- 数学归纳法
- 共1204题
数列{an}各项均不为0,前n项和为Sn,bn=an3,bn的前n项和为Tn,且Tn=Sn2
(1)若数列{an}共3项,求所有满足要求的数列;
(2)求证:an=n(n∈N*)是满足已知条件的一个数列;
(3)请构造出一个满足已知条件的无穷数列{an},并使得a2015=-2014;若还能构造其他符合要求的数列,请一并写出(不超过四个).
正确答案
(本题(18分),第一小题(4分),第二小题(6分),第三小题8分)
解:(1)n=1时,T1=S12⇒a13=a12⇒a1=1(a1=0舍去)…(1分)
n=2时,T2=S22⇒a13+a23=(a1+a2)2⇒1+a23=(1+a2)2⇒a2=2或a2=-1(a2=0舍去)…(2分)
n=3时,,
当a2=2时,⇒a3=3或a3=-2(a3=0舍去)
当a2=-1时,…(3分)
所以符合要求的数列有:1,2,3;1,2,-2;1,-1,1…(4分)
(2)∵an=n,即证13+23+33+…+n3=(1+2+3+…+n)2,…(5分)
用数学归纳法证:
当n=1时,13=12,等式成立;
假设当n=k时,13+23+33+…+k3=(1+2+3+…+k)2=,…(7分)
则当n=k+1时,13+23+33+…+k3+(k+1)3=(1+2+3+…+k)2+(k+1)3
=+(k+1)3=(
)2(k2+4k+4)
==
,即当n=k+1时,等式也成立;
综上所述,对任意n∈N*,13+23+33+…+n3=(1+2+3+…+n)2;…(10分)
(3)=
+
+…+
①
=
+
+…+
+
②
②-①得:2Sn+an+1=,
∴2Sn=-an+1;③…(11分)
∴当n≥2时,2Sn-1=-an,④…(12分)
③-④得:2an=-an+1-
+an,
整理得:(an+1+an)(an+1-an-1)=0,
∴an+1=-an,或an+1=an+1(n≥2)…(14分)
(i)an=;
(ii)an=;
(iii)an=;
(v)an=
解析
(本题(18分),第一小题(4分),第二小题(6分),第三小题8分)
解:(1)n=1时,T1=S12⇒a13=a12⇒a1=1(a1=0舍去)…(1分)
n=2时,T2=S22⇒a13+a23=(a1+a2)2⇒1+a23=(1+a2)2⇒a2=2或a2=-1(a2=0舍去)…(2分)
n=3时,,
当a2=2时,⇒a3=3或a3=-2(a3=0舍去)
当a2=-1时,…(3分)
所以符合要求的数列有:1,2,3;1,2,-2;1,-1,1…(4分)
(2)∵an=n,即证13+23+33+…+n3=(1+2+3+…+n)2,…(5分)
用数学归纳法证:
当n=1时,13=12,等式成立;
假设当n=k时,13+23+33+…+k3=(1+2+3+…+k)2=,…(7分)
则当n=k+1时,13+23+33+…+k3+(k+1)3=(1+2+3+…+k)2+(k+1)3
=+(k+1)3=(
)2(k2+4k+4)
==
,即当n=k+1时,等式也成立;
综上所述,对任意n∈N*,13+23+33+…+n3=(1+2+3+…+n)2;…(10分)
(3)=
+
+…+
①
=
+
+…+
+
②
②-①得:2Sn+an+1=,
∴2Sn=-an+1;③…(11分)
∴当n≥2时,2Sn-1=-an,④…(12分)
③-④得:2an=-an+1-
+an,
整理得:(an+1+an)(an+1-an-1)=0,
∴an+1=-an,或an+1=an+1(n≥2)…(14分)
(i)an=;
(ii)an=;
(iii)an=;
(v)an=
用数学归纳法证明:对于任意大于1的正整数n,不等式+
+…+
<
都成立.
