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- 2021-06-17 发布
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第四讲 数学归纳法证明不等式
达标检测
时间:120分钟 满分:150分
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.用数学归纳法证明“对任意x>0和正整数n,都有xn+xn-2+xn-4+…+++≥n+1”时,需要验证的使命题成立的最小正整数值n0应为( )
A.n0=1 B.n0=2
C.n0=1,2 D.以上答案均不正确
解析:当n0=1时,x+≥2成立,故选A.
答案:A
2.从一楼到二楼的楼梯共有n级台阶,每步只能跨上1级或2级,走完这n级台阶共有f(n)种走法,则下面的猜想正确的是( )
A.f(n)=f(n-1)+f(n-2)(n≥3)
B.f(n)=2f(n-1)(n≥2)
C.f(n)=2f(n-1)-1(n≥2)
D. f(n)=f(n-1) f(n-2)(n≥3)
解析:分别取n=1,2,3,4验证,得f(n)=
答案:A
3.设凸n边形有f(n)条对角线,则凸n+1边形的对角形的条数f(n+1)为( )
A.f(n)+n+1 B.f(n)+n
C.f(n)+n-1 D.f(n)+n-2
解析:凸n+1边形的对角线的条数等于凸n边形的对角线的条数,加上多的那个点向其他点引的对角线的条数(n-2)条,再加上原来有一边成为对角线,共有f(n)+n-1条对角线,故选C.
答案:C
4.用数学归纳法证明“n3+(n+1)3+(n+2)3,n∈N+能被9整除”,利用归纳假设证n=k+1,只需展开( )
A.(k+3)3 B.(k+2)3
C.(k+1)3 D.(k+1)3+(k+2)3
解析:n=k时,式子为k3+(k+1)3+(k+2)3,
n=k+1时,式子为(k+1)3+(k+2)3+(k+3)3,
8
故只需展开(k+3)3.
答案:A
5.下列说法中正确的是( )
A.若一个命题当n=1,2时为真,则此命题为真命题
B.若一个命题当n=k时成立且推得n=k+1时也成立,则这个命题为真命题
C.若一个命题当n=1,2时为真,则当n=3时这个命题也为真
D.若一个命题当n=1时为真,n=k时为真能推得n=k+1时亦为真,则此命题为真命题
解析:由完全归纳法可知,只有当n的初始取值成立且由n=k成立能推得n=k+1时也成立时,才可以证明结论正确,二者缺一不可.A,B,C项均不全面.
答案:D
6.平面内原有k条直线,它们的交点个数记为f(k),则增加一条直线l后,它们的交点个数最多为( )
A.f(k)+1 B.f(k)+k
C.f(k)+k+1 D.k·f(k)
解析:第k+1条直线与前k条直线都相交且有不同交点时,交点个数最多,此时应比原先增加k个交点.
答案:B
7.用数学归纳法证明34n+1+52n+1(n∈N+)能被8整除时,若n=k时,命题成立,欲证当n=k+1时命题成立,对于34(k+1)+1+52(k+1)+1可变形为( )
A.56×34k+1+25(34k+1+52k+1)
B.34×34k+1+52×52k
C.34k+1+52k+1
D.25(34k+1+52k+1)
解析:由34(k+1)+1+52(k+1)+1=81×34k+1+25×52k+1+25×34k+1-25×34k+1
=56×34k+1+25(34k+1+52k+1).
答案:A
8.数列{an}的前n项和Sn=n2·an(n≥2),而a1=1通过计算a2,a3,a4,猜想an等于( )
A. B.
C. D.
解析:由a2=S2-S1=4a2-1得a2==
由a3=S3-S2=9a3-4a2得a3=a2==.
8
由a4=S4-S3=16a4-9a3得a4=a3==,猜想an=.
