- 数学归纳法
- 共1204题
设数列{an}满足an+1=2nan-an2+2,a1=1,n∈N*,求a2,a3,a4及an.
正确答案
解:∵an+1=2nan-an2+2,
∴a2=2a1-a12+2、2-1+2=3,
a3=4a2-a22+2=12-9+2=5,
a4=6a3-a32+2=30-25+2=7,
故猜想an=2n-1,
证明:当n=1,a1=2-1=1,命题成立,
若n=k,命题成立,即ak=2k-1,
则当n=k+1时,ak+1=2kak-ak2+2=2k(2k-1)-(2k-1)2+2=4k2-2k-4k2+4k-1+2=2k+1=2(k+1)-1,
故当n=k+1时,命题也成立,
综上对于n∈N•,an=2n-1成立.
解析
解:∵an+1=2nan-an2+2,
∴a2=2a1-a12+2、2-1+2=3,
a3=4a2-a22+2=12-9+2=5,
a4=6a3-a32+2=30-25+2=7,
故猜想an=2n-1,
证明:当n=1,a1=2-1=1,命题成立,
若n=k,命题成立,即ak=2k-1,
则当n=k+1时,ak+1=2kak-ak2+2=2k(2k-1)-(2k-1)2+2=4k2-2k-4k2+4k-1+2=2k+1=2(k+1)-1,
故当n=k+1时,命题也成立,
综上对于n∈N•,an=2n-1成立.
设n∈N*,0<x<1,f(n)=1-(1-xn)2,g(n)=[1-(1-x)2]n,试比较f(n)与g(n)的大小,并证明你的结论.
正确答案
证明:f(n)=(2-xn)xn,g(x)=xn(2-x)n(2分)
比较f(n)与g(n)的大小,即比较2-xn与(2-x)n的大小. (3分)
猜想:(2-x)n≥2-xn(当且仅当n=1时,等号成立) (5分)
下面用数学归纳法加以证明:
(1)当n=1时,显然(2-x)1≥2-x,成立,n=2时,左边=(2-x)2=4-4x+x2,右边=2-x2,
因为4-4x+x2-2+x2=2(1-2x+x2)=2(1-x)2>0,成立. (7分)
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N)时,猜想成立,即(2-x)k>2-xk(8分)
当n=k+1时,(2-x)k+1=(2-x)(2-x)k>(2-x)(2-xk)(注:0<x<1)
要证猜想成立,只需证明(2-x)(2-xk)>2-xk+1(11分)
即证xk+1-xk-x+1>0亦即(x-1)(xk-1)>0
由0<x<1易得上式成立,即n=k+1时,猜想成立. (13分)
综上(1)(2)可知,猜想成立. (14分)
(另证:令x=1-t,要证(2-x)n>2-xn,即证(1-t)n+(1+t)n>2,由二项式定理展开,易得证.酌情给分)
解析
证明:f(n)=(2-xn)xn,g(x)=xn(2-x)n(2分)
比较f(n)与g(n)的大小,即比较2-xn与(2-x)n的大小. (3分)
猜想:(2-x)n≥2-xn(当且仅当n=1时,等号成立) (5分)
下面用数学归纳法加以证明:
(1)当n=1时,显然(2-x)1≥2-x,成立,n=2时,左边=(2-x)2=4-4x+x2,右边=2-x2,
因为4-4x+x2-2+x2=2(1-2x+x2)=2(1-x)2>0,成立. (7分)
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N)时,猜想成立,即(2-x)k>2-xk(8分)
当n=k+1时,(2-x)k+1=(2-x)(2-x)k>(2-x)(2-xk)(注:0<x<1)
要证猜想成立,只需证明(2-x)(2-xk)>2-xk+1(11分)
即证xk+1-xk-x+1>0亦即(x-1)(xk-1)>0
由0<x<1易得上式成立,即n=k+1时,猜想成立. (13分)
综上(1)(2)可知,猜想成立. (14分)
(另证:令x=1-t,要证(2-x)n>2-xn,即证(1-t)n+(1+t)n>2,由二项式定理展开,易得证.酌情给分)
f(n)=1++…+
,当n≥2,n∈N*时n+f(1)+f(2)+…+f(n-1)=nf(n),请用数学归纳法给予证明.
