- 数学归纳法
- 共1204题
已知数列{an}满足an>0,其前n项和Sn=(an+1)(an+2),n∈N*.
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)设bn=log2(1+),并记Tn为数列{bn}的前n项和,求证:3Tn>log2(
),n∈N*.
正确答案
(I)解:∵Sn=(an+1)(an+2),n∈N*.即6Sn=
,
∴当n=1时,6a1=+3a1+2,解得a1=1或2.
当n≥2时,,
∴6an=-3an-1,化为(an+an-1)(an-an-1-3)=0,
∵∀n∈N*,an>0,∴an-an-1=3,
∴数列{an}是等差数列,公差为3,首项为1或2.
∴an=1+3(n-1)=3n-2,或an=2+3(n-1)=3n-1.
(II)证明:当an=3n-2,bn=log2(1+)=
,
数列{bn}的前n项和Tn=+
+…+
=
,
要证明3Tn>log2(),n∈N*.
即证明Tn.
即证明•…•
>
.
下面利用数学归纳法证明:
(i)当n=1时,左边=1+1=2,右边=,左边>右边,不等式成立.
(ii)假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即•…•
>
.
则当n=k+1时,需要证明:×
>
,
即证明:>
成立,
即,即证明(3k+2)3>(3k+1)2(3k+4),
而(3k+2)3-(3k+1)2(3k+4)=9n+8>0,
因此逆推可知:×
>
,也就是当n=k+1时不等式成立.
综上可得:3Tn>log2(),n∈N*.
当an=3n-1,同理可证.
解析
(I)解:∵Sn=(an+1)(an+2),n∈N*.即6Sn=
,
∴当n=1时,6a1=+3a1+2,解得a1=1或2.
当n≥2时,,
∴6an=-3an-1,化为(an+an-1)(an-an-1-3)=0,
∵∀n∈N*,an>0,∴an-an-1=3,
∴数列{an}是等差数列,公差为3,首项为1或2.
∴an=1+3(n-1)=3n-2,或an=2+3(n-1)=3n-1.
(II)证明:当an=3n-2,bn=log2(1+)=
,
数列{bn}的前n项和Tn=+
+…+
=
,
要证明3Tn>log2(),n∈N*.
即证明Tn.
即证明•…•
>
.
下面利用数学归纳法证明:
(i)当n=1时,左边=1+1=2,右边=,左边>右边,不等式成立.
(ii)假设当n=k(k∈N*)时,不等式成立,即•…•
>
.
则当n=k+1时,需要证明:×
>
,
即证明:>
成立,
即,即证明(3k+2)3>(3k+1)2(3k+4),
而(3k+2)3-(3k+1)2(3k+4)=9n+8>0,
因此逆推可知:×
>
,也就是当n=k+1时不等式成立.
综上可得:3Tn>log2(),n∈N*.
当an=3n-1,同理可证.
数列{an}满足.
(Ⅰ)求a2,a3;
(Ⅱ) 求证:a1+a2+…+an=;
(Ⅲ)求证:.
正确答案
(Ⅰ)解:∵数列{an}满足.
∴,
…(2分)
(Ⅱ)证明:由知
,
. (1)
所以 ,
即 . …(5分)
从而 a1+a2+…+an==
. …(7分)
(Ⅲ) 证明:等价于
证明,
即 . (2)…(8分)
当n=1时,,
,
即n=1时,(2)成立.
设n=k(k≥1)时,(2)成立,即 .
当n=k+1时,由(1)知; …(11分)
又由(1)及知
均为整数,
从而由 有
即
,
所以 ,
即(2)对n=k+1也成立.
所以(2)对n≥1的正整数都成立,
即对n≥1的正整数都成立. …(13分)
注:不同解法请教师参照评标酌情给分.
解析
(Ⅰ)解:∵数列{an}满足.
∴,
…(2分)
(Ⅱ)证明:由知
,
. (1)
所以 ,
即 . …(5分)
从而 a1+a2+…+an==
. …(7分)
(Ⅲ) 证明:等价于
证明,
即 . (2)…(8分)
当n=1时,,
,
即n=1时,(2)成立.
设n=k(k≥1)时,(2)成立,即 .
