- 数学归纳法
- 共1204题
(2015春•天津期末)设数列{an}满足a1=2,an+1=an2-nan+1,n=1,2,3,…,
(1)求a2,a3,a4;
(2)猜想出{an}的一个通项公式并证明你的结论.
正确答案
解:(1)由a1=2,得a2=a12-a1+1=3
由a2=3,得a3=a22-2a2+1=4
由a3=4,得a4=a32-3a3+1=5
(1)用数学归纳法证明
①由a1=2=1+1知n=1时,an=n+1成立
设n=k(k属于正整数)时an=n+1成立,即ak=k+1
则当n=k+1时,因为an+1=an2-nan+1,
所以ak+1=ak2-k(k+1)+1=(k+1)2-k(k+1)+1=k2+2k+1-k2-k+1=k+2
综上,an=n+1成立
解析
解:(1)由a1=2,得a2=a12-a1+1=3
由a2=3,得a3=a22-2a2+1=4
由a3=4,得a4=a32-3a3+1=5
(1)用数学归纳法证明
①由a1=2=1+1知n=1时,an=n+1成立
设n=k(k属于正整数)时an=n+1成立,即ak=k+1
则当n=k+1时,因为an+1=an2-nan+1,
所以ak+1=ak2-k(k+1)+1=(k+1)2-k(k+1)+1=k2+2k+1-k2-k+1=k+2
综上,an=n+1成立
已知fn(x)=(1+2x)(1+22x)…(1+2nx)(n≥2,n∈N*).
(1)设fn(x)展开式中含x项的系数为an,求an.
(2)设fn(x)展开式中含x2项的系数为bn,求证:bn+1=bn+2n+1an.
(3)是否存在常数a,b,使bn=(2n-1-1)(2na+b)对一切n≥2且n∈N*恒成立?若不存在,说明理由;若存在,求出a,b的值,并给出证明.
正确答案
解:(1)根据多项式乘法的运算法则,fn(x)的展开式中x项的系数为an=2+22+23+…+2n=2n+1-2.
(2)用为an、bn分别是fn(x)的展开式中x项、x2项的系数,则可设fn(x)=1+anx+bnx2+…,则
fn+1(x)=fn(x)•(1+2n+1)=1+(an+2n+1)x+(bn+2n+1•an)x2+…,
∴bn+1=bn+2n+1an.
(3)假设存在a、b,使得bn=(2n-1-1)(2na+b)对一切n≥2且n∈N*恒成立,则
b2=(2-1)(22a+b),即4a+b=
b2.①
同理8a+b=b3.②
又由f2(x)=1+6x+8x2,得a2=6,b2=8.从而b3=56,
代入①、②得a=1,b=-1.
猜想:bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
证明如下:(i)n=2时,已经证明成立;
(ii)假设n=k时结论成立,即bk=(2k-1-1)(2k-1),
则n=k+1时,bk+1=bk+2k+1ak=(2k-1-1)(2k-1)+2k+1(2k+1-2)=
(2k-1)(2k+1-1),
∴n=k+1时,结论成立,
由(i)(ii)可得bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
解析
解:(1)根据多项式乘法的运算法则,fn(x)的展开式中x项的系数为an=2+22+23+…+2n=2n+1-2.
(2)用为an、bn分别是fn(x)的展开式中x项、x2项的系数,则可设fn(x)=1+anx+bnx2+…,则
fn+1(x)=fn(x)•(1+2n+1)=1+(an+2n+1)x+(bn+2n+1•an)x2+…,
∴bn+1=bn+2n+1an.
(3)假设存在a、b,使得bn=(2n-1-1)(2na+b)对一切n≥2且n∈N*恒成立,则
b2=(2-1)(22a+b),即4a+b=
b2.①
同理8a+b=b3.②
又由f2(x)=1+6x+8x2,得a2=6,b2=8.从而b3=56,
代入①、②得a=1,b=-1.
猜想:bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
证明如下:(i)n=2时,已经证明成立;
(ii)假设n=k时结论成立,即bk=(2k-1-1)(2k-1),
则n=k+1时,bk+1=bk+2k+1ak=(2k-1-1)(2k-1)+2k+1(2k+1-2)=
(2k-1)(2k+1-1),
∴n=k+1时,结论成立,
由(i)(ii)可得bn=(2n-1-1)(2n-1)(n≥2).
(2015秋•黄浦区期末)在数列{an}中,,且对任意n∈N*,都有
.
(1)计算a2,a3,a4,由此推测{an}的通项公式,并用数学归纳法证明;
(2)若,求无穷数列{bn}的各项之和与最大项.
正确答案
解:(1)∵,且对任意n∈N*,都有
.
∴a2==
,a3=
=
,a4=
=
.
由此推测{an}的通项公式,an=.
下面利用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1==
成立;
②假设当n=k∈N*时,ak=.
则n=k+1时,ak+1==
=
,
因此当n=k+1时也成立,
综上:∀n∈N*,an=成立.
(2),
∴bn=(-2)n=
+9
,
∴无穷数列{bn}的各项之和Tn=+
=
-
=
+
-
.
当n=2k(k∈N*)时,Tn=+
-
,Tn单调递减,因此当n=2时,取得最大值T2=
.
