- 数学归纳法
- 共1204题
已知函数,(a>0,且a≠1)
(Ⅰ)求函数的定义域,并证明在定义域上是奇函数;
(Ⅱ)对于x∈[2,4]恒成立,求m的取值范围;
(Ⅲ)当n≥2,且n∈N*时,试比较af(2)+f(3)+…+f(n)与2n-2的大小.
正确答案
解:(Ⅰ)由,解得x<-1或x>1,∴函数的定义域为(-∞,-1)∪(1,+∞).
当x∈(-∞,-1)∪(1,+∞)时,
∴在定义域上是奇函数.
(Ⅱ)由x∈[2,4]时,恒成立,
①当a>1时,∴对x∈[2,4]恒成立,
∴0<m<(x+1)(x-1)(7-x)在x∈[2,4]恒成立,设g(x)=(x+1)(x-1)(7-x),x∈[2,4],
则g(x)=-x3+7x2+x-7,,
∴当x∈[2,4]时,g‘(x)>0,∴y=g(x)在区间[2,4]上是增函数,g(x)min=g(2)=15,∴0<m<15.
②当0<a<1时,由x∈[2,4]时,恒成立,
∴对x∈[2,4]恒成立,∴m>(x+1)(x-1)(7-x)在x∈[2,4]恒成立.
设g(x)=(x+1)(x-1)(7-x),x∈[2,4],由①可知y=g(x)在区间[2,4]上是增函数,
g(x)max=g(4)=45,∴m>45.
(Ⅲ)∵=
,∴
当n=2时,,2n-2=2,∴af(2)+f(3)+…+f(n)>2n-2,
当n=3时,,2n-2=6,∴af(2)+f(3)+…+f(n)=2n-2,
当n≥4时,2n-2,下面证明:当n≥4时,
2n-2.
证明:当n≥4时,2n-2=Cn0+Cn1+Cn2+…+Cnn-1+Cnn-2=Cn1+Cn2+…+Cnn-1,
∴当n≥4时,2n-2.
解析
解:(Ⅰ)由,解得x<-1或x>1,∴函数的定义域为(-∞,-1)∪(1,+∞).
当x∈(-∞,-1)∪(1,+∞)时,
∴在定义域上是奇函数.
(Ⅱ)由x∈[2,4]时,恒成立,
①当a>1时,∴对x∈[2,4]恒成立,
∴0<m<(x+1)(x-1)(7-x)在x∈[2,4]恒成立,设g(x)=(x+1)(x-1)(7-x),x∈[2,4],
则g(x)=-x3+7x2+x-7,,
∴当x∈[2,4]时,g‘(x)>0,∴y=g(x)在区间[2,4]上是增函数,g(x)min=g(2)=15,∴0<m<15.
②当0<a<1时,由x∈[2,4]时,恒成立,
∴对x∈[2,4]恒成立,∴m>(x+1)(x-1)(7-x)在x∈[2,4]恒成立.
设g(x)=(x+1)(x-1)(7-x),x∈[2,4],由①可知y=g(x)在区间[2,4]上是增函数,
g(x)max=g(4)=45,∴m>45.
(Ⅲ)∵=
,∴
当n=2时,,2n-2=2,∴af(2)+f(3)+…+f(n)>2n-2,
当n=3时,,2n-2=6,∴af(2)+f(3)+…+f(n)=2n-2,
当n≥4时,2n-2,下面证明:当n≥4时,
2n-2.
证明:当n≥4时,2n-2=Cn0+Cn1+Cn2+…+Cnn-1+Cnn-2=Cn1+Cn2+…+Cnn-1,
∴当n≥4时,2n-2.
已知数列 {an},其中a2=6且 =n.
(1)求a1,a3,a4;
(2)求数列{an}的通项公式;
(3)求(
+
+…+
).
