数学归纳法
一.知识梳理
设P(n)是关于自然数n的命题,若
1°P(n0)成立(奠基)
2°假设P(k)成立(k≥n0),可以推出P(k+1)成立(归纳),
则P(n)对一切大于等于n0的自然数n都成立
(2)数学归纳法的应用
具体常用数学归纳法证明 恒等式,不等式,数的整除性,几何中计算问题,数列的通项与和等
二、典型例题讲解
【例1】证明:
(1)>1
(2)>
分析:如果运用以前所学知识通过放缩法进行回很困难,但是如果用数学归纳法就比较容易.以下是详细证明过程.
证明:(1)ⅰ:当n=1时,左=>1,故n=1时不等式成立.
ⅱ:假设当n=k时不等式成立,即>1
那么当n=k+1时,
左=
=
=>1
故n=k+1时不等式成立
根据(1)(2)可知:结论对于一切正整数n成立.
(2)第一步:当n=1时,左=2, 右=, 故左>右, 即n=1时不等式成立.
第二步:假设n=k时不等式成立,即>
那么n=k+1时,
左=
>
=
=
=>0
左>>
n=k+1时不等式成立.
第三步:根据(1)(2)可知:对于一切正整数n不等式成立。
【例2】 证nÎN*时有>
证明:显然,左端每个因式都是正数,先证明,对每个nÎN*,有
³1-()…………(1)
用数学归纳法证明(1)式:
① n=1时,(1)式显然成立,
⑵设n=k时,(1)式成立,
即³1-()
则当n=k+1时,
³〔1-()〕·()
=1-()-+()
³1-(+)即当n=k+1时,(1)式也成立。
故对一切nÎN*,(1)式都成立。
利用(1)得,³1-()=1-
=1->
故原式成立,从而结论成立。
【例3】设数列{an}的前n项和为Sn,且方程x2-anx-an=0有一根为Sn-1,n=1,2,3,….(Ⅰ)求a1,a2; (Ⅱ){an}的通项公式.
解:(Ⅰ)当n=1时,x2-a1x-a1=0有一根为S1-1=a1-1,
于是(a1-1)2-a1(a1-1)-a1=0,解得a1=.
当n=2时,x2-a2x-a2=0有一根为S2-1=a2-,
于是(a2-)2-a2(a2-)-a2=0,解得=.
(Ⅱ)由题设(Sn-1)2-an(Sn-1)-an=0,
即 Sn2-2Sn+1-anSn=0.
当n≥2时,an=Sn-Sn-1,代入上式得
Sn-1Sn-2Sn+1=0 ①
由(Ⅰ)知S1=a1=,S2=a1+a2=+=.
由①可得S3=.
由此猜想Sn=,n=1,2,3,….
下面用数学归纳法证明这个结论.
(i)n=1时已知结论成立.
(ii)假设n=k时结论成立,即Sk=,
当n=k+1时,由①得Sk+1=,即Sk+1=,
故n=k+1时结论也成立.
综上,由(i)、(ii)可知Sn=对所有正整数n都成立.
于是当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-=,
又n=1时,a1==,所以{an}的通项公式an=,n=1,2,3,….
【例4】(09山东) 等比数列的前n项和为,已知对任意的,点均在函数的图象上。
(Ⅰ)求r的值。
(Ⅱ)当b=2时,记
求证:对任意的不等式成立
解:因为对任意的,点,均在函数且均为常数的图像上.所以得,当时,,当时,,又因为{}为等比数列,所以