- 数学归纳法
- 共1204题
n为正整数,求证:1•(n+1)+2•n+3•(n-1)+…+(n+1)•1=(n+1)(n+2)(n=3)
正确答案
证明:设f(n)=1•(n+1)+2•n+3•(n-1)+…+(n+1)•1.
(1)当n=1时,左边=4,右边=4,等式成立;
(2)设当n=k时等式成立,即1•(k+1)+2•k+3•(k-1)+…+(k+2)•2+(k+1)•1=(k+1)(k+2)(k+3),
则当n=k+1时,
f(k+1)=f(k)+1+2+3+…+k+(k+1)+(k+2)
=(k+1)(k+2)(k+3)+
(k+2)(k+2+1)
=(k+2)(k+3)(k+4),即n=k+1时等式也成立;
∴由(1)(2)可知当n∈N*时等式都成立.
解析
证明:设f(n)=1•(n+1)+2•n+3•(n-1)+…+(n+1)•1.
(1)当n=1时,左边=4,右边=4,等式成立;
(2)设当n=k时等式成立,即1•(k+1)+2•k+3•(k-1)+…+(k+2)•2+(k+1)•1=(k+1)(k+2)(k+3),
则当n=k+1时,
f(k+1)=f(k)+1+2+3+…+k+(k+1)+(k+2)
=(k+1)(k+2)(k+3)+
(k+2)(k+2+1)
=(k+2)(k+3)(k+4),即n=k+1时等式也成立;
∴由(1)(2)可知当n∈N*时等式都成立.
已知函数f(x)=ex-1,,其中e是自然对数的底,e=2.71828….
(1)证明:函数h(x)=f(x)-g(x)在区间(1,2)上有零点;
(2)求方程f(x)=g(x)根的个数,并说明理由;
(3)若数列{an}(n∈N*)满足a1=a(a>0)(a为常数),an+13=g(an),证明:存在常数M,使得对于任意n∈N*,都有an≤M.
正确答案
解:(1)证明:由h(x)=f(x)-g(x)=ex-1-,得:
h(1)=e-3<0,h(2)=e2-2->0,
所以函数h(x)在区间(1,2)上有零点.
(2)由(1)得:h(x)=ex-1-,
由知,x∈[0,+∞),而h(0)=0,则x=0为h(x)的一个零点,且h(x)在(1,2)内有零点,
因此h(x)至少有两个零点.
所以-1,记φ(x)=
-1,则
.
当x∈(0,+∞)时,φ‘(x)>0,因此φ(x)在(0,+∞)上单调递增,则φ(x)在(0,+∞)内至多只有一个零点.h(x)有且只有两个零点.
所以,方程f(x)=g(x)根的个数为2.
(3)记h(x)的正零点为x0,即.
(1)当a<x0时,由a1=a,即a1<x0.而=
,因此a2<x0,由此猜测:an<x0.下面用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1<x0显然成立;
②假设当n=k(k≥1)时,有ak<x0成立,则当n=k+1时,由=
知,ak+1<x0,因此,当n=k+1时,ak+1<x0成立.
故对任意的n∈N*,an<x0成立.
(2)当a≥x0时,由(1)知,h(x)在(x0,+∞)上单调递增.则h(a)≥h(x0)=0,即.从而
,即a2≤a,由此猜测:an≤a.下面用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1≤a显然成立;
②假设当n=k(k≥1)时,有ak≤a成立,则当n=k+1时,由知,ak+1≤a,因此,当n=k+1时,ak+1≤a成立.
故对任意的n∈N*,an≤a成立.
综上所述,存在常数M=max{x0,a},使得对于任意的n∈N*,都有an≤M.
解析
解:(1)证明:由h(x)=f(x)-g(x)=ex-1-,得:
h(1)=e-3<0,h(2)=e2-2->0,
所以函数h(x)在区间(1,2)上有零点.
(2)由(1)得:h(x)=ex-1-,
由知,x∈[0,+∞),而h(0)=0,则x=0为h(x)的一个零点,且h(x)在(1,2)内有零点,
因此h(x)至少有两个零点.
所以-1,记φ(x)=
-1,则
.
当x∈(0,+∞)时,φ‘(x)>0,因此φ(x)在(0,+∞)上单调递增,则φ(x)在(0,+∞)内至多只有一个零点.h(x)有且只有两个零点.
所以,方程f(x)=g(x)根的个数为2.
(3)记h(x)的正零点为x0,即.
(1)当a<x0时,由a1=a,即a1<x0.而=
,因此a2<x0,由此猜测:an<x0.下面用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1<x0显然成立;
②假设当n=k(k≥1)时,有ak<x0成立,则当n=k+1时,由=
知,ak+1<x0,因此,当n=k+1时,ak+1<x0成立.
故对任意的n∈N*,an<x0成立.