正确答案
证明:(1)当n=2时,左边==
,右边=
,左边<右边,成立;
(2)假设当n=k(k∈N*,k≥2)时,不等式+
+…+
<
都成立.
则当n=k+1时,左边=+
+…+
+
<
+
<
+
=
=
=右边.
∴当n=k+1时,不等式成立.
综上可得:对于任意大于1的正整数n,不等式+
+…+
<
都成立.
解析
证明:(1)当n=2时,左边==
,右边=
,左边<右边,成立;
(2)假设当n=k(k∈N*,k≥2)时,不等式+
+…+
<
都成立.
则当n=k+1时,左边=+
+…+
+
<
+
<
+
=
=
=右边.
∴当n=k+1时,不等式成立.
综上可得:对于任意大于1的正整数n,不等式+
+…+
<
都成立.
设关于正整数n的函数f(n)=1•22+2•32+…n(n+1)2
(1)求f(1),f(2),f(3);
(2)是否存在常数a,b,c使得f(n)=对一切自然数n都成立?并证明你的结论.
正确答案
解:(1)∵f(n)=1•22+2•32+…n(n+1)2,
∴f(1)=1•22=4,
f(2)=1•22+2•32=22,
f(3)1•22+2•32+3•42=70;
(2)假设存在常数a,b,c使得f(n)=对一切自然数n都成立,
则f(1)=(a+b+c)=4,
∴a+b+c=24①,
同理,由f(2)=22得4a+2b+c=44②,
由f(3)=70得9a+3b+c=70③
联立①②③,解得a=3,b=11,c=10.
∴f(n)=(3n2+11n+10).
证明:1°当n=1时,显然成立;
2°假设n=k时,f(k)=(3k2+11k+10)=
,
则n=k+1时,f(k+1)=f(k)+(k+1)[(k+1)+1]2=+(k+1)[(k+1)+1]2=
(3k2+17k+24)
=
=,
即n=k+1时,结论也成立.
综合1°,2°知,存在常数a=3,b=11,c=10使得f(n)=(3n2+11n+10)对一切自然数n都成立.
解析
解:(1)∵f(n)=1•22+2•32+…n(n+1)2,
∴f(1)=1•22=4,
f(2)=1•22+2•32=22,
f(3)1•22+2•32+3•42=70;
(2)假设存在常数a,b,c使得f(n)=对一切自然数n都成立,
则f(1)=(a+b+c)=4,
∴a+b+c=24①,
同理,由f(2)=22得4a+2b+c=44②,
由f(3)=70得9a+3b+c=70③
联立①②③,解得a=3,b=11,c=10.
∴f(n)=(3n2+11n+10).
证明:1°当n=1时,显然成立;
2°假设n=k时,f(k)=(3k2+11k+10)=
,
则n=k+1时,f(k+1)=f(k)+(k+1)[(k+1)+1]2=+(k+1)[(k+1)+1]2=
(3k2+17k+24)
=
=,
即n=k+1时,结论也成立.
综合1°,2°知,存在常数a=3,b=11,c=10使得f(n)=(3n2+11n+10)对一切自然数n都成立.
已知数列{an}满足:a1=1,an+1•an-2an+1=0(n∈N*).
(Ⅰ)猜测数列{an}的通项公式,并用数学归纳法证明你的结论;
(Ⅱ)设n,k为任意两个正整数,用反证法证明:与
中至少有一个小于2.
正确答案
解:(Ⅰ)由已知,,又a1=2,则a2=2-
a3=2-,a4=2-
,由此可猜想:
证明:(1)当n=1时,,所以猜想正确.
(2)假设当n=k(k≥1,k∈Z)时,猜想成立,即
则=
,即当n=k+1时也成立.
