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训练十一 数学归纳法
[对应素能提升训练第21页]
1.(河南南阳开学考试)观察下列式子:1+<,1++<,1+++<,…则可归纳出1+++…+(n∈N*)小于( )
A. B.
C. D.
解析 由已知式子可知所猜测的分式的分母为n+1,分子为分母的2倍再减1,即2n+1,
∴可归纳得1+++…+<.故选C.
答案 C
2.已知f(n)=+++…+,则 ( )
A.f(n)中共有n项,当n=2时,f(2)=+
B.f(n)中共有n+1项,当n=2时,f(2)=++
C.f(n)中共有n2-n项,当n=2时,f(2)=+
D.f(n)中共有n2-n+1项,当n=2时,f(2)=++
解析 由f(n)可知,f(n)中共有n2-n+1项,且n=2时,f(2)=++.
答案 D
3.已知数列{an}的前n项和Sn=n2an(n≥2),而a1=1,通过计算a2,a3,a4,猜想an等于 ( )
A. B.
C. D.
解析 a2=,a3=,a4=,猜想an=.
答案 B
4.对于不等式<n+1(n∈N*),某学生的证明过程如下:
(1)当n=1时,<1+1,不等式成立.
(2)假设n=k(k∈N*)时,不等式成立,即<k+1,则n=k+1时,=<==(k+1)+1,
∴当n=k+1时,不等式成立,上述证法 ( )
A.过程全都正确
B.n=1验证不正确
C.归纳假设不正确
D.从n=k到n=k+1的推理不正确
解析 n=1的验证及归纳假设都正确,但从n=k到n=k+1的推理中没有使用归纳假设,而通过不等式的放缩法直接证明,不符合数学归纳法的证题要求.故选D.
答案 D
5.设f(n)=1+++…+(n∈N*),那么f(n+1)-f(n)等于 .
解析 f(n+1)-f(n)=++.
答案 ++
6.用数学归纳法证明“当n∈N*时,求证:1+2+22+23+…+25n-1是31的倍数”时,当n=1时,原式为 ,从n=k到n=k+1时需增添的项是 .
解析 当n=1时,原式应加到25×1-1=24,所以原式为1+2+22+23+24,从n=k到n=k+1时需添25k+25k+1+…+25(k+1)-1.
答案 1+2+22+23+24 25k+25k+1+25k+2+25k+3+25k+4
7.用数学归纳法证明:11n+1+122n-1(n∈N*)能被133整除.
证明 ①当n=1时,11n+1+122n-1=112+12=133能被133整除,所以当n=1时结论成立.
②假设当n=k(k∈N*)时,11k+1+122k-1能被133整除,
那么当n=k+1时,
11k+2+122k+1=11k+1×11+122k-1×122
=11k+1×11+122k-1×11-122k-1×11+122k-1×122
=11×(11k+1+122k-1)+133×122k-1.
由假设可知11×(11k+1+122k-1)+133×122k-1能被133整除,即11k+2+122k+1能被133整除,
所以当n=k+1时结论也成立.
综上,11n+1+122n-1(n∈N*)能被133整除.
8.凸n边形有f(n)条对角线,则凸(n+1)边形对角线的条数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 增加一个顶点,就增加n+1-3条对角线,另外原来的一边也变成了对角线,故f(n+1)=f(n)+1+n+1-3=f(n)+n-1.故选C.
答案 C
9.(多选)已知一个命题p(k),k=2n(n∈N*),若当n=1,2,…,1 000时,p(k)成立,且当n=
1 001时也成立,则下列判断中正确的是 ( )
A.p(k)对k=528成立
B.p(k)对每一个自然数k都成立
C.p(k)对每一个正偶数k都成立
D.p(k)对某些偶数可能不成立
解析 由题意知p(k)对k=2,4,6,…,2 002成立,当k取其他值时不能确定p(k)是否成立,故选AD.
答案 AD
10.(四川广安二中高二期中)用数学归纳法证明++…+≥时,从n=k到n=k+1,不等式左边需添加的项是( )
A.++
B.++-
C.-
D.
解析 不等式左边需添加的项是[++…+]-(++…+)=++-.故选B.
答案 B
11.用数学归纳法证明:“两两相交且不共点的n条直线把平面分为f(n)部分,则f(n)=1+.”证明第二步归纳递推时,用到f(k+1)=f(k)+ .
解析 f(k)=1+,
f(k+1)=1+,
∴f(k+1)-f(k)
=-=k+1,
∴f(k+1)=f(k)+(k+1).
答案 k+1
12.(梧州高二阶段考)已知n为正偶数,用数学归纳法证明1-+-+…+-=2时,若已假设当n=k(k≥2,k为偶数)时等式成立,则还需要用归纳假设再证n= 时等式成立.
解析 假设当n=k(k≥2且k为偶数)时,等式成立,即1-+-+…+-=2成立.由于对所有正偶数等式都成立,则归纳递推时,应该是再证明取下一个偶数时,等式也成立.所以应证明当n=k+2时,等式也成立.故答案为k+2.
答案 k+2
13.设函数y=f(x)对任意实数x,y都有f(x+y)=f(x)+f(y)+2xy.
(1)求f(0)的值;
(2)若f(1)=1,求f(2),f(3),f(4)的值;
(3)在(2)的条件下,猜想f(n)(n∈N*)的表达式,并用数学归纳法加以证明.
解 (1)令x=y=0,得f(0+0)=f(0)+f(0)+2×0×0⇒f(0)=0.
(2)f(1)=1,f(2)=f(1+1)=1+1+2=4,
f(3)=f(2+1)=4+1+2×2×1=9,
f(4)=f(3+1)=9+1+2×3×1=16.
(3)猜想f(n)=n2,下面用数学归纳法证明.
当n=1时,f(1)=1满足条件.
假设当n=k(k∈N*)时成立,即f(k)=k2,则当n=k+1时,f(k+1)=f(k)+f(1)+2k=k2+1+2k=(k+1)2,从而可得当n=k+1时满足条件,所以对任意的正整数n,都有f(n)=n2.
14.观察下列各式:
13=12,
13+23=32,
13+23+33=62,
13+23+33+43=102,
……
总结出一般规律,并用数学归纳法证明你所得到的结论.
解 观察各式,可得一般规律:13+23+33+…+n3=.
用数学归纳法证明如下:
(1)当n=1时,左边=13=1,右边==1,等式成立;
(2)假设当n=k(k∈N*)时,等式成立,
即13+23+33+…+k3=,
那么当n=k+1时,
13+23+33+…+k3+(k+1)3=+(k+1)3
=(k+1)2+(k+1)(k+1)2=(k+1)2
==
=,
故当n=k+1时,等式也成立.
综上可知,等式对于一切正整数n都成立.
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