答案:B
9.用数学归纳法证明(n+1)(n+2)…(n+n)=2n×1×3×…×(2n-1)(n∈N+)时,从k到k+1,左边需要增加的代数式为( )
A.2k+1 B.2(2k+1)
C. D.
解析:当n=k时左边的最后一项是2k,n=k+1时左边的最后一项是2k+2,
而左边各项都是连续的,所以n=k+1时比n=k时左边少了(k+1),而多了
(2k+1)·(2k+2).因此增加的代数式是=2(2k+1).
答案:B
10.把正整数按如图所示的规律排序,则从2 018到2 020的箭头方向依次为( )
A.↓→ B.→↓
C.↑→ D.→↑
解析:由2 018=4×504+2,而an=4n是每一个下边不封闭的正方形左上顶点的数,故应选D.
答案:D
11.用数学归纳法证明1+2+3+…+n2=,则当n=k+1时左端应
在n=k的基础上加上( )
A.k2
B.(k+1)2
C.
D.(k2+1)+(k2+2)+…+(k+1)2
解析:∵当n=k时,左端=1+2+3+…+k2,
当n=k+1时,左端=1+2+3+…+k2+(k2+1)+(k2+2)+…+(k+1)2.
故当n=k+1时,左端应在n=k的基础上加上(k2+1)+(k2+2)+…+(k+1)2,故应选D.
答案:D
12.若k棱柱有f(k)个对角面,则k+1棱柱的对角面的个数为( )
A.2f(k) B.f(k)+k-1
C.f(k)+k D.f(k)+2
8
解析:如图所示是k+1棱柱的一个横截面,显然从k棱柱到k+1棱柱,增加了从Ak+1发出的对角线k-2条,即相应对角面k-2个,以及A1Ak棱变为对角线(变为相应的对角面).故
f(k+1)=f(k)+(k-2)+1=f(k)+k-1.
答案:B
二、填空题(本大题共4小题,每小题4分,共16分,把答案填在题中的横线上)
13.已知n为正偶数,用数学归纳法证明1-+-+…+=2时,若已假设n=k(k≥2为偶数)时命题为真,则还需要用归纳假设再证n=________时等式成立.
解析:∵n=k为偶数,∴下一个偶数为n=k+2.
答案:k+2
14.在数列{an}中,a1=1,且Sn,Sn+1,2S1成等差数列,则S2,S3,S4分别为________,猜想Sn=________.
解析:S1=1,2Sn+1=Sn+2S1.
当n=1时,2S2=S1+2=3,S2=;
当n=2时,2S3=S2+2,S3=;
当n=3时,2S4=S3+2,S4=.
猜想Sn=.
答案:、、
15.设f(n)=…,用数学归纳法证明f(n)≥3.在“假设n=k时成立”后,f(k+1)与f(k)的关系是f(k+1)=f(k)·________.
解析:当n=k时,
f(k)=…;
当n=k+1时,f(k+1)
=…,
所以应乘·.
8
答案:·
16. 有以下四个命题:
(1)2n>2n+1(n≥3).
(2)2+4+6+…+2n=n2+n+2(n≥1).
(3)凸n边形内角和为f(n)=(n-1)π(n≥3).
(4)凸n边形对角线条数f(n)=(n≥4).
其中满足“假设n=k(k∈N+,k≥n0)时命题成立,则当n=k+1时命题也成立.”但不满足“当n=n0(n0是题中给定的n的初始值)时命题成立”的命题序号是________.
解析:当n取第一个值时经验证(2),(3),(4)均不成立,(1)不符合题意,对于(4)假设n=k(k∈N+,k≥n0)时命题成立,则当n=k+1时命题不成立.所以(2)(3)正确.
答案:(2)(3)
三、解答题(本大题共有6小题,共74分,解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)
17.(12分)用数学归纳法证明对于整数n≥0,An=11n+2+122n+1能被133整除.
证明:(1)当n=0时,A0=112+12=133能被133整除.
(2)假设n=k时,Ak=11k+2+122k+1能被133整除.
