- 推理与证明
- 共1204题
已知数列{an}中的相邻两项a2k-1、a2k是关于x的方程x2-(3k+2k)x+3k•2k=0的两个根,且a2k-1≤a2k(k∈N*).
(Ⅰ)求a1,a3,a5,a7及写出a2n(n∈N*且n≥4)(不必证明);
(Ⅱ)对于任意n∈N*且n≥4,猜想a2n与(2n)2的大小关系.
正确答案
解:(Ⅰ)方程x2-(3k+2k)x+3k•2k=0的两个根为.
当k=1时,x1=3,x2=2,所以a1=2; 当k=2时,x1=6,x2=4,所以a3=4;
当k=3时,x1=9,x2=8,所以a5=8; 当k=4时,x1=12,x2=16,所以a7=12;
因为n≥4时,2n>3n,所以…(6分)
(Ⅱ)当n=4时,;
当n=5时,;
当n=6时,;
当n=7时,;
当n=8时,;
当n=9时,;
所以猜想:当4≤n<7时,;
当n=8时,;
当n≥9时,;…(12分)
解析
解:(Ⅰ)方程x2-(3k+2k)x+3k•2k=0的两个根为.
当k=1时,x1=3,x2=2,所以a1=2; 当k=2时,x1=6,x2=4,所以a3=4;
当k=3时,x1=9,x2=8,所以a5=8; 当k=4时,x1=12,x2=16,所以a7=12;
因为n≥4时,2n>3n,所以…(6分)
(Ⅱ)当n=4时,;
当n=5时,;
当n=6时,;
当n=7时,;
当n=8时,;
当n=9时,;
所以猜想:当4≤n<7时,;
当n=8时,;
当n≥9时,;…(12分)
已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,且Sn-1++2=0(n≥2).
(1)写出S1,S2,S3,S4.(不用写求解过程)
(2)猜想Sn的表达式,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:由已知得(1)
(2)猜想,
下面用数学归纳法证明:①,猜想成立;
②假设当n=k(k∈N★)猜想成立,即,
那么∵,
∴
∴,所以当n=k+1时猜想成立
由①和②,可知猜想对任何n∈N★都成立.
解析
解:由已知得(1)
(2)猜想,
下面用数学归纳法证明:①,猜想成立;
②假设当n=k(k∈N★)猜想成立,即,
那么∵,
∴
∴,所以当n=k+1时猜想成立
由①和②,可知猜想对任何n∈N★都成立.
用数学归纳法证明等式1(n2-12)+2(n2-22)+…+n(n2-n2)=n4-
n2对一切正整数n都成立.
正确答案
证明:(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(k2-12)+2(k2-22)+…+k(k2-k2)=k4-
k2,
则当n=k+1时,1[(k+1)2-12]+2[(k+1)2-22]+…+(k+1)[(k+1)2-(k+1)2]=(k+1)4-
(k+1)2
=1(k2-12)+2(k2-22)+…+k(k2-k2)+(2k+1)+2(2k+1)+…+k(2k+1)
=k4-
k2+(2k+1)
=
.
由(1)(2)知,等式对一切正整数n都成立.
解析
证明:(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(k2-12)+2(k2-22)+…+k(k2-k2)=k4-
k2,
则当n=k+1时,1[(k+1)2-12]+2[(k+1)2-22]+…+(k+1)[(k+1)2-(k+1)2]=(k+1)4-
(k+1)2
=1(k2-12)+2(k2-22)+…+k(k2-k2)+(2k+1)+2(2k+1)+…+k(2k+1)
=k4-
k2+(2k+1)
=
.
由(1)(2)知,等式对一切正整数n都成立.
(2015春•天津期末)设数列{an}满足a1=2,an+1=an2-nan+1,n=1,2,3,…,
(1)求a2,a3,a4;
(2)猜想出{an}的一个通项公式并证明你的结论.
