- 数学归纳法
- 共1204题
已知函数f(x)是(0,+∞)上可导函数,且xf′(x)>f(x)在x>0时恒成立,又g(x)=ln(1+x)-x(x>-1)
①求g(x)的最值
②求证x1>0,x2>0时f(x1+x2)>f(x1)+f(x2)并猜想一个一般结论,加以证明
③求证.
正确答案
解:①∵g′(x)=-1=-
,
∵当-1<x<0时,g′(x)>0,
∴g(x)在(-1,0)上单调递增;
当x>0时,g′(x)<0,g(x)在(0,+∞)上单调递减;
∴当x=0时,g(x)=ln(1+x)-x取得极大值,由极值的唯一性知,也是最大值,无最小值.
∴g(x)max=g(0)=0.
②∵函数f(x)是(0,+∞)上可导函数,且xf′(x)>f(x)在x>0时恒成立,
令h(x)=,则h′(x)=
>0在x>0时恒成立,
∴函数h(x)=在(0,+∞)上是增函数.
∴当x1>0,x2>0时,有x1+x2>0,
∴h(x1+x2)>h(x1),即>
,
∴x1f(x1+x2)>(x1+x2)f(x1),
同理可得x2f(x1+x2)>(x1+x2)f(x2),
∴(x1+x2)f(x1+x2)>(x1+x2)(f(x1)+f(x2)),
∴f(x1+x2)>f(x1)+f(x2)(x1>0,x2>0).
于是可猜想:xi>0(i=1,2,3,…,n)时,有:f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xn)<f(x1+x2+x3+…xn)(n≥2)恒成立.
下面证明:则当n=2时,由f(x1+x2)>f(x1)+f(x2)(x1>0,x2>0)知结论成立;
假设n=k时,结论成立,即f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xk)<f(x1+x2+x3+…xk),
则n=k+1时,f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xk)+f(xk+1)<f(x1+x2+x3+…xk)+f(xk+1)<f(x1+x2+x3+…xk+1),
即n=k+1时,结论也成立,
综上所述,xi>0(i=1,2,3,…,n)时,有:f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xn)<f(x1+x2+x3+…xn)(n≥2)恒成立.
③用数学归纳法证明:
(ⅰ)当n=1时,左=ln22=
ln4,
右==
•
,由于ln4>1>
,
∴ln4>
•
,即原不等式成立.
(ⅱ)假设n=k时,命题成立.即:
ln22+
ln32+…+
ln(k+1)2>
,
那么:ln22+
ln32+…+
ln(k+1)2+
ln[(k+1)+1]2>
+
ln[(k+1)+1]2
=-
+
+
ln[(k+1)+1]2
=+
•(
-
)+
ln(k+2)2
=+
•
+
ln(k+2)2≥
,
这就是说,当n=k+1时,命题也成立.
由(ⅰ)(ⅱ)可知,对一切n∈*,都有ln22+
ln32+…+
ln(n+1)2>
成立.
解析
解:①∵g′(x)=-1=-
,
∵当-1<x<0时,g′(x)>0,
∴g(x)在(-1,0)上单调递增;
当x>0时,g′(x)<0,g(x)在(0,+∞)上单调递减;
∴当x=0时,g(x)=ln(1+x)-x取得极大值,由极值的唯一性知,也是最大值,无最小值.
∴g(x)max=g(0)=0.
②∵函数f(x)是(0,+∞)上可导函数,且xf′(x)>f(x)在x>0时恒成立,
令h(x)=,则h′(x)=
>0在x>0时恒成立,
∴函数h(x)=在(0,+∞)上是增函数.
∴当x1>0,x2>0时,有x1+x2>0,
∴h(x1+x2)>h(x1),即>
,
∴x1f(x1+x2)>(x1+x2)f(x1),
同理可得x2f(x1+x2)>(x1+x2)f(x2),
∴(x1+x2)f(x1+x2)>(x1+x2)(f(x1)+f(x2)),
∴f(x1+x2)>f(x1)+f(x2)(x1>0,x2>0).
于是可猜想:xi>0(i=1,2,3,…,n)时,有:f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xn)<f(x1+x2+x3+…xn)(n≥2)恒成立.
