的猜想.
正确答案
解:(1)∵a1=3=,an+1=4-
,
∴a2=4-=4-
=
;
a3=4-=4(1-
)=
,
a4=4(1-)=4(1-
)=
.
由此猜想通项公式an=;
(2)下面用数学归纳法证明an=.
证明:1°当n=1时,a1==3,等式成立;
2°假设n=k时,ak=,
则n=k+1时,
ak+1=4-
=4(1-)
=4(1-)
=4×
=
=,即n=k+1时等式也成立.
综合1°,2°知,对任意正整数n,an=.
解析
解:(1)∵a1=3=,an+1=4-
,
∴a2=4-=4-
=
;
a3=4-=4(1-
)=
,
a4=4(1-)=4(1-
)=
.
由此猜想通项公式an=;
(2)下面用数学归纳法证明an=.
证明:1°当n=1时,a1==3,等式成立;
2°假设n=k时,ak=,
则n=k+1时,
ak+1=4-
=4(1-)
=4(1-)
=4×
=
=,即n=k+1时等式也成立.
综合1°,2°知,对任意正整数n,an=.
已知f(n)=1++
+…+
.经计算得f(4)>2,f(8)>
,f(16)>3,f(32)>
.
(Ⅰ)由上面数据,试猜想出一个一般性结论;
(Ⅱ)用数学归纳法证明你的猜想.
正确答案
解:(Ⅰ)由题意知,,
.…
由此得到一般性结论:.(或者猜测
也行).
(Ⅱ)利用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,,所以结论成立.
(2)假设n=k(k≥1,k∈N)时,结论成立,即,
那么,n=k+1时,,
.
所以当n=k+1时,结论也成立.
综上所述,上述结论对n≥1,n∈N都成立,所以猜想成立.
解析
解:(Ⅰ)由题意知,,
.…
由此得到一般性结论:.(或者猜测
也行).
(Ⅱ)利用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,,所以结论成立.
(2)假设n=k(k≥1,k∈N)时,结论成立,即,
那么,n=k+1时,,
.
所以当n=k+1时,结论也成立.
综上所述,上述结论对n≥1,n∈N都成立,所以猜想成立.
在数列{an}中,a1=1,当n≥2时,an,Sn,Sn-成等比数列,
(1)求a2,a3,a4并归纳出an的表达式;
(2)用数学归纳法证明所得结论.
正确答案
解:(1)由已知当n≥2时,an,Sn,Sn-成等比数列,
得到,
∵a1=1,∴;
归纳n>1时,an=;所以
;
(2)证明:①当n=2时,成立;
②假设n=k时公式成立,即成立,
则n=k+1时,
∴-
;
∴;
∴n=k+1时,命题成立.
由①②可得an=对n>1的一切正整数都成立.
解析
解:(1)由已知当n≥2时,an,Sn,Sn-成等比数列,
得到,
∵a1=1,∴;
归纳n>1时,an=;所以
;
(2)证明:①当n=2时,成立;
②假设n=k时公式成立,即成立,
则n=k+1时,
∴-
;
∴;
∴n=k+1时,命题成立.
由①②可得an=对n>1的一切正整数都成立.
已知点Pn(an,bn)满足an+1=an•bn+1,bn+1=(n∈N*)且点P1的坐标为(1,-1).
(1)求过点P1,P2的直线l的方程;
(2)试用数学归纳法证明:对于n∈N*,点Pn都在(1)中的直线l上.
正确答案
解:(1)由P1的坐标为(1,-1)知
a1=1,b1=-1.
∴b2==
.
a2=a1•b2=.
∴点P2的坐标为(,
)
∴直线l的方程为2x+y=1.
(2)①当n=1时,
2a1+b1=2×1+(-1)=1成立.
②假设n=k(k∈N*,k≥1)时,2ak+bk=1成立,
则2ak+1+bk+1=2ak•bk+1+bk+1=(2ak+1)
==
=1,
∴当n=k+1时,命题也成立.
由①②知,对n∈N*,都有2an+bn=1,
即点Pn在直线l上.
解析
解:(1)由P1的坐标为(1,-1)知
a1=1,b1=-1.
∴b2==
.
a2=a1•b2=.
∴点P2的坐标为(,
)
∴直线l的方程为2x+y=1.
(2)①当n=1时,
2a1+b1=2×1+(-1)=1成立.
②假设n=k(k∈N*,k≥1)时,2ak+bk=1成立,
则2ak+1+bk+1=2ak•bk+1+bk+1=(2ak+1)
==
=1,
∴当n=k+1时,命题也成立.
由①②知,对n∈N*,都有2an+bn=1,
即点Pn在直线l上.
用数学归纳法证明:+
+…+
>
.(n=1,2,3…)
正确答案
证明:(1)当n=1时,左边==
>
,不等式成立;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即+…+
>
.
则当n=k+1时,
有左边=+
+…+
=
+…+
+
+
+
-
>
+
+
-
∵+
=
>
∴+
-
>0
∴当n=k+1时不等式也成立.
由(1)(2)知,对一切正整数n,结论成立.
解析
证明:(1)当n=1时,左边==
>
,不等式成立;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即+…+
>
.
则当n=k+1时,
有左边=+
+…+
=
+…+
+
+
+
-
>
+
+
-
∵+
=
>
∴+
-
>0
∴当n=k+1时不等式也成立.
由(1)(2)知,对一切正整数n,结论成立.
已知数列O、{bn}满足a1=2,an-1=an(an+1-1),bn=an-1,数列{bn}的前n项和为Sn.