正确答案
解:(1)由a1=2,得a2=a12-a1+1=3
由a2=3,得a3=a22-2a2+1=4
由a3=4,得a4=a32-3a3+1=5
(1)用数学归纳法证明
①由a1=2=1+1知n=1时,an=n+1成立
设n=k(k属于正整数)时an=n+1成立,即ak=k+1
则当n=k+1时,因为an+1=an2-nan+1,
所以ak+1=ak2-k(k+1)+1=(k+1)2-k(k+1)+1=k2+2k+1-k2-k+1=k+2
综上,an=n+1成立
解析
解:(1)由a1=2,得a2=a12-a1+1=3
由a2=3,得a3=a22-2a2+1=4
由a3=4,得a4=a32-3a3+1=5
(1)用数学归纳法证明
①由a1=2=1+1知n=1时,an=n+1成立
设n=k(k属于正整数)时an=n+1成立,即ak=k+1
则当n=k+1时,因为an+1=an2-nan+1,
所以ak+1=ak2-k(k+1)+1=(k+1)2-k(k+1)+1=k2+2k+1-k2-k+1=k+2
综上,an=n+1成立
已知fn(x)=(1+2x)(1+22x)…(1+2nx)(n≥2,n∈N*).
(1)设fn(x)展开式中含x项的系数为an,求an.
(2)设fn(x)展开式中含x2项的系数为bn,求证:bn+1=bn+2n+1an.
(3)是否存在常数a,b,使bn=(2n-1-1)(2na+b)对一切n≥2且n∈N*恒成立?若不存在,说明理由;若存在,求出a,b的值,并给出证明.
正确答案
解:(1)根据多项式乘法的运算法则,fn(x)的展开式中x项的系数为an=2+22+23+…+2n=2n+1-2.
(2)用为an、bn分别是fn(x)的展开式中x项、x2项的系数,则可设fn(x)=1+anx+bnx2+…,则
fn+1(x)=fn(x)•(1+2n+1)=1+(an+2n+1)x+(bn+2n+1•an)x2+…,
∴bn+1=bn+2n+1an.
(3)假设存在a、b,使得bn=(2n-1-1)(2na+b)对一切n≥2且n∈N*恒成立,则
b2=(2-1)(22a+b),即4a+b=
b2.①
同理8a+b=b3.②
又由f2(x)=1+6x+8x2,得a2=6,b2=8.从而b3=56,
代入①、②得a=1,b=-1.
猜想:bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
证明如下:(i)n=2时,已经证明成立;
(ii)假设n=k时结论成立,即bk=(2k-1-1)(2k-1),
则n=k+1时,bk+1=bk+2k+1ak=(2k-1-1)(2k-1)+2k+1(2k+1-2)=
(2k-1)(2k+1-1),
∴n=k+1时,结论成立,
由(i)(ii)可得bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
解析
解:(1)根据多项式乘法的运算法则,fn(x)的展开式中x项的系数为an=2+22+23+…+2n=2n+1-2.
(2)用为an、bn分别是fn(x)的展开式中x项、x2项的系数,则可设fn(x)=1+anx+bnx2+…,则
fn+1(x)=fn(x)•(1+2n+1)=1+(an+2n+1)x+(bn+2n+1•an)x2+…,
∴bn+1=bn+2n+1an.
(3)假设存在a、b,使得bn=(2n-1-1)(2na+b)对一切n≥2且n∈N*恒成立,则
b2=(2-1)(22a+b),即4a+b=
b2.①
同理8a+b=b3.②
又由f2(x)=1+6x+8x2,得a2=6,b2=8.从而b3=56,
代入①、②得a=1,b=-1.
猜想:bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
证明如下:(i)n=2时,已经证明成立;
(ii)假设n=k时结论成立,即bk=(2k-1-1)(2k-1),
则n=k+1时,bk+1=bk+2k+1ak=(2k-1-1)(2k-1)+2k+1(2k+1-2)=
(2k-1)(2k+1-1),
∴n=k+1时,结论成立,
由(i)(ii)可得bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
已知数列{an}满足:a1=,anan-1-2an+1=0(n≥2).
(1)求a2,a3,a4的值;
(2)猜想数列{an}的一个通项公式,并用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
解:(1)由a1=,anan-1-2an+1=0(n≥2),得a2=
,a3=
,a4=
,a5=
.
(2)由以上结果猜测:an=用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,左边=a1=,右边=
=
,等式成立.
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+1ak-2ak+1+1=0,所以ak+1•-2ak+1+1=0,解得
.
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.(12分)
解析
解:(1)由a1=,anan-1-2an+1=0(n≥2),得a2=
,a3=
,a4=
,a5=
.
(2)由以上结果猜测:an=用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,左边=a1=,右边=
=
,等式成立.
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+1ak-2ak+1+1=0,所以ak+1•-2ak+1+1=0,解得
.