当n=2k-1(k∈N*)时,Tn=×
-
-
,Tn单调递增,且Tn<0.
综上可得:Tn的最大项为T2=.
解析
解:(1)∵,且对任意n∈N*,都有
.
∴a2==
,a3=
=
,a4=
=
.
由此推测{an}的通项公式,an=.
下面利用数学归纳法证明:
①当n=1时,a1==
成立;
②假设当n=k∈N*时,ak=.
则n=k+1时,ak+1==
=
,
因此当n=k+1时也成立,
综上:∀n∈N*,an=成立.
(2),
∴bn=(-2)n=
+9
,
∴无穷数列{bn}的各项之和Tn=+
=
-
=
+
-
.
当n=2k(k∈N*)时,Tn=+
-
,Tn单调递减,因此当n=2时,取得最大值T2=
.
当n=2k-1(k∈N*)时,Tn=×
-
-
,Tn单调递增,且Tn<0.
综上可得:Tn的最大项为T2=.
已知数列{an}前n项的和为Sn,且满足.
(Ⅰ)求s1、s2、s3的值;
(Ⅱ)用数学归纳法证明.
正确答案
解:(Ⅰ)∵an=n2,n∈N*
∴s1=a1=1,s2=a1+a2=1+4=5,s3=a1+a2+a3=1+4+9=14.…(6分)
(Ⅱ)证明:(1)当n=1时,左边=s1=1,
右边==1,
所以等式成立.…(8分)
(2)假设n=k(k∈N*)时结论成立,即Sk=,…(10分)
那么,Sk+1=Sk+(k+1)2
=+(k+1)2
=
=
=
即n=k+1时,等式也成立.…(13分)
根据(1)(2)可知对任意的正整数n∈N*都成立.…(14分)
解析
解:(Ⅰ)∵an=n2,n∈N*
∴s1=a1=1,s2=a1+a2=1+4=5,s3=a1+a2+a3=1+4+9=14.…(6分)
(Ⅱ)证明:(1)当n=1时,左边=s1=1,
右边==1,
所以等式成立.…(8分)
(2)假设n=k(k∈N*)时结论成立,即Sk=,…(10分)
那么,Sk+1=Sk+(k+1)2
=+(k+1)2
=
=
=
即n=k+1时,等式也成立.…(13分)
根据(1)(2)可知对任意的正整数n∈N*都成立.…(14分)
已知动圆与直线y=-3相切,并与定圆x2+y2=1相内切.
(Ⅰ)求动圆圆心P的轨迹C的方程.
(Ⅱ)过原点作斜率为1的直线交曲线C于p1(p1为第一象限点),又过P1作斜率为的直线交曲线C于P2,再过P2作斜率为
的直线交曲线C于P3…如此继续,一般地,过Pn作斜率为
的直线交曲线C于Pn+1,设Pn(xn,yn).
(i)令bn=x2n+1-x2n-1,求证:数列{bn}是等比数列;
(ii)数列{bn}的前n项和为Sn,试比较Sn+1与
大小.
正确答案
解:(Ⅰ)∵动圆与直线y=-3相切,并与定圆x2+y2=1相内切,
∴P到原点的距离等于P到直线y=-2的距离,由抛物线定义可知,P的轨迹是以原点为焦点,直线y=-2为准线的抛物线,其轨迹方程为x2=4(y+1);
(Ⅱ)(i)设Pn(xn,yn)、Pn+1(xn+1,yn+1)在抛物线上,故xn2=4(yn+1),①xn+12=4(yn+1+1)②,又因为直线PnPn+1的斜率为,可得xn+1+xn=
∴bn=x2n+1-x2n-1=(x2n+1+x2n)-(x2n+x2n-1)=-
=-
,
故数列{bn}是以-1为首项,以为公比的等比数列;
(ii)bn=-,∴Sn=-
(1-
),
∴Sn+1=
,
故只要比较4n与3n+10的大小.
4n=(1+3)n=1+•3+
•32+…+
>1+3n+
>1+3n+9=3n+10(n≥3),
当n=1时,Sn+1>
;
当n=2时,Sn+1=
;
当n≥3,n∈N*时,Sn+1<
.
解析
解:(Ⅰ)∵动圆与直线y=-3相切,并与定圆x2+y2=1相内切,
∴P到原点的距离等于P到直线y=-2的距离,由抛物线定义可知,P的轨迹是以原点为焦点,直线y=-2为准线的抛物线,其轨迹方程为x2=4(y+1);
(Ⅱ)(i)设Pn(xn,yn)、Pn+1(xn+1,yn+1)在抛物线上,故xn2=4(yn+1),①xn+12=4(yn+1+1)②,又因为直线PnPn+1的斜率为,可得xn+1+xn=
∴bn=x2n+1-x2n-1=(x2n+1+x2n)-(x2n+x2n-1)=-
=-
,
故数列{bn}是以-1为首项,以为公比的等比数列;
(ii)bn=-,∴Sn=-
(1-
),
∴Sn+1=
,
故只要比较4n与3n+10的大小.
4n=(1+3)n=1+•3+
•32+…+
>1+3n+
>1+3n+9=3n+10(n≥3),
当n=1时,Sn+1>
;
当n=2时,Sn+1=
;
当n≥3,n∈N*时,Sn+1<
.
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