(2)当a≥x0时,由(1)知,h(x)在(x0,+∞)上单调递增.则h(a)≥h(x0)=0,即.从而
,即a2≤a,由此猜测:an≤a.下面用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1≤a显然成立;
②假设当n=k(k≥1)时,有ak≤a成立,则当n=k+1时,由知,ak+1≤a,因此,当n=k+1时,ak+1≤a成立.
故对任意的n∈N*,an≤a成立.
综上所述,存在常数M=max{x0,a},使得对于任意的n∈N*,都有an≤M.
在数列{an}中,a1=-,Sn+
=an-2(n>1,n∈N*).
(Ⅰ)求S1,S2,S3的值;
(Ⅱ)猜想Sn的表达式,并证明你的猜想.
正确答案
(Ⅰ)当n≥2时,an=Sn-Sn-i,∴,∴
(3分)∴
(6分)
(Ⅱ)猜想,(7分)
下面用数学归纳法证明:
1)当n=1时,,猜想正确;(8分)
2)假设当n=k时猜想正确,即,
那么,即n=k+1时猜想也正确.(12分)
根据1),2)可知,对任意n∈N+,都有.(13分)
解析
(Ⅰ)当n≥2时,an=Sn-Sn-i,∴,∴
(3分)∴
(6分)
(Ⅱ)猜想,(7分)
下面用数学归纳法证明:
1)当n=1时,,猜想正确;(8分)
2)假设当n=k时猜想正确,即,
那么,即n=k+1时猜想也正确.(12分)
根据1),2)可知,对任意n∈N+,都有.(13分)
已知:数列{an}的前n项和为Sn,满足a1=1,当n∈N+时,Sn=an-n-1.
(1)求a2,a3,a4;
(2)猜想an,并用数学归纳法证明你的猜想;
(3)已知,求a的取值范围.
正确答案
解:(1)∵a1=1,当n∈N+时,Sn=an-n-1
∴S2=a2-3,∴a2=3;S3=a3-4,∴a3=7;S4=a4-5,∴a4=15
(2)猜想
证明:当n=1时,经验证成立
假设当n=k,(k≥1)时结论成立,即
则当n=k+1时,有sk=ak+1-k-1;sk-1=ak-(k-1)-1,
两式相减得到ak=ak+1-ak-1,∴ak+1=2ak+1,∴
所以当n=k+1时,结论成立
综上所述:
(3),即
则,得到
∴
∴-3<a<-1
解析
解:(1)∵a1=1,当n∈N+时,Sn=an-n-1
∴S2=a2-3,∴a2=3;S3=a3-4,∴a3=7;S4=a4-5,∴a4=15
(2)猜想
证明:当n=1时,经验证成立
假设当n=k,(k≥1)时结论成立,即
则当n=k+1时,有sk=ak+1-k-1;sk-1=ak-(k-1)-1,
两式相减得到ak=ak+1-ak-1,∴ak+1=2ak+1,∴
所以当n=k+1时,结论成立
综上所述:
(3),即
则,得到
∴
∴-3<a<-1
观察下列等式:
照以上式子规律:
(1)写出第5个等式,并猜想第n个等式; (n∈N*)
(2)用数学归纳法证明上述所猜想的第n个等式成立.(n∈N*)
正确答案
解:(1)第5个等式为:5+6+7+8+9+10+11+12+13=92…(2分)
第n个等式为:n+(n+1)+(n+2)+…+(3n-2)=(2n-1)2,n∈N*…(5分)
(2)①当n=1时,等式左边=1,等式右边=(2-1)2=1,所以等式成立.…(6分)
②假设n=k(k∈N*)时,等式成立,即k+(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)=(2k-1)2(k≥1,k∈N*)
那么,当n=k+1时,(k+1)+(k+2)+(k+3)+…+(3k+1)=k+(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)+(3k-1)+3k+(3k+1)-k=(2k-1)2+8k=[2(k+1)-1)2,
即n=k+1时等式成立.…(11分)
根据(1)和(2),可知对任何n∈N*,等式都成立.…(12分)
解析
解:(1)第5个等式为:5+6+7+8+9+10+11+12+13=92…(2分)
第n个等式为:n+(n+1)+(n+2)+…+(3n-2)=(2n-1)2,n∈N*…(5分)
(2)①当n=1时,等式左边=1,等式右边=(2-1)2=1,所以等式成立.…(6分)
②假设n=k(k∈N*)时,等式成立,即k+(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)=(2k-1)2(k≥1,k∈N*)
那么,当n=k+1时,(k+1)+(k+2)+(k+3)+…+(3k+1)=k+(k+1)+(k+2)+…+(3k-2)+(3k-1)+3k+(3k+1)-k=(2k-1)2+8k=[2(k+1)-1)2,
即n=k+1时等式成立.…(11分)
根据(1)和(2),可知对任何n∈N*,等式都成立.…(12分)
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