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.(12分)
数列{an}满足,前n项和
(1)写出a2,a3,a4;
(2)猜出an的表达式,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)令n=2,∵,∴
,即a1+a2=3a2.∴
.
令n=3,得,即a1+a2+a3=6a3,∴
.
令n=4,得,a1+a2+a3+a4=10a4,∴
.
(2)猜想,下面用数学归纳法给出证明.
①当n=1时,结论成立.
②假设当n=k时,结论成立,即,
则当n=k+1时,
=,
即.
∴
∴.
∴当n=k+1时结论成立.
由①②可知,对一切n∈N+都有成立.
解析
解:(1)令n=2,∵,∴
,即a1+a2=3a2.∴
.
令n=3,得,即a1+a2+a3=6a3,∴
.
令n=4,得,a1+a2+a3+a4=10a4,∴
.
(2)猜想,下面用数学归纳法给出证明.
①当n=1时,结论成立.
②假设当n=k时,结论成立,即,
则当n=k+1时,
=,
即.
∴
∴.
∴当n=k+1时结论成立.
由①②可知,对一切n∈N+都有成立.
(2015秋•黄浦区期末)在数列{an}中,,且对任意n∈N*,都有
.
(1)计算a2,a3,a4,由此推测{an}的通项公式,并用数学归纳法证明;
(2)若,求无穷数列{bn}的各项之和与最大项.
正确答案
解:(1)∵,且对任意n∈N*,都有
.
∴a2==
,a3=
=
,a4=
=
.
由此推测{an}的通项公式,an=.
下面利用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1==
成立;
②假设当n=k∈N*时,ak=.
则n=k+1时,ak+1==
=
,
因此当n=k+1时也成立,
综上:∀n∈N*,an=成立.
(2),
∴bn=(-2)n=
+9
,
∴无穷数列{bn}的各项之和Tn=+
=
-
=
+
-
.
当n=2k(k∈N*)时,Tn=+
-
,Tn单调递减,因此当n=2时,取得最大值T2=
.
当n=2k-1(k∈N*)时,Tn=×
-
-
,Tn单调递增,且Tn<0.
综上可得:Tn的最大项为T2=.
解析
解:(1)∵,且对任意n∈N*,都有
.
∴a2==
,a3=
=
,a4=
=
.
由此推测{an}的通项公式,an=.
下面利用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1==
成立;
②假设当n=k∈N*时,ak=.
则n=k+1时,ak+1==
=
,
因此当n=k+1时也成立,
综上:∀n∈N*,an=成立.
(2),
∴bn=(-2)n=
+9
,
∴无穷数列{bn}的各项之和Tn=+
=
-
=
+
-
.
当n=2k(k∈N*)时,Tn=+
-
,Tn单调递减,因此当n=2时,取得最大值T2=
.
当n=2k-1(k∈N*)时,Tn=×
-
-
,Tn单调递增,且Tn<0.
综上可得:Tn的最大项为T2=.
已知数列{an}前n项的和为Sn,且满足.
(Ⅰ)求s1、s2、s3的值;
(Ⅱ)用数学归纳法证明.
正确答案
解:(Ⅰ)∵an=n2,n∈N*
∴s1=a1=1,s2=a1+a2=1+4=5,s3=a1+a2+a3=1+4+9=14.…(6分)
(Ⅱ)证明:(1)当n=1时,左边=s1=1,
右边==1,
所以等式成立.…(8分)
(2)假设n=k(k∈N*)时结论成立,即Sk=,…(10分)
那么,Sk+1=Sk+(k+1)2
=+(k+1)2
=
=
=
即n=k+1时,等式也成立.…(13分)
根据(1)(2)可知对任意的正整数n∈N*都成立.…(14分)
解析
解:(Ⅰ)∵an=n2,n∈N*
∴s1=a1=1,s2=a1+a2=1+4=5,s3=a1+a2+a3=1+4+9=14.…(6分)
(Ⅱ)证明:(1)当n=1时,左边=s1=1,
右边==1,
所以等式成立.…(8分)
(2)假设n=k(k∈N*)时结论成立,即Sk=,…(10分)
那么,Sk+1=Sk+(k+1)2
=+(k+1)2
=
=
=
即n=k+1时,等式也成立.…(13分)
根据(1)(2)可知对任意的正整数n∈N*都成立.…(14分)
已知动圆与直线y=-3相切,并与定圆x2+y2=1相内切.
(Ⅰ)求动圆圆心P的轨迹C的方程.