结合(1)(2)可知,数列{an}的递推公式是
(Ⅱ)假设,且
,因为an,ak>0
则1+an>2an,且1+ak>2an,两式相加得,(1+an)+(1+ak)≥2an+2ak,即an+ak≤2
因为>1,则:ak+an>2,矛盾.
所以假设不成立,即:与
中至少有一个小于2.
解析
解:(Ⅰ)由已知,,又a1=2,则a2=2-
a3=2-,a4=2-
,由此可猜想:
证明:(1)当n=1时,,所以猜想正确.
(2)假设当n=k(k≥1,k∈Z)时,猜想成立,即
则=
,即当n=k+1时也成立.
结合(1)(2)可知,数列{an}的递推公式是
(Ⅱ)假设,且
,因为an,ak>0
则1+an>2an,且1+ak>2an,两式相加得,(1+an)+(1+ak)≥2an+2ak,即an+ak≤2
因为>1,则:ak+an>2,矛盾.
所以假设不成立,即:与
中至少有一个小于2.
某班级共派出n+1个男生和n个女生参加学校运动会的入场仪式,其中男生甲为领队.入场时,领队男生甲必须排第一个,然后女生整体在男生的前面,排成一路纵队入场,共有En种排法;入场后,又需从男生(含男生甲)和女生中各选一名代表到主席台服务,共有Fn种选法.
(1)试求En和Fn;
(2)判断lnEn和Fn的大小(n∈N+),并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)根据领队男生甲必须排第一个,然后女生整体在男生的前面,排成一路纵队入场,可得;根据从男生(含男生甲)和女生中各选一名代表到主席台服务,可得
…4分
(2)因为lnEn=2lnn!,Fn=n(n+1),所以lnE1=0<F1=2,lnE2=ln4<F2=6,lnE3=ln36<F3=12,…,由此猜想:当n∈N*
时,都有lnEn<Fn,即2lnn!<n(n+1)…6分
下用数学归纳法证明2lnn!<n(n+1)(n∈N*).
①当n=1时,该不等式显然成立.
②假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即2lnk!<k(k+1),
则当n=k+1时,2ln(k+1)!=2ln(k+1)+2lnk!<2ln(k+1)+k(k+1),
要证当n=k+1时不等式成立,只要证:2ln(k+1)+k(k+1)≤(k+1)(k+2),
只要证:ln(k+1)≤k+1…8分
令f(x)=lnx-x,x∈(1,+∞),因为,所以f(x)在(1,+∞)上单调递减,从而f(x)<f(1)=-1<0,而k+1∈(1,+∞),所以ln(k+1)≤k+1成立,
则当n=k+1时,不等式也成立.
综合①②,得原不等式对任意的n∈N*均成立…10分
解析
解:(1)根据领队男生甲必须排第一个,然后女生整体在男生的前面,排成一路纵队入场,可得;根据从男生(含男生甲)和女生中各选一名代表到主席台服务,可得
…4分
(2)因为lnEn=2lnn!,Fn=n(n+1),所以lnE1=0<F1=2,lnE2=ln4<F2=6,lnE3=ln36<F3=12,…,由此猜想:当n∈N*
时,都有lnEn<Fn,即2lnn!<n(n+1)…6分
下用数学归纳法证明2lnn!<n(n+1)(n∈N*).
①当n=1时,该不等式显然成立.
②假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即2lnk!<k(k+1),
则当n=k+1时,2ln(k+1)!=2ln(k+1)+2lnk!<2ln(k+1)+k(k+1),
要证当n=k+1时不等式成立,只要证:2ln(k+1)+k(k+1)≤(k+1)(k+2),
只要证:ln(k+1)≤k+1…8分
令f(x)=lnx-x,x∈(1,+∞),因为,所以f(x)在(1,+∞)上单调递减,从而f(x)<f(1)=-1<0,而k+1∈(1,+∞),所以ln(k+1)≤k+1成立,
则当n=k+1时,不等式也成立.
综合①②,得原不等式对任意的n∈N*均成立…10分
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