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課時(shí)分層作業(yè)(十六) 數(shù)學(xué)歸納法
(建議用時(shí):40分鐘)
[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]
一、選擇題
1.用數(shù)學(xué)歸納法證明3n≥n3(n≥3,n∈N*),第一步驗(yàn)證( )
A.n=1 B.n=2
C.n=3 D.n=4
C [由題知,n的最小值為3,所以第一步驗(yàn)證n=3是否成立.]
2.設(shè)Sk=+++…+,則Sk+1為( )
A.Sk+ B.Sk++
C.Sk+- D.Sk+-
C [因式子右邊各分?jǐn)?shù)的分母是連續(xù)正整數(shù),則由Sk=++…+,①
得Sk+1=++…+++.②
由②-①,得Sk+1-Sk=+-
=-.
故Sk+1=Sk+-.]
3.利用數(shù)學(xué)歸納法證明不等式1+++…+<n(n≥2,n∈N*)的過(guò)程中,由n=k變到n=k+1時(shí),左邊增加了( )
【導(dǎo)學(xué)號(hào):31062168】
A.1項(xiàng) B.k項(xiàng)
C.2k-1項(xiàng) D.2k項(xiàng)
D [當(dāng)n=k時(shí),不等式左邊的最后一項(xiàng)為,而當(dāng)n=k+1時(shí),最后一項(xiàng)為=,并且不等式左邊和分母的變化規(guī)律是每一項(xiàng)比前一項(xiàng)加1,故增加了2k項(xiàng).]
4.對(duì)于不等式≤n+1(n∈N+),某學(xué)生的證明過(guò)程如下:
(1)當(dāng)n=1時(shí),≤1+1,不等式成立.
(2)假設(shè)n=k(k∈N*)時(shí),不等式成立,即
2的自然數(shù)n都成立
B.該命題對(duì)于所有的正偶數(shù)都成立
C.該命題何時(shí)成立與k取值無(wú)關(guān)
D.以上答案都不對(duì)
B [由n=k時(shí)命題成立可以推出n=k+2時(shí)命題也成立.且n=2,故對(duì)所有的正偶數(shù)都成立.]
二、填空題
6.用數(shù)學(xué)歸納法證明“2n+1≥n2+n+2(n∈N*)”時(shí),第一步的驗(yàn)證為_(kāi)_______.
[解析] 當(dāng)n=1時(shí),左≥右,不等式成立,
∵n∈N*,
∴第一步的驗(yàn)證為n=1的情形.
[答案] 當(dāng)n=1時(shí),左邊=4,右邊=4,左≥右,不等式成立
7.用數(shù)學(xué)歸納法證明(1+1)(2+2)(3+3)…(n+n)=2n-1(n2+n)時(shí),從n=k到n=k+1左邊需要添加的因式是________.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):31062170】
[解析] 當(dāng)n=k時(shí),左端為:(1+1)(2+2)…(k+k),
當(dāng)n=k+1時(shí),
左端為:(1+1)(2+2)…(k+k)(k+1+k+1),
由k到k+1需添加的因式為:(2k+2).
[答案] 2k+2
8.?dāng)?shù)列{an}中,已知a1=2,an+1=(n∈N*),依次計(jì)算出a2,a3,a4后,歸納、猜測(cè)得出an的表達(dá)式為_(kāi)_______.
[解析] a1=2,a2=,a3=,a4=,猜測(cè)an=.
[答案] an=
三、解答題
9.(1)用數(shù)學(xué)歸納法證明:
12-22+32-42+…+(-1)n-1n2=(-1)n-1(n∈N*).
(2)求證:12-22+32-42+…+(2n-1)2-(2n)2=-n(2n+1)(n∈N*).
[解] (1)①當(dāng)n=1時(shí),左邊=12=1,
右邊=(-1)0=1,
左邊=右邊,等式成立.
②假設(shè)n=k(k∈N*)時(shí),等式成立,即
12-22+32-42+…+(-1)k-1k2
=(-1)k-1.
則當(dāng)n=k+1時(shí),
12-22+32-42+…+(-1)k-1k2+(-1)k(k+1)2
=(-1)k-1+(-1)k(k+1)2
=(-1)k(k+1)
=(-1)k.
∴當(dāng)n=k+1時(shí),等式也成立,
根據(jù)①、②可知,對(duì)于任何n∈N*等式成立.
(2)①n=1時(shí),左邊=12-22=-3,右邊=-3,等式成立.
②假設(shè)n=k時(shí),等式成立,即12-22+32-42+…+(2k-1)2-(2k)2=-k(2k+1)2.
