- 推理与证明
- 共1204题
已知数列{an}满足a1=,an+1=
.
(1)证明:0<an<an+1<1;
(2)令Ak=(k=1,2,3,4…),证明:
|ak-Ak|<
(n≥2)
正确答案
解:(1)∵a1=,an+1=
,
∴a2=>0,
则a3>0,
由归纳法知an>0,
an+1=,
当且仅当an=1取等号,
∵a1=≠1,∴等号不成立,
即an+1<1,则0<an<1
∵an-an+1=an-=an(
)<0,
∴an<an+1,
即0<an<an+1<1;
(2)由(1)知,{an}为正项递增数列,且an<1;
∴kak>a1+a2+a3+…+ak,(k≥2),
故ak-Ak>0,
①当n=2时,<
,成立,
②假设当n′=n时,|ak-Ak|<
成立,
则当n′=n+1时,(ak-Ak)=
(ak-Ak)+an+1-An+1,
其中an+1-An+1=<
(an+1-a1)=
(an+1-
)
,
∴(ak-Ak)=
(ak-Ak)+an+1-An+1<
+
<
,
故当n′=n+1时,不等式也成立,
综上由①②得|ak-Ak|<
(n≥2)成立.
解析
解:(1)∵a1=,an+1=
,
∴a2=>0,
则a3>0,
由归纳法知an>0,
an+1=,
当且仅当an=1取等号,
∵a1=≠1,∴等号不成立,
即an+1<1,则0<an<1
∵an-an+1=an-=an(
)<0,
∴an<an+1,
即0<an<an+1<1;
(2)由(1)知,{an}为正项递增数列,且an<1;
∴kak>a1+a2+a3+…+ak,(k≥2),
故ak-Ak>0,
①当n=2时,<
,成立,
②假设当n′=n时,|ak-Ak|<
成立,
则当n′=n+1时,(ak-Ak)=
(ak-Ak)+an+1-An+1,
其中an+1-An+1=<
(an+1-a1)=
(an+1-
)
,
∴(ak-Ak)=
(ak-Ak)+an+1-An+1<
+
<
,
故当n′=n+1时,不等式也成立,
综上由①②得|ak-Ak|<
(n≥2)成立.
用数学归纳法证明不等式+
+…+
>
(n>2)时的过程中,由n=k到n≠k+1时,不等式的左边( )
正确答案
解析
解:当n=k时,左边的代数式为+…+
,
当n=k+1时,左边的代数式为+…+
,
故由n=k到n≠k+1时,不等式的左边增加了两项+
,又减少了一项
.
故选:C.
若命题P(n)对n=k成立,则它对n=k+2也成立,又已知命题P(2)成立,则下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:由于若命题P(n)对n=k成立,则它对n=k+2也成立. 又已知命题P(2)成立,
可推出 P(4)、P(6)、P(8)、P(10)、P(12)…均成立,
故选 B.
(2015春•湖北校级期末)用数学归纳法证明:.
正确答案
证明(1)n=1时,
左边=右边,等式成立
(2)假设n=k时等式成立,
即
则n=k+1时,
左边=
=
∴n=k+1时,等式成立
由(1)(2)知,对一切
解析
证明(1)n=1时,
左边=右边,等式成立
(2)假设n=k时等式成立,
即
则n=k+1时,
左边=
=
∴n=k+1时,等式成立
由(1)(2)知,对一切
已知数列{an},其中(n∈N*)
(1)写出{an}的前4项
(2)猜想{an}的通项公式,并用数学归纳法进行证明.
正确答案
解:(1)∵a1=1,an+1=,
∴a2==
=
,
同理可求,a3=,a4=
…(2分)
(2)由(1)猜想an=…(5分)
证明:①当n=1时,a1==
=1,猜想成立 …(7分)
②假设n=k(k>1且k∈N*)时ak=成立 …(8分)
那么当n=k+1时,ak+1==
=
=
=
,
即:n=k+1猜想成立 …(12分)
综上所述:当n∈N*时an=成立. …(13分)
解析
解:(1)∵a1=1,an+1=,
∴a2==
=
,
同理可求,a3=,a4=
…(2分)
(2)由(1)猜想an=…(5分)
证明:①当n=1时,a1==
=1,猜想成立 …(7分)
②假设n=k(k>1且k∈N*)时ak=成立 …(8分)
那么当n=k+1时,ak+1==
=
=
=
,
即:n=k+1猜想成立 …(12分)
综上所述:当n∈N*时an=成立. …(13分)
用数学归纳法证明不等式+
+…+
>
的过程中,由n=k推导n=k+1时,不等式的左边增加的式子是______.