下面证明:则当n=2时,由f(x1+x2)>f(x1)+f(x2)(x1>0,x2>0)知结论成立;
假设n=k时,结论成立,即f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xk)<f(x1+x2+x3+…xk),
则n=k+1时,f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xk)+f(xk+1)<f(x1+x2+x3+…xk)+f(xk+1)<f(x1+x2+x3+…xk+1),
即n=k+1时,结论也成立,
综上所述,xi>0(i=1,2,3,…,n)时,有:f(x1)+f(x2)+f(x3)+…+f(xn)<f(x1+x2+x3+…xn)(n≥2)恒成立.
③用数学归纳法证明:
(ⅰ)当n=1时,左=ln22=
ln4,
右==
•
,由于ln4>1>
,
∴ln4>
•
,即原不等式成立.
(ⅱ)假设n=k时,命题成立.即:
ln22+
ln32+…+
ln(k+1)2>
,
那么:ln22+
ln32+…+
ln(k+1)2+
ln[(k+1)+1]2>
+
ln[(k+1)+1]2
=-
+
+
ln[(k+1)+1]2
=+
•(
-
)+
ln(k+2)2
=+
•
+
ln(k+2)2≥
,
这就是说,当n=k+1时,命题也成立.
由(ⅰ)(ⅱ)可知,对一切n∈*,都有ln22+
ln32+…+
ln(n+1)2>
成立.
用数学归纳法证明34n+1+52n+1(n∈N)能被8整除时,当n=k+1时34(k+1)+1+52(k+1)+1可变形( )
正确答案
解析
解:当n=k+1时34(k+1)+1+52(k+1)+1=34×34k+1+25×52k+1=56×34k+1+25(34k+1+52k+1)两个表达式都能被8整除,
故选A.
是否存在常数a,b 使得2+4+6+…+(2n)=an2+bn对一切n∈N*恒成立?若存在,求出a,b的值,并用数学归纳法证明;若不存在,说明理由.
正确答案
解:取n=1和2,得解得
,…(4分)
即2+4+6+…+(2n)=n2+n.
以下用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,已证.…(6分)
(2)假设当n=k,k∈N*时等式成立即2+4+6+…+(2k)=k2+k …(8分)
那么,当n=k+1 时有2+4+6+…+(2k)+(2k+2)=k2+k+(2k+2)…(10分)
=(k2+2k+1)+(k+1)=(k+1)2+(k+1)…(12分)
就是说,当n=k+1 时等式成立…(13分)
根据(1)(2)知,存在,使得任意n∈N*等式都成立…(15分)
解析
解:取n=1和2,得解得
,…(4分)
即2+4+6+…+(2n)=n2+n.
以下用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,已证.…(6分)
(2)假设当n=k,k∈N*时等式成立即2+4+6+…+(2k)=k2+k …(8分)
那么,当n=k+1 时有2+4+6+…+(2k)+(2k+2)=k2+k+(2k+2)…(10分)
=(k2+2k+1)+(k+1)=(k+1)2+(k+1)…(12分)
就是说,当n=k+1 时等式成立…(13分)
根据(1)(2)知,存在,使得任意n∈N*等式都成立…(15分)
用数学归纳法证明3k≥n3(n≥3,n∈N)第一步应验证( )
正确答案
解析
解:根据数学归纳法的步骤,首先要验证当n取第一个值时命题成立;
∵n≥3,n∈N
∴第一步应验证n=3.
故选:C.
已知数列,
,
,…,
的前n项和为Sn.
(1)计算S1,S2,S3,S4,根据计算结果,猜想Sn的表达式,并用数学归纳法进行证明;
(2)试用其它方法求Sn.
正确答案
解:(1)因为 ;
;
;
.
可以看出,上面表示四个结果的分数中,分子与项数n一致,分母可用项数n表示为3n+1.于是猜想.…(6分)
下面用数学归纳法证明这个猜想.
ⅰ当n=1时,左边=,右边=
,猜想成立.
ⅱ假设n=k(k∈N*)时,猜想成立,即,
那么=
=
=
.
所以当n=k+1时,猜想也成立.
根据ⅰ和ⅱ,可知猜想对任何n∈N*时都成立.…(12分)
(2)=
=…(16分)
解析
解:(1)因为 ;
;
;
.
可以看出,上面表示四个结果的分数中,分子与项数n一致,分母可用项数n表示为3n+1.于是猜想.…(6分)
下面用数学归纳法证明这个猜想.
ⅰ当n=1时,左边=,右边=
,猜想成立.
ⅱ假设n=k(k∈N*)时,猜想成立,即,
那么=
=
=
.
所以当n=k+1时,猜想也成立.
根据ⅰ和ⅱ,可知猜想对任何n∈N*时都成立.…(12分)
(2)=
=…(16分)
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