首页

数苑漫步

史海撷英
应用数学
教育之窗
奥林匹克
趣味数学
 

数列、极限、数学归纳法

何其峰

2001新资料  
(第2页,共4页)

例4 设a,b,c,x∈R,abc≠0
且(a2+b2)x2-2(a+c)bx+b2+c2=0, 求证:a,b,c是公比为x的等比数列。

证法一:由于x∈R,故把已知等式看作关于x的一元二次方程,则方程必有实根。
  ∴△=4(a+c)2b2-4(a2+b2)(b2+c2)
    =-4(b2-2acb2+a2c2)
    =-4(b2-ac)2≥0
  ∴b2-ac=0 即b2=ac 又abc≠0,故a,b,c成差比数列。

解关于x的方程得。
   
  ∴等比数列a,b,c的公比为x.

证法二:把已知等式拆为:
  (a2x2-2abx+b2)+(b2x2-2bcx+c2)=0
 ∴(ax-b)2+(bx-c)2=0
 ∴ax-b=0 且 bx-c=0  又abc≠0 ∴
 ∴a,b,c为等比数列,且其公比为x.


例5 用砖砌墙,第一层(底层)用去了全部砖块的一半多一块,第二层用去了剩下一半多一块,……,依次类推,每一层都用去了上次剩下砖块的一半多一块,如果到第十层恰好把砖块用完,那么一共用了多少块砖?

解:设从上层到底层砖块分别为a1,a2,…,a10,Sn表示数列的前几项和,依题意知: a1=2, an=Sn+1
   
 由①-②得 an-an-1=(Sn-Sn-1)=an.
  ∴an=2an-1,因此,每层砖块组成一个以2为首项,2为公比的等差数列。
  
 答:一共用了2046块砖砌墙。


例6 设{an}是由正数组成的等比数列,Sn是其前n项和。
 (1)证明:

 (2)是否存在常数c >0,使得
     成立,
    并证明结论。

证明:(1)设数列{an}的公比为q,由已知,a1 >0,q>0 当q=1时, Sn=na1,
  ∴Sn·Sn+2-= na1·(n+2)a1-(n+1)2
          = -< 0
 当q≠0时,
  
 ∴总有Sn·Sn+2< ,又底数10 >1.
 ∴lg(Sn·Sn+2)< lg(Sn+1)2
 即

(2)若存在常数c>0,使
 
 
 由④得,Sn·Sn+2-=C(Sn+sn+2-2Sn+1)⑤
 由(1)已证⑤式左边< 0
 又 Sn+Sn+2-2Sn+1
  =(Sn-c)+(Sn+2-c)-2(Sn+1-c)
  
 又c >0 ⑤式右边≥0
 ∴⑤式不成立。故不存在常数c >0,使
  成立。

  例7 已知 (x≥0),又数列{an}(an>0)中,a1=2,这数列的前n项和公式Sn(n∈N)对所有大于1的自然数n都有
Sn=f(Sn-1).
 (1)求数列{an}的通项公式。
 (2)若(n∈N)
求证:=1
分析:由于已知条件给出的是Sn与Sn-1的函数关系,而要求的是an的通项公式,故关键是确定Sn.

解:∵
  
 即 亦即
 故数列││是以公差为,首项为的等差数列。
 ∴=+(n-1)·=n·
 即 Sn=2n2 (n∈N)
 当n≥2时,an=Sn-Sn-1
       =2n2-2(n-1)2
       =4n-2
 当n=1时,a1=2亦满足上式,∴an=4n-2(n∈N)

(2)

  
 ∴

例8 已知数列{an}满足
 (1)求证:2 < an< 3
 (2)求证:an+1-2< (an-2)
 (3)求证:

证明:(1)用数学归纳法证之。
 ①当n=1时,a1= , ∴2< a1< 3
 ②假设当n=k时,不等式成立,即2< ak< 3. 当n=k+1时
  
 由ak>0 , ak-2>0 得 ak+1-2>0,即ak+1>2
 又∵ 2< ak< 3
 ∴0< ak-2< 1 => 0< (ak-2)2< 1 而 2ak >4
 ∴ak+1-2< 1 即ak+1< 3 综上可知,2< ak+1< 3
 ∴当n=k+1时,不等式成立.
 由①,②可知,对任意n∈N,都有2< an< 3成立

(2) ∵由(1)知 0< an-2< 1,2an >4
  

(3) 对(2)采用逐步递推,得
  
 以下用数列极限的定义来证明
 对于预先指定任意小的正数ε
 要使│an-2│< ε成立。
 只要
 只要n >(1-log2ε),取N=[(1-log2ε)]
 则当n >N时,│an-2│<ε恒成立 ∴
[第1页]  [第2页]
  [第3页]  [第4页]