当n=k+1时,
Ak+1=11k+3+122k+3=11·11k+2+122·122k+1
=11·11k+2+11·122k+1+(122-11)·122k+1.
=11·(11k+2+122k+1)+133·122k+1.
∴n=k+1时,命题也成立.
根据(1)(2),对于任意整数n≥0,命题都成立.
18.(12分)设{xn}是由x1=2,xn+1=+(n∈N+)定义的数列,求证:xn<+.
证明:(1)当n=1时,x1=2<+1,不等式成立.
(2)假设当n=k(k≥1)时,不等式成立,即xk<+,那么,当n=k+1时,xk+1=+.
由归纳假设,xk<+,则<+,
>.∵xk>,∴<.
∴xk+1=+<++=+≤+.
即xk+1<+.
8
∴当n=k+1时,不等式xn<+成立.
综上,得xn<+(n∈N+).
19.(12分)证明:tan α·tan 2α+tan 2α·tan 3α+…+tan(n-1)α·tan nα=
-n(n≥2,n∈N+).
证明:(1)当n=2时,左边=tan α·tan 2α,
右边=-2=·-2
=-2
===tan α·tan 2α=左边,等式成立.
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N+)时等式成立,即
tan α·tan 2α+tan 2α·tan 3α+…+tan(k-1)α·tan kα=-k.
当n=k+1时,
tan α·tan 2α+tan 2α·tan 3α+…+tan(k-1)α·tan kα+tan kα·tan(k+1)α
=-k+tan kα·tan(k+1)α
=-k
=[1+tan(k+1)α·tan α]-k
=[tan(k+1)α-tan α]-k
=-(k+1),
所以当n=k+1时,等式也成立.
由(1)和(2)知,当n≥2,n∈N+时等式恒成立.
20.(12分)数列{an}满足Sn=2n-an(n∈N+).
(1)计算a1,a2,a3,a4,并由此猜想通项公式an;
(2)用数学归纳法证明(1)中的猜想.
解析:(1)当n=1时,a1=S1=2-a1,∴a1=1.
当n=2时,a1+a2=S2=2×2-a2,∴a2=.
当n=3时,a1+a2+a3=S3=2×3-a3,∴a3=.
8
当n=4时,a1+a2+a3+a4=S4=2×4-a4,
∴a4=.
由此猜想an=(n∈N+).
(2)证明:当n=1时,a1=1,结论成立.
假设n=k(k≥1且k∈N*)时,结论成立,即ak=,
那么n=k+1(k≥1且k∈N+)时,
ak+1=Sk+1-Sk=2(k+1)-ak+1-2k+ak=2+ak-ak+1.
∴2ak+1=2+ak,∴ak+1===.
这表明n=k+1时,结论成立,
所以an=(n∈N+).
21.(13分)在平面内有n条直线,每两条直线都相交,任何三条直线不共点,求证:这n条直线分平面为个部分.
证明:(1)当n=1时,一条直线把平面分成两部分,而f(1)==2,所以命题成立.
(2)假设当n=k(k≥1)时命题成立,即k条直线把平面分成f(k)=个部分.
则当n=k+1时,即增加一条直线l,因为任何两条直线都相交,所以l与k条直线都相交,有k个交点;又因为任何三条直线不共点,所以这k个交点不同于k条直线的交点,且k个交点也互不相同,如此k个交点把直线l分成k+1段,每一段把它所在的平面区域分为两部分,故新增加了k+1个平面部分.
所以f(k+1)=f(k)+k+1=+k+1==.
所以当n=k+1时命题也成立.
由(1)(2)可知当n∈N+时,命题成立,
即平面上通过同一点的n条直线分平面为个部分.
22.(13分)设x1>0,x1≠1,且xn+1=,n∈N+.用数学归纳法证明:如果00.
由(1)、(2)知n∈N+时命题都成立.
xn-xn+1=xn-
=
=<0,于是xn
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