正确答案
解:(1)∵a2=6且 =n,
∴=1,
=2,
=3,..1′
解得a1=1,a3=15,a4=28,…3′
(2)由此猜想an=n(2n-1)…4′
下面用数学归纳法加以证明:
①当n=1时,a1=1×(2×1-1)=1,结论正确;
当n=2时,a2=2×(2×2-1)=6,结论正确;…5′
②假设n=k(k≥2)时结论正确,即ak=k(2k-1),
则当n=k+1时,
∵=k,
∴(k-1)ak+1=(k+1)ak-(k+1)
=(k+1)k(2k-1)-(k+1)
=(k+1)(2k2-k-1)
=(k+1)(2k+1)(k-1),
∵k-1≠0,
∴ak+1=(k+1)(2k+1)=(k+1)[2(k+1)-1],
即当n=k+1时,结论正确…7′
由①②可知,数列{an}的通项公式为:an=n(2n-1)…8′
(3)∵=
=
[
-
]…10′
∴(
+
+…+
)=
(1-
)=
…12′
解析
解:(1)∵a2=6且 =n,
∴=1,
=2,
=3,..1′
解得a1=1,a3=15,a4=28,…3′
(2)由此猜想an=n(2n-1)…4′
下面用数学归纳法加以证明:
①当n=1时,a1=1×(2×1-1)=1,结论正确;
当n=2时,a2=2×(2×2-1)=6,结论正确;…5′
②假设n=k(k≥2)时结论正确,即ak=k(2k-1),
则当n=k+1时,
∵=k,
∴(k-1)ak+1=(k+1)ak-(k+1)
=(k+1)k(2k-1)-(k+1)
=(k+1)(2k2-k-1)
=(k+1)(2k+1)(k-1),
∵k-1≠0,
∴ak+1=(k+1)(2k+1)=(k+1)[2(k+1)-1],
即当n=k+1时,结论正确…7′
由①②可知,数列{an}的通项公式为:an=n(2n-1)…8′
(3)∵=
=
[
-
]…10′
∴(
+
+…+
)=
(1-
)=
…12′
已知函数f(x)=.
(Ⅰ)求证:当x>1时,f(x)>1;
(Ⅱ)令an+1=f(an),a1=,求证:2nlnan≥1.
正确答案
证明:(Ⅰ)令g(x)=lnx-x+1,则g′(x)=
当0<x<1时,g′(x)>0,∴函数y=g(x)在0<x<1时为增函数,
∴0<x<1时,g(x)<g(1)=0,即lnx-x+1<0;
当x>1时,g′(x)<0,∴函数y=g(x)在x>1时为减函数,
∴x>1时,g(x)<g(1)=0,即lnx-x+1<0,
则当x>1时,0<lnx<x-1,∴>1,即f(x)>1; …(5分)
(Ⅱ)下面用数学归纳法证明2nlnan≥1
ⅰ)当n=1时,a1=,知
=1,∴n=1时,命题成立
ⅱ)假设n=k时,命题成立.即2klnak≥1
要证明n=k+1时,命题成立.即证明2k+1lnak+1≥1,只需证明ak+1≥
依题意知ak+1=,即证明:
≥
f′(x)=
x>1时,有0<<1,由(Ⅰ)可知ln
-
+1<0,
∴当x>1时,f′(x)>0,∴函数x>1时为增函数
由归纳假设2klnak≥1,即ak≥>1,
∴f(ak)≥f()=
…(1)
依题意知ak+1=f(ak),故又只需证明f()>
,
构造函数h(x)=ex-1-x,h′(x)=
(
-1-
)
>1,由(Ⅰ)知ln
-
+1<0,即
-1-
>0,∴h′(x)>0
∴函数y=h(x),x>0为增函数,∴h()>h(0)=0,
则f()=
>
…(2),
由(1)(2)及题意知ak+1≥,即2k+1lnak+1≥1
综合(ⅰ)ⅱ)知,有2nlnan≥1成立.