正确答案
+
-
解析
解:当n=k时,左边的代数式为+
+…+
,(共k项)
当n=k+1时,左边的代数式为+
+…+
+
(共k+1项)
故用n=k+1时左边的代数式减去n=k时左边的代数式的结果,+
-
即为不等式的左边增加的项.
故答案为:+
-
.
已知数列{an}中,a1=,an≠0,Sn为该数列的前n项和,且Sn+1=an(1-an+1)+Sn,n∈N*.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若不等式an+an+1+an+2+…+a3n>对一切正整数n都成立,求正整数a的最大值,并证明结论.
正确答案
解:(1)∵,
∴sn+1-sn=an(1-an+1)∴an+1=an(1-an+1)=an-anan+1,
∴an-an+1=anan+1,
又an≠0∴,
∴构成以2为首项,以1为公差的等差数列
.,
(2)当n=1时,,即
,所以a<26.
而a是正整数,所以取a=25,
下面用数学归纳法证明:.
(1)当n=1时,已证;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即.
则当n=k+1时,有
=
.
因为,
所以.
所以当n=k+1时不等式也成立.
由(1)(2)知,对一切正整数n,都有;
故a的最大值为25.
解析
解:(1)∵,
∴sn+1-sn=an(1-an+1)∴an+1=an(1-an+1)=an-anan+1,
∴an-an+1=anan+1,
又an≠0∴,
∴构成以2为首项,以1为公差的等差数列
.,
(2)当n=1时,,即
,所以a<26.
而a是正整数,所以取a=25,
下面用数学归纳法证明:.
(1)当n=1时,已证;
(2)假设当n=k时,不等式成立,即.
则当n=k+1时,有
=
.
因为,
所以.
所以当n=k+1时不等式也成立.
由(1)(2)知,对一切正整数n,都有;
故a的最大值为25.
(1)定理:若函数f(x)的图象在区间[a,b]上连续,且在(a,b)内可导,则至少存在一点ξ∈(a,b),使得f(b)-f(a)=f′(ξ)(b-a)成立.应用上述定理证明:
①1-;
②.
(2)设f(x)=xn(n∈N*).若对任意的实数x,y,f(x)-f(y)=f′()(x-y)恒成立,求n所有可能的值.
正确答案
证明:①f(x)=lnx,f′(ξ)=,x<ξ<y …(1分)
(注1:只要构造出函数f(x)=lnx即给1分)
故lny-lnx=,又
<
<
…(*) …(2分)
即1-<lny-lnx<
-1(0<x<y) …(3分)
②证明:由(*)式可得<ln2-ln1<
,
<ln3-ln2<
,
…
<lnn-ln(n-1)<
,…(6分)
上述不等式相加,得<lnn<
(n>1)…(8分)
(注:能给出叠加式中的任何一个即给(1分),能给出一般式<lnn-ln(n-1)<
,给出2分)
(2)下证当n≥3时,等式f(x)-f(y)=f′()(x-y)不恒成立.
(注:能猜出n≥3时等式不恒成立即给1分)
当n=1时,f(x)-f(y)=f′()(x-y)显然成立.…(9分)
当n=2时,f(x)-f(y)=x2-y2=2()(x-y)=f′(
)(x-y).…(10分)
下证当n≥3时,等式f(x)-f(y)=f′()(x-y)不恒成立.
不妨设x=2,y=0,则已知条件化为:2n-1=n. …(11分)
当n≥3时,2n-1=(1+1)n-1=+
+…+
≥2+
=n+1>n,…(13分)
因此,n≥3时方程2n-1=n无解.