(Ⅰ)求证:数列为等差数列;
(Ⅱ)设Tn=S2n-Sn,求证:,Tn+1>Tn;
(Ⅲ)求证:对任意的1•k+1+k2=3,k∈R*,∴k=1都有成立.
正确答案
证明:(Ⅰ)由bn=an-1得an=bn+1,代入an-1=an(an+1-1)得bn=(bn+1)bn+1
整理得bn-bn+1=bnbn+1,(1分)
∵bn≠0否则an=1,与a1=2矛盾
从而得,(3分)
∵b1=a1-1=1
∴数列是首项为1,公差为1的等差数列(4分)
(Ⅱ)∵,则
.
∴
∴Tn=S2n-Sn=
=(6分)
∵
==
∴Tn+1>Tn.(8分)
(Ⅲ)用数学归纳法证明:
①当n=1时,不等式成立;(9分)
②假设当n=k(k≥1,k∈N*)时,不等式成立,即,
那么当n=k+1时,=
=
(12分)
=
∴当n=k+1时,不等式成立
由①②知对任意的n∈N*,不等式成立(14分)
解析
证明:(Ⅰ)由bn=an-1得an=bn+1,代入an-1=an(an+1-1)得bn=(bn+1)bn+1
整理得bn-bn+1=bnbn+1,(1分)
∵bn≠0否则an=1,与a1=2矛盾
从而得,(3分)
∵b1=a1-1=1
∴数列是首项为1,公差为1的等差数列(4分)
(Ⅱ)∵,则
.
∴
∴Tn=S2n-Sn=
=(6分)
∵
==
∴Tn+1>Tn.(8分)
(Ⅲ)用数学归纳法证明:
①当n=1时,不等式成立;(9分)
②假设当n=k(k≥1,k∈N*)时,不等式成立,即,
那么当n=k+1时,=
=
(12分)
=
∴当n=k+1时,不等式成立
由①②知对任意的n∈N*,不等式成立(14分)
已知数列{an}是等差数列,且满足等式n•2n-1=a1+a2
+…+an
(n∈N*),试求出这个等差数列的通项an.
正确答案
解:由n•2n-1=a1+a2
+…+an
(n∈N*),可得:
当n=1时,a1=1;当n=2时,2×2=+a2,解得a2=2;同理可得a3=3.
猜想:an=n(n∈N*).
下面利用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,显然成立;
(2)假设当n=k(k∈N*)时,ak=k;
则当n=k+1时,(k+1)•2k=+2
+…+
+ak+1,
根据=
,
∴(k+1)•2k=+
+…+
+ak+1=(k+1)(2k-1)+ak+1,
∴ak+1=k+1.
∴当n=k+1时,命题成立.
综上可得:an=n(n∈N*)成立.
解析
解:由n•2n-1=a1+a2
+…+an
(n∈N*),可得:
当n=1时,a1=1;当n=2时,2×2=+a2,解得a2=2;同理可得a3=3.
猜想:an=n(n∈N*).
下面利用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,显然成立;
(2)假设当n=k(k∈N*)时,ak=k;
则当n=k+1时,(k+1)•2k=+2
+…+
+ak+1,
根据=
,
∴(k+1)•2k=+
+…+
+ak+1=(k+1)(2k-1)+ak+1,
∴ak+1=k+1.
∴当n=k+1时,命题成立.
综上可得:an=n(n∈N*)成立.
试求使不等式对一切正整数n都成立的最小自然数t的值,并用数学归纳法加以证明.
正确答案
解:设
∵=
=
=
∴f(n)递增,∴f(n)最小为
∵f(n)>5-2t对一切正整数n都成立,∴,∴自然数t≥2
∴自然数t的最小值为2 …(7分)
下面用数学归纳法证明
(1)当n=1时,左边=,∴n=1时成立
(2)假设当n=k时成立,即
那么当n=k+1时,左边==
=
∴n=k+1时也成立
根据(1)(2)可知成立 …(14分)
注:第(1)小题也可归纳猜想得出自然数t的最小值为2
解析
解:设
∵=
=
=
∴f(n)递增,∴f(n)最小为
∵f(n)>5-2t对一切正整数n都成立,∴,∴自然数t≥2
∴自然数t的最小值为2 …(7分)
下面用数学归纳法证明
(1)当n=1时,左边=,∴n=1时成立
(2)假设当n=k时成立,即
那么当n=k+1时,左边==
=
∴n=k+1时也成立
根据(1)(2)可知成立 …(14分)
注:第(1)小题也可归纳猜想得出自然数t的最小值为2
数列{an}中a1=1,且
①写出数列的前5项;
②归纳出数列的通项公式;
③用数学归纳法证明归纳出的结论.
正确答案
解:①∵a1=1,an+1=an+,
∴a2=1+=
;
a3=a2+=
+
=
=
;
a4=a3+=
+
=
;
a5=a4+=
+
=
;
②由①归纳知,an=;
③证明:(1)当n=1时,a1=1,等式成立;
(2)假设n=k时,ak=,
则当n=k+1时,
ak+1=ak+
=+
=(2k-1+
)
=•
=•
=
=.
即n=k+1时,等式也成立.
综上所述,对任意n∈N*,an=均成立.
解析
解:①∵a1=1,an+1=an+,
∴a2=1+=
;
a3=a2+=
+
=
=
;
a4=a3+=
+
=
;
a5=a4+=
+
=
;
②由①归纳知,an=;
③证明:(1)当n=1时,a1=1,等式成立;
(2)假设n=k时,ak=,
则当n=k+1时,
ak+1=ak+
=+
=(2k-1+
)
=•
=•
=
=.
即n=k+1时,等式也成立.
综上所述,对任意n∈N*,an=均成立.
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