解析
证明:(Ⅰ)令g(x)=lnx-x+1,则g′(x)=
当0<x<1时,g′(x)>0,∴函数y=g(x)在0<x<1时为增函数,
∴0<x<1时,g(x)<g(1)=0,即lnx-x+1<0;
当x>1时,g′(x)<0,∴函数y=g(x)在x>1时为减函数,
∴x>1时,g(x)<g(1)=0,即lnx-x+1<0,
则当x>1时,0<lnx<x-1,∴>1,即f(x)>1; …(5分)
(Ⅱ)下面用数学归纳法证明2nlnan≥1
ⅰ)当n=1时,a1=,知
=1,∴n=1时,命题成立
ⅱ)假设n=k时,命题成立.即2klnak≥1
要证明n=k+1时,命题成立.即证明2k+1lnak+1≥1,只需证明ak+1≥
依题意知ak+1=,即证明:
≥
f′(x)=
x>1时,有0<<1,由(Ⅰ)可知ln
-
+1<0,
∴当x>1时,f′(x)>0,∴函数x>1时为增函数
由归纳假设2klnak≥1,即ak≥>1,
∴f(ak)≥f()=
…(1)
依题意知ak+1=f(ak),故又只需证明f()>
,
构造函数h(x)=ex-1-x,h′(x)=
(
-1-
)
>1,由(Ⅰ)知ln
-
+1<0,即
-1-
>0,∴h′(x)>0
∴函数y=h(x),x>0为增函数,∴h()>h(0)=0,
则f()=
>
…(2),
由(1)(2)及题意知ak+1≥,即2k+1lnak+1≥1
综合(ⅰ)ⅱ)知,有2nlnan≥1成立.
在数列{an}中,an=(n∈Nx),记bn=(1-a1)(1-a2)…(1-an)
(I)试求b1,b2,b3,b4的值;
(Ⅱ)根据(I)中的计算结果,猜想数列{bn}的通项公式并用数学归纳法进行证明.
正确答案
解:(1)∵an=(n∈Nx),bn=(1-a1)(1-a2)…(1-an),
∴b1=1-a1=1-=
,b2=
=
,
=
,
=
.
(2)由(1)的值归纳得:.
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,b1==
,等式成立.
②假设当n=k时等式成立,即.
当n=k+1时,bk+1=bk(1-ak+1)==
=
=
,
即当n+1时,等式也成立.
由①②知,对任何正整数n有得:成立.
解析
解:(1)∵an=(n∈Nx),bn=(1-a1)(1-a2)…(1-an),
∴b1=1-a1=1-=
,b2=
=
,
=
,
=
.
(2)由(1)的值归纳得:.
用数学归纳法证明如下:
①当n=1时,b1==
,等式成立.
②假设当n=k时等式成立,即.
当n=k+1时,bk+1=bk(1-ak+1)==
=
=
,
即当n+1时,等式也成立.
由①②知,对任何正整数n有得:成立.
已知数列{an},Tn为其前n项和,且Tn+an=1.
(1)求a1,a2,a3,并猜想{an}的通项公式;
(2)用数学归纳法证明.
正确答案
解:(1)∵T1+a1=1,T1=a1,
∴a1=;
又(a1+a2)+a2=1,
∴a2=1-a1=
,
∴a2==
;
同理可求,a3=;
∴猜想:an=;
(2)证明:①当n=1时,a1=,结论成立;
②假设n=k时,结论成立,即ak=,
则当n=k+1时,(a1+a2+…+ak+ak+1)+ak+1=1,
即Tk+ak+1=1,
∴ak+1=1-Tk;
∵数列{ak}是以为首项,
为公比的等比数列,
∴Tk==1-
,
∴ak+1=1-1+
,
∴ak+1=2•=
,
即n=k+1时,结论也成立;
综合①②知,对任意n∈N*,an=.
解析
解:(1)∵T1+a1=1,T1=a1,
∴a1=;
又(a1+a2)+a2=1,
∴a2=1-a1=
,
∴a2==
;
同理可求,a3=;
∴猜想:an=;
(2)证明:①当n=1时,a1=,结论成立;
②假设n=k时,结论成立,即ak=,
则当n=k+1时,(a1+a2+…+ak+ak+1)+ak+1=1,
即Tk+ak+1=1,
∴ak+1=1-Tk;
∵数列{ak}是以为首项,
为公比的等比数列,
∴Tk==1-
,
∴ak+1=1-1+
,
∴ak+1=2•=
,
即n=k+1时,结论也成立;
综合①②知,对任意n∈N*,an=.
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