故n的所有可能值为1和2.…(14分)
解析
证明:①f(x)=lnx,f′(ξ)=,x<ξ<y …(1分)
(注1:只要构造出函数f(x)=lnx即给1分)
故lny-lnx=,又
<
<
…(*) …(2分)
即1-<lny-lnx<
-1(0<x<y) …(3分)
②证明:由(*)式可得<ln2-ln1<
,
<ln3-ln2<
,
…
<lnn-ln(n-1)<
,…(6分)
上述不等式相加,得<lnn<
(n>1)…(8分)
(注:能给出叠加式中的任何一个即给(1分),能给出一般式<lnn-ln(n-1)<
,给出2分)
(2)下证当n≥3时,等式f(x)-f(y)=f′()(x-y)不恒成立.
(注:能猜出n≥3时等式不恒成立即给1分)
当n=1时,f(x)-f(y)=f′()(x-y)显然成立.…(9分)
当n=2时,f(x)-f(y)=x2-y2=2()(x-y)=f′(
)(x-y).…(10分)
下证当n≥3时,等式f(x)-f(y)=f′()(x-y)不恒成立.
不妨设x=2,y=0,则已知条件化为:2n-1=n. …(11分)
当n≥3时,2n-1=(1+1)n-1=+
+…+
≥2+
=n+1>n,…(13分)
因此,n≥3时方程2n-1=n无解.
故n的所有可能值为1和2.…(14分)
用数学归纳法证明1+2+…+(2n+1)=(n+1)(2n+1),在验证n=1成立时,左边所得的代数式是( )
正确答案
解析
解:在等式 1+2+…+(2n+1)=(n+1)(2n+1)中,
当n=1时,2n+1=3,
而等式左边起始为1的连续的正整数的和,
故n=1时,等式左边的项为:1+2+3,
故选C.
用数学归纳法证明斐波拉契数列的通项公式.
正确答案
证明:.
当n=1时,,
当n=2时,=
;
假设对一般的n=1,2,3,4,…k时命题成立,那么当n=k+1时:
ak+1=ak-1+ak=
=
=
=
=.
综上,命题对于任意的n∈N*都成立.
即斐波拉契数列的通项公式为.
解析
证明:.
当n=1时,,
当n=2时,=
;
假设对一般的n=1,2,3,4,…k时命题成立,那么当n=k+1时:
ak+1=ak-1+ak=
=
=
=
=.
综上,命题对于任意的n∈N*都成立.
即斐波拉契数列的通项公式为.
利用数学归纳法证明不等式1++
+…+
<f(n)(n≥2,n∈N*)的过程中,由n=k变到n=k+1时,左边增加了( )
正确答案
解析
解:由题意,n=k时,最后一项为,n=k+1时,最后一项为
∴由n=k变到n=k+1时,左边增加了2k-(2k-1+1)+1=2k-1
故选C.
用数学归纳法证明(n+1)(n+2)…(n+n)=2n•1•3•5•…•(2n-1)时,从k变到k+1时,左边应增添的因式是( )
正确答案
解析
解: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),
故选D.
(1)若a<<b对x∈(0,
)恒成立,求a的最大值与b的最小值.
(2)证明:sin+sin
+…+sin
>
,n≥2,n∈N*.
正确答案
解:(1)当x>0时,“>a”等价于“sinx-ax>0”,
“<b”等价于“sinx-bx<0”.
令g(x)=sinx-cx,则g′(x)=cosx-c.
①当c≤0时,g(x)>0对任意x∈(0,)恒成立.
②当c≥1时,因为对任意x∈(0,),g′(x)=cosx-c<0,
∴g(x)在区间(0,)上单调递减,
从而g(x)<g(0)=0对任意x∈(0,)恒成立.
③当0<c<1时,存在唯一的x0∈(0,)使得g′(x0)=cosx0-c=0.
g(x)与g′(x)在区间(0,)上的情况如下:
∵g(x)在区间(0,x0)上是增函数,
∴g(x0)>g(0)=0.
于是“g(x)>0对任意x∈(0,)恒成立”当且仅当g()=1-c≥0,即0<c≤.
综上所述,当且仅当c≤时,g(x)>0对任意x∈(0,)恒成立;
当且仅当c≥1时,g(x)<0对任意x∈(0,)恒成立.
∴若a<<b对任意x∈(0,)恒成立,
则a的最大值为,b的最小值为1.
(2)证明:①当n=2时,,即原不等式成立;
②假设n=k时,原不等式成立,即:;
则当n=k+1时,左边=sin+sin+…++>,
下面只要证明:+>,即证明>即可.