(Ⅱ)过原点作斜率为1的直线交曲线C于p1(p1为第一象限点),又过P1作斜率为的直线交曲线C于P2,再过P2作斜率为
的直线交曲线C于P3…如此继续,一般地,过Pn作斜率为
的直线交曲线C于Pn+1,设Pn(xn,yn).
(i)令bn=x2n+1-x2n-1,求证:数列{bn}是等比数列;
(ii)数列{bn}的前n项和为Sn,试比较Sn+1与
大小.
正确答案
解:(Ⅰ)∵动圆与直线y=-3相切,并与定圆x2+y2=1相内切,
∴P到原点的距离等于P到直线y=-2的距离,由抛物线定义可知,P的轨迹是以原点为焦点,直线y=-2为准线的抛物线,其轨迹方程为x2=4(y+1);
(Ⅱ)(i)设Pn(xn,yn)、Pn+1(xn+1,yn+1)在抛物线上,故xn2=4(yn+1),①xn+12=4(yn+1+1)②,又因为直线PnPn+1的斜率为,可得xn+1+xn=
∴bn=x2n+1-x2n-1=(x2n+1+x2n)-(x2n+x2n-1)=-
=-
,
故数列{bn}是以-1为首项,以为公比的等比数列;
(ii)bn=-,∴Sn=-
(1-
),
∴Sn+1=
,
故只要比较4n与3n+10的大小.
4n=(1+3)n=1+•3+
•32+…+
>1+3n+
>1+3n+9=3n+10(n≥3),
当n=1时,Sn+1>
;
当n=2时,Sn+1=
;
当n≥3,n∈N*时,Sn+1<
.
解析
解:(Ⅰ)∵动圆与直线y=-3相切,并与定圆x2+y2=1相内切,
∴P到原点的距离等于P到直线y=-2的距离,由抛物线定义可知,P的轨迹是以原点为焦点,直线y=-2为准线的抛物线,其轨迹方程为x2=4(y+1);
(Ⅱ)(i)设Pn(xn,yn)、Pn+1(xn+1,yn+1)在抛物线上,故xn2=4(yn+1),①xn+12=4(yn+1+1)②,又因为直线PnPn+1的斜率为,可得xn+1+xn=
∴bn=x2n+1-x2n-1=(x2n+1+x2n)-(x2n+x2n-1)=-
=-
,
故数列{bn}是以-1为首项,以为公比的等比数列;
(ii)bn=-,∴Sn=-
(1-
),
∴Sn+1=
,
故只要比较4n与3n+10的大小.
4n=(1+3)n=1+•3+
•32+…+
>1+3n+
>1+3n+9=3n+10(n≥3),
当n=1时,Sn+1>
;
当n=2时,Sn+1=
;
当n≥3,n∈N*时,Sn+1<
.
用反证法证明命题:“一个三角形中不能有两个直角”的过程归纳为以下三个步骤:
①∠A+∠B+∠C=90°+90°+∠C>180°,这与三角形内角和为180°相矛盾,则∠A=∠B=90°不成立;
②所以一个三角形中不能有两个直角;
③假设∠A,∠B,∠C中有两个角是直角,不妨设∠A=∠B=90°.
正确顺序的序号排列为______.
正确答案
③①②
解析
解:根据反证法的证法步骤知:
假设三角形的三个内角A、B、C中有两个直角,不妨设A=B=90°,正确
A+B+C=90°+90°+C>180°,这与三角形内角和为180°相矛盾,A=B=90°不成立;
所以一个三 角形中不能有两个直角.
故顺序的序号为③①②.
故答案为:③①②.
在数列{an}中,已知a1=a(a>2),且an+1=(n∈N*).
(1)用数学归纳法证明:an>2(n∈N*);
(2)求证an+1<an(n∈N*).
正确答案
证明:(1)①当n=1时,a1=a>2,命题成立.
②假设当n=k(k∈N*),命题成立,即ak>2.
则当n=k+1时,ak+1-2=-2=
>0,
所以当n=k+1时ak+1>2也成立,
由①②得,对任意自然数n,都有an>2.
(2)an+1-an=-an=
,
由(1)可知an>2>0,
即有an+1-an<0,
即an+1<an(n∈N*).
解析
证明:(1)①当n=1时,a1=a>2,命题成立.
②假设当n=k(k∈N*),命题成立,即ak>2.