当n=k+1时,由(1)知; …(11分)
又由(1)及知
均为整数,
从而由 有
即
,
所以 ,
即(2)对n=k+1也成立.
所以(2)对n≥1的正整数都成立,
即对n≥1的正整数都成立. …(13分)
注:不同解法请教师参照评标酌情给分.
观察下列算式:
1=12
1+3=4=22
1+3+5=9=32
1+3+5+7=16=42
1+3+5+7+9=25=52
…
对任意正整数n,你能得出怎样的结论?用数学归纳法证明你的结论.
正确答案
解:(1)观察算式:
1=12
1+3=4=22
1+3+5=9=32
1+3+5+7=16=42
1+3+5+7+9=25=52
…
可得1+3+5+…+(2n-1)=n2.
证明:①n=1时,左式=右式=1,等式成立.
②假设n=k时,等式成立,即1+3+5+…+(2k-1)=k2,
则当n=k+1时,
1+3+5+…+(2k-1)+(2k+1)=k2+2k+1=(k+1)2
这就是说n=k+1时,等式成立.
根据①,②,等式对任意的n∈N*均成立.
解析
解:(1)观察算式:
1=12
1+3=4=22
1+3+5=9=32
1+3+5+7=16=42
1+3+5+7+9=25=52
…
可得1+3+5+…+(2n-1)=n2.
证明:①n=1时,左式=右式=1,等式成立.
②假设n=k时,等式成立,即1+3+5+…+(2k-1)=k2,
则当n=k+1时,
1+3+5+…+(2k-1)+(2k+1)=k2+2k+1=(k+1)2
这就是说n=k+1时,等式成立.
根据①,②,等式对任意的n∈N*均成立.
数学归纳法证明(n+1)(n+2)…(n+n)=2n•1•3…(2n-1)(n∈N)时,证明从n=k到n=k+1的过程中,相当于在假设成立的那个式子两边同乘以( )
正确答案
解析
解:n=k时,左边=(k+1)(k+2)…(k+k),
n=k+1时,左边=(k+2)…(k+k)(k+k+1)(k+k+2),
∴证明从n=k到n=k+1的过程中,相当于在假设成立的那个式子两边同乘以.
故选:D.
已知f1(x)=x+1,且fn(x)=f1[fn-1(x)],(n≥2,n∈N+)
(1)求f2(x),f3(x)的表达式,猜想fn(x)的表达式,并用数学归纳法证明;
(2)若关于x的函数在区间(-∞,-1]上的最小值为12,求n.
正确答案
(1)解:f2(x)=f1[f1(x)]=x+2,f3(x)=f1[f2(x)]=x+3,
猜想fn(x)=x+n
证明:①当n=1时,f1(x)=x+1,成立;
②假设n=k时成立,即fk(x)=x+k,则n=k+1时,fk+1(x)=f1[fk(x)]=x+k+1
∴n=k+1时,结论成立
由①②可知fn(x)=x+n;
(2)解:∵fn(x)=x+n
∴f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=nx+
∴g(x)=x2+f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=x2+nx+=(
)2+
①当->-1,即n<2时,函数在(-∞,-1]上为减函数,∴x=-1时,g(x)min=
=12,方程无正整数解舍去;
②当-≤-1,即n≥2时,x=-
时,g(x)min=
=12,∴n=6或n=-8(舍去)
综上,n=6.
解析
(1)解:f2(x)=f1[f1(x)]=x+2,f3(x)=f1[f2(x)]=x+3,
猜想fn(x)=x+n
证明:①当n=1时,f1(x)=x+1,成立;
②假设n=k时成立,即fk(x)=x+k,则n=k+1时,fk+1(x)=f1[fk(x)]=x+k+1
∴n=k+1时,结论成立
由①②可知fn(x)=x+n;
(2)解:∵fn(x)=x+n
∴f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=nx+
∴g(x)=x2+f1(x)+f2(x)+…+fn(x)=x2+nx+=(
)2+
①当->-1,即n<2时,函数在(-∞,-1]上为减函数,∴x=-1时,g(x)min=
=12,方程无正整数解舍去;
②当-≤-1,即n≥2时,x=-
时,g(x)min=
=12,∴n=6或n=-8(舍去)
综上,n=6.
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