由(1)可知:>=,而>,
∴>.
综上可得:命题对于n≥2,n∈N*都成立.
解析
解:(1)当x>0时,“>a”等价于“sinx-ax>0”,
“<b”等价于“sinx-bx<0”.
令g(x)=sinx-cx,则g′(x)=cosx-c.
①当c≤0时,g(x)>0对任意x∈(0,)恒成立.
②当c≥1时,因为对任意x∈(0,),g′(x)=cosx-c<0,
∴g(x)在区间(0,)上单调递减,
从而g(x)<g(0)=0对任意x∈(0,)恒成立.
③当0<c<1时,存在唯一的x0∈(0,)使得g′(x0)=cosx0-c=0.
g(x)与g′(x)在区间(0,)上的情况如下:
∵g(x)在区间(0,x0)上是增函数,
∴g(x0)>g(0)=0.
于是“g(x)>0对任意x∈(0,)恒成立”当且仅当g()=1-c≥0,即0<c≤.
综上所述,当且仅当c≤时,g(x)>0对任意x∈(0,)恒成立;
当且仅当c≥1时,g(x)<0对任意x∈(0,)恒成立.
∴若a<<b对任意x∈(0,)恒成立,
则a的最大值为,b的最小值为1.
(2)证明:①当n=2时,,即原不等式成立;
②假设n=k时,原不等式成立,即:;
则当n=k+1时,左边=sin+sin+…++>,
下面只要证明:+>,即证明>即可.
由(1)可知:>=,而>,
∴>.
综上可得:命题对于n≥2,n∈N*都成立.
已知数列{an}满足2an+1an-3an+1-an+2=0,则n∈N*,a1=
(1)计算a2,a3,a4;
(2)猜想数列{a4}的通项公式,并用数学归纳法加以证明.
正确答案
解:(1)∵数列{an}满足2an+1an-3an+1-an+2=0,n∈N*,a1=.
∴当n=1时,2a2a1-3a2-a1+2=0,即=0,解得a2=
.
同理可得:a3=,a4=
.
(2)由(1)猜想:an=.
下面利用数学归纳法证明.
(i)当n=1时,=
成立.
(ii)假设当n=k∈N*时,成立.
则n=k+1时,有2ak+1ak-3ak+1-ak+2=0,即-3ak+1-
+2=0,
解得ak+1=.
∴当n=k+1时,an=成立.
综上可得:∀n∈N*,an=成立.
解析
解:(1)∵数列{an}满足2an+1an-3an+1-an+2=0,n∈N*,a1=.
∴当n=1时,2a2a1-3a2-a1+2=0,即=0,解得a2=
.
同理可得:a3=,a4=
.
(2)由(1)猜想:an=.
下面利用数学归纳法证明.
(i)当n=1时,=
成立.
(ii)假设当n=k∈N*时,成立.
则n=k+1时,有2ak+1ak-3ak+1-ak+2=0,即-3ak+1-
+2=0,
解得ak+1=.
∴当n=k+1时,an=成立.
综上可得:∀n∈N*,an=成立.
已知数列{an}中,a1=2,对∀n∈N*总有an+1=3an+2成立,
(1)计算a2,a3,a4的值;
(2)根据(1)的结果猜想数列的通项an,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)当n=1时,a2=3×2+2=8;…(2分)
当n=2时,a3=3×8+2=26;…(4分)
当n=3时,a4=3×26+2=80;…(6分)
(2)结论:…(8分)
证明:1°当n=1时,显然成立;…(9分)
2°假设当n=k(k∈N*)时成立,即.
则当n=k+1时,,
所以,当n=k+1时也成立,…(13分)
综合1°2°,可知,对任意n∈N*,总有成立. …(14分)
解析
解:(1)当n=1时,a2=3×2+2=8;…(2分)
当n=2时,a3=3×8+2=26;…(4分)
当n=3时,a4=3×26+2=80;…(6分)
(2)结论:…(8分)
证明:1°当n=1时,显然成立;…(9分)
2°假设当n=k(k∈N*)时成立,即.
则当n=k+1时,,
所以,当n=k+1时也成立,…(13分)
综合1°2°,可知,对任意n∈N*,总有成立. …(14分)
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