當(dāng)n=k+1時(shí),12-22+32-42+…+(2k-1)2-(2k)2+(2k+1)2-(2k+2)2=-k(2k+1)+(2k+1)2-(2k+2)2=-k(2k+1)-(4k+3)=-(2k2+5k+3)=-(k+1)[2(k+1)+1],所以n=k+1時(shí),等式也成立.
由①②得,等式對(duì)任何n∈N*都成立.
10.已知{fn(x)}滿足f1(x)=(x>0),fn+1(x)=f1(fn(x)).
(1)求f2(x),f3(x),并猜想fn(x)的表達(dá)式;
(2)用數(shù)學(xué)歸納法證明對(duì)fn(x)的猜想.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):31062171】
[解] (1)f2(x)=f1[f1(x)]==,
f3(x)=f1[f2(x)]==
猜想:fn(x)=,(n∈N*)
(2)下面用數(shù)學(xué)歸納法證明 ,fn(x)=(n∈N*)
①當(dāng)n=1時(shí),f1(x)=,顯然成立;
②假設(shè)當(dāng)n=k(k∈N*)時(shí),猜想成立,即fk(x)=,
則當(dāng)n=k+1時(shí),fk+1=f1[fk(x)]==,
即對(duì)n=k+1時(shí),猜想也成立;
結(jié)合①②可知,猜想fn(x)=對(duì)一切n∈N*都成立.
[能力提升練]
1.利用數(shù)學(xué)歸納法證明+++…+<1(n∈N*,且n≥2)時(shí),第二步由k到k+1時(shí)不等式左端的變化是( )
A.增加了這一項(xiàng)
B.增加了和兩項(xiàng)
C.增加了和兩項(xiàng),同時(shí)減少了這一項(xiàng)
D.以上都不對(duì)
C [不等式左端共有n+1項(xiàng),且分母是首項(xiàng)為n,公差為1,末項(xiàng)為2n的等差數(shù)列,當(dāng)n=k時(shí),左端為+++…+;當(dāng)n=k+1時(shí),左端為+++…+++,對(duì)比兩式,可得結(jié)論.]
2.某命題與自然數(shù)有關(guān),如果當(dāng)n=k(k∈N*)時(shí)該命題成立,則可推得n=k+1時(shí)該命題也成立,現(xiàn)已知當(dāng)n=5時(shí)該命題不成立,則可推得( )
【導(dǎo)學(xué)號(hào):31062172】
A.當(dāng)n=6時(shí),該命題不成立
B.當(dāng)n=6時(shí),該命題成立
C.當(dāng)n=4時(shí),該命題不成立
D.當(dāng)n=4時(shí),該命題成立
C [若n=4時(shí),該命題成立,由條件可推得n=5命題成立.
它的逆否命題為:若n=5不成立,則n=4時(shí)該命題也不成立.]
3.記凸k邊形的內(nèi)角和為f(k),則凸k+1邊形的內(nèi)角和f(k+1)=f(k)+________.
[解析] 由凸k邊形變?yōu)橥筴+1邊形時(shí),增加了一個(gè)三角形圖形,
故f(k+1)=f(k)+π.
[答案] π
4.對(duì)任意n∈N*,34n+2+a2n+1都能被14整除,則最小的自然數(shù)a=________.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):31062173】
[解析] 當(dāng)n=1時(shí),36+a3能被14整除的數(shù)為a=3或5;當(dāng)a=3且n=2時(shí),310+35不能被14整除,故a=5.
[答案] 5
5.是否存在a,b,c使等式2+2+2+…+2=對(duì)一切n∈N*都成立,若不存在,說(shuō)明理由;若存在,用數(shù)學(xué)歸納法證明你的結(jié)論.
[解] 取n=1,2,3可得,解得:a=,b=,c=.
下面用數(shù)學(xué)歸納法證明2+2+2+…+2==.
即證12+22+…+n2=n(n+1)(2n+1),
①n=1時(shí),左邊=1,右邊=1,∴等式成立;
②假設(shè)n=k時(shí)等式成立,即12+22+…+k2=k(k+1)(2k+1)成立,
則當(dāng)n=k+1時(shí),等式左邊=12+22+…+k2+(k+1)2=k(k+1)(2k+1)+(k+1)2=[k(k+1)(2k+1)+6(k+1)2]=(k+1)(2k2+7k+6)=(k+1)(k+2)(2k+3),∴當(dāng)n=k+1時(shí)等式成立;
由數(shù)學(xué)歸納法,綜合①②當(dāng)n∈N*等式成立,
故存在a=,b=,c=使已知等式成立.
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