则当n=k+1时,ak+1-2=-2=
>0,
所以当n=k+1时ak+1>2也成立,
由①②得,对任意自然数n,都有an>2.
(2)an+1-an=-an=
,
由(1)可知an>2>0,
即有an+1-an<0,
即an+1<an(n∈N*).
已知f(n)=1++
+…+
,且g(n)=
[f(1)+f(2)+…十f(n-1)].
(1)写出g(2),g(3),g(4)的值;
(2)归纳g(n)的值,并用数学归纳法加以证明.
正确答案
解:(1)f(1)=1,f(2)=1+=
,f(3)=1+
+
=
,f(4)=1+
+
+
=
.
∴g(2)=×f(1)=2,g(3)=
[f(1)+f(2)]=3,g(4)=
[f(1)+f(2)+f(3)]=4.
(2)由(1)猜想g(n)=n(n≥2).
下面利用数学归纳法证明:
①当n=2时成立;
②假设当n=k(k∈N*,k≥2)时,g(k)=k.
即g(k)=[f(1)+f(2)+…+f(k-1)]=k,
∴f(1)+f(2)+…+f(k-1)=kf(k)-k,
则当n=k+1时,g(k+1)=[f(1)+f(2)+…+f(k)]
=•[(k+1)f(k)-k]
=k+1.
因此当n=k+1时,命题g(k+1)=k+1成立.
综上可得:∀n∈N*,g(n)=n(n≥2)成立.
解析
解:(1)f(1)=1,f(2)=1+=
,f(3)=1+
+
=
,f(4)=1+
+
+
=
.
∴g(2)=×f(1)=2,g(3)=
[f(1)+f(2)]=3,g(4)=
[f(1)+f(2)+f(3)]=4.
(2)由(1)猜想g(n)=n(n≥2).
下面利用数学归纳法证明:
①当n=2时成立;
②假设当n=k(k∈N*,k≥2)时,g(k)=k.
即g(k)=[f(1)+f(2)+…+f(k-1)]=k,
∴f(1)+f(2)+…+f(k-1)=kf(k)-k,
则当n=k+1时,g(k+1)=[f(1)+f(2)+…+f(k)]
=•[(k+1)f(k)-k]
=k+1.
因此当n=k+1时,命题g(k+1)=k+1成立.
综上可得:∀n∈N*,g(n)=n(n≥2)成立.
已知f(n)=1++
+…+
(n∈N*),用数学归纳法证明不等式f(2n)>
时,f(2k+1)比f(2k)多的项数是______.
正确答案
2k
解析
解:∵…+
,f(2k+1)=1
…+
…+
,
∴f(2k+1)-f(2k)=…+
,
∴用数学归纳法证明不等式f(2n)>时,f(2k+1)比f(2k)多的项数是2k.
故答案为2k.
设数列{an}的前n项和为Sn,已知a1=1,2Sn=(n+1)an(n∈N*).
(1)求a2,a3,a4的值;
(2)猜想an的表达式,并加以证明.
正确答案
解:(1)因为a1=1,2Sn=(n+1)an(n∈N*),所以,
当n=2时,2(a1+a2)=3a2,得a2=2;-------------------------------(2分)
当n=3时,2(a1+a2+a3)=4a3,得a3=3;-------------------------------(4分)
当n=4时,2(a1+a2+a3+a4)=5a4,得a4=4.-------------------------------(6分)
(2)猜想.-------------------------------(7分)
由2Sn=(n+1)an①,可得2Sn-1=nan-1(n≥2)②,-------------------------(8分)
①-②,得2an=(n+1)an-nan-1,-------------------------------(9分)
所以(n-1)an=nan-1,即,-------------------------------(10分)
也就是,故
.-------------------(12分)
解析
解:(1)因为a1=1,2Sn=(n+1)an(n∈N*),所以,
当n=2时,2(a1+a2)=3a2,得a2=2;-------------------------------(2分)
当n=3时,2(a1+a2+a3)=4a3,得a3=3;-------------------------------(4分)
当n=4时,2(a1+a2+a3+a4)=5a4,得a4=4.-------------------------------(6分)
(2)猜想.-------------------------------(7分)
由2Sn=(n+1)an①,可得2Sn-1=nan-1(n≥2)②,-------------------------(8分)
①-②,得2an=(n+1)an-nan-1,-------------------------------(9分)
所以(n-1)an=nan-1,即,-------------------------------(10分)
也就是,故
.-------------------(12分)
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