正确答案
证明:1°、当n=2时,等式左边=2+f(1)=2+1=3
等式右边=2f(2)=2(1+)=3,∴原式成立;…(4分)
2°、假设n=k(k≥2)成立,即k+f(1)+f(2)+…+f(k-1)=kf(k)…(6分)
则当n=k+1时,
等式左边=(k+1)+f(1)+f(2)+…+f(k-1)+f(k)
=k+f(1)+f(2)+…+f(k-1)+f(k)=kf(k)+f(k)+1…(10分)
=(k+1)f(k)+1=(k+1)[f(k)+=(k+1)f(k+1)
即当n=k+1时,等式也成立.…(12分)
综上1°,2°可得当n≥2,n∈N*时,n+f(1)+f(2)+…+f(n-1)=nf(n)均成立…(14分)
解析
证明:1°、当n=2时,等式左边=2+f(1)=2+1=3
等式右边=2f(2)=2(1+)=3,∴原式成立;…(4分)
2°、假设n=k(k≥2)成立,即k+f(1)+f(2)+…+f(k-1)=kf(k)…(6分)
则当n=k+1时,
等式左边=(k+1)+f(1)+f(2)+…+f(k-1)+f(k)
=k+f(1)+f(2)+…+f(k-1)+f(k)=kf(k)+f(k)+1…(10分)
=(k+1)f(k)+1=(k+1)[f(k)+=(k+1)f(k+1)
即当n=k+1时,等式也成立.…(12分)
综上1°,2°可得当n≥2,n∈N*时,n+f(1)+f(2)+…+f(n-1)=nf(n)均成立…(14分)
设数列{an}的前n项和为Sn,且a1=,2Sn=SnSn-1+1(n≥2),求:
(1)S1,S2,S3;
(2)猜想数列{Sn}的通项公式,并用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)∵S1=a1=,2Sn=SnSn-1+1(n≥2),
∴2S2=S2S1+1=S2+1,
∴S2=;
∴2S3=S3S2+1=S3+1,
∴S3=;
(2)由S1=,S2=
,S3=
,可猜想Sn=
;
证明:①当n=1时,S1=,等式成立;
②假设n=k时,Sk=,
则n=k+1时,∵2Sk+1=Sk+1•Sk+1=•Sk+1+1,
∴(2-)Sk+1=1,
∴Sk+1==
,
即n=k+1时,等式也成立;
综合①②知,对任意n∈N*,均有Sn=.
解析
解:(1)∵S1=a1=,2Sn=SnSn-1+1(n≥2),
∴2S2=S2S1+1=S2+1,
∴S2=;
∴2S3=S3S2+1=S3+1,
∴S3=;
(2)由S1=,S2=
,S3=
,可猜想Sn=
;
证明:①当n=1时,S1=,等式成立;
②假设n=k时,Sk=,
则n=k+1时,∵2Sk+1=Sk+1•Sk+1=•Sk+1+1,
∴(2-)Sk+1=1,
∴Sk+1==
,
即n=k+1时,等式也成立;
综合①②知,对任意n∈N*,均有Sn=.
已知数列{an}的前n项和为Sn,且对任意正整数n都有2Sn=(n+2)an-1.
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)设,求
.
正确答案
解:(Ⅰ)法一:在2Sn=(n+2)an-1中,
令n=1,得2a1=3 a1-1,求得a1=1,
令n=2,得2(a1+a2)=4a2-1,求得a2=;
令n=3,得2(a1+a2+a3)=5 a3-1,求得a3=2;
令n=4,得2(a1+a2+a3+a4)=6 a4-1,求得a4=.
由此猜想:an=. …
下面用数学归纳法证明.
(1)当n=1时,a1==1,命题成立.
(2)假设当n=k时,命题成立,即ak=,且2Sk=(k+2)ak-1,则由2Sk+1=(k+3)ak+1-1及Sk+1=Sk+ak+1,得(k+3)ak+1-1=2Sk+2ak+1,即(k+3)ak+1-1=[(k+2)ak-1]+2ak+1.则ak+1=
=
,这说明当n=k+1时命题也成立.根据(1)、(2)可知,对一切n∈N*命题均成立. …(6分)
法二:在2Sn=(n+2)an-1中,令n=1,求得a1=1.
∵2Sn=(n+2)an-1,
∴2Sn-1=(n+1)an-1-1.
当n≥2时,两式相减得:2(Sn-Sn-1)=(n+2)an-(n+1)an-1,
即 2 an=(n+2)an-(n+1)an-1整理得,. …(3分)
∴an=•
•…•
•
•a1=
•
•…•
•
•1=
.
当n=1时,an=,满足上式,
∴an=.…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知an=,
则=
=2(
-
),
∴
=2[(-
)+(
-
)+(
-
)+…+(
-
)+(
-
)]
=2(+
-
-
).
∴=
.
解析
解:(Ⅰ)法一:在2Sn=(n+2)an-1中,
令n=1,得2a1=3 a1-1,求得a1=1,
令n=2,得2(a1+a2)=4a2-1,求得a2=;
令n=3,得2(a1+a2+a3)=5 a3-1,求得a3=2;
令n=4,得2(a1+a2+a3+a4)=6 a4-1,求得a4=.
由此猜想:an=. …
下面用数学归纳法证明.
(1)当n=1时,a1==1,命题成立.
(2)假设当n=k时,命题成立,即ak=,且2Sk=(k+2)ak-1,则由2Sk+1=(k+3)ak+1-1及Sk+1=Sk+ak+1,得(k+3)ak+1-1=2Sk+2ak+1,即(k+3)ak+1-1=[(k+2)ak-1]+2ak+1.则ak+1=
=
,这说明当n=k+1时命题也成立.根据(1)、(2)可知,对一切n∈N*命题均成立. …(6分)
法二:在2Sn=(n+2)an-1中,令n=1,求得a1=1.
∵2Sn=(n+2)an-1,
∴2Sn-1=(n+1)an-1-1.
当n≥2时,两式相减得:2(Sn-Sn-1)=(n+2)an-(n+1)an-1,
即 2 an=(n+2)an-(n+1)an-1整理得,. …(3分)
∴an=•
•…•
•
•a1=
•
•…•
•
•1=
.
当n=1时,an=,满足上式,
∴an=.…(6分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)知an=,
则=
=2(
-
),
∴
=2[(-
)+(
-
)+(
-
)+…+(
-
)+(
-
)]
=2(+
-
-
).
∴=
.
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