每日一题[310] 一叶知秋

已知无穷数列 \(\{a_n\}\) 中,有 \(0<a<1\),\(a_1=1+a\),\(a_{n+1}=\dfrac{1}{a_n}+a\),求证:对一切 \(n\in\mathcal N^*\),都有 \(a_n>1\).


20111024214330_5eHkB.thumb.600_0

证明 由已知,我们不难发现数列 \(\{a_n\}\) 为正项数列,即 \(a_n>0\).

又 \(0<a<1\),知 \[a_1=a+1>1,\]不妨先探索 \(a_2\),得 \[\begin{split}a_2&=\dfrac{1}{a_1}+a\\&=\dfrac{1}{1+a}+a\\&=\dfrac{1}{1+a}+(1+a)-1\\&>1.\end{split}\] 其中用到了均值不等式且等号取不到,这样就证明了 \(a_2>1\).

接下来再尝试证明 \(a_3>1\).\[\begin{split}a_3&=\dfrac{1}{a_2}+a\\&=\dfrac{1}{\frac{1}{a_1}+a}+a\\&=\dfrac{1}{\frac{1}{a_1}+a}+\left(\dfrac{1}{a_1}+a\right)-\dfrac{1}{a_1}\\&>2-\dfrac{1}{a_1}\\&>1.\end{split}\] 实际上,可以看出 \(a_3>1\) 是由 \(a_1>1\) 证明的.

考虑一般地,证明由 \(a_n>1\) 可以推得 \(a_{n+2}>1\) .\[\begin{split}a_{n+2}&=\dfrac{1}{a_{n+1}}+a\\&=\dfrac{1}{\frac{1}{a_n}+a}+a\\&=\dfrac{1}{\frac{1}{a_n}+a}+\left(\dfrac{1}{a_n}+a\right)-\dfrac{1}{a_n}\\&>2-\dfrac{1}{a_n}\\&>1.\end{split}\] 原命题成立,只需验证 \(a_1,a_2>1\) 即可.(想一想为什么呢?)

由上述题目可以看出:用数学归纳法时,并不局限于从 \(n\to n+1\),有时也可以从 \(n\to n+k\),这时只需要增加验证基础,验证从 \(a_1\) 到 \(a_k\) 均成立即可,这种从 \(n\to n+k\) 的证明方法称为跳跃数学归纳法

 在本题中可以定义\(a_0=1\),于是由\(a_0\)可以推出\(a_2>1\).


下面给出一个练习:

邮局有 \(3\) 分和 \(5\) 分两种邮票,试证明邮费不低于 \(8\) 分时,均可由这两种邮票支付.

提示 如果邮费为\(n,n\geqslant 8\)分时,可以由这两种邮票支付,那么邮费为\(n+3\)分时,只需再增加一枚\(3\)分的邮票即可支付,于是只需验证可以用这两种邮票支付\(8,9,10\)分即可 .

此条目发表在每日一题分类目录,贴了标签。将固定链接加入收藏夹。

发表回复