Cộng đồng chia sẻ tri thức Doc24.vn

Bài 1: Phương pháp quy nạp toán học

Lý thuyết
Mục lục
* * * * *

Bài 1 (SGK trang 82)

Chứng minh rằng với \(n\in N^{\circledast}\), ta có các đẳng thức :

a) \(2+5+8+.....+3n-1=\dfrac{n\left(3n+1\right)}{2}\)

b) \(\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{4}+\dfrac{1}{8}+....+\dfrac{1}{2^n}=\dfrac{2^n-1}{2^n}\)

c) \(1^2+2^2+3^2+....+n^2=\dfrac{n\left(n+1\right)\left(2n+1\right)}{6}\)

Hướng dẫn giải

a) Với n = 1, vế trái chỉ có một số hạng là 2, vế phải bằng = 2

Vậy hệ thức đúng với n = 1.

Đặt vế trái bằng Sn.

Giả sử đẳng thức a) đúng với n = k ≥ 1, tức là

Sk= 2 + 5 + 8 + …+ 3k – 1 =

Ta phải chứng minh rằng cũng đúng với n = k + 1, nghĩa là phải chứng minh

Sk+1 = 2 + 5 + 8 + ….+ 3k -1 + (3(k + 1) – 1) =

Thật vậy, từ giả thiết quy nạp, ta có: Sk+1 = Sk + 3k + 2 = + 3k + 2

= (điều phải chứng minh)

Vậy theo nguyên lí quy nạp toán học, hệ thức đúng với mọi n ε N*

b) Với n = 1, vế trái bằng , vế phải bằng , do đó hệ thức đúng.

Đặt vế trái bằng Sn.

Giả sử hệ thức đúng với n = k ≥ 1, tức là

Ta phải chứng minh .

Thật vậy, từ giả thiết quy nạp, ta có:

= (điều phải chứng minh)

Vậy theo nguyên lí quy nạp toán học, hệ thức b) đúng với mọi n ε N*

c) Với n = 1, vế trái bằng 1, vế phải bằng = 1 nên hệ thức đúng với n = 1.

Đặt vế trái bằng Sn.

Giả sử hệ thức c) đúng với n = k ≥ 1, tức là

Sk = 12 + 22 + 32 + …+ k2 =

Ta phải chứng minh

Thật vậy, từ giả thiết quy nạp ta có:

Sk+1 = Sk + (k + 1)2 = = (k + 1). = (k + 1)

(đpcm)

Vậy theo nguyên lí quy nạp toán học, hệ thức đúng với mọi n ε N*



Bài 2 (SGK trang 82)

Chứng minh rằng với \(n\in N^{\circledast}\), ta có :

a) \(n^3+3n^2+5n\) chia hết cho 3

b) \(4^n+15n-1\) chia hết cho 9

c) \(n^3+11n\) chia hết cho 6

Hướng dẫn giải

a) Đặt Sn = n3 + 3n2 + 5n

Với n = 1 thì S1 = 9 chia hết cho 3

Giả sử với n = k ≥ 1, ta có Sk = (k3 + 3k2 + 5k) 3

Ta phải chứng minh rằng Sk+1 3

Thật vậy Sk+1 = (k + 1)3 + 3(k + 1)2 + 5(k + 1)

= k3 + 3k2 + 3k + 1 + 3k2 + 6k + 3 + 5k + 5

= k3 + 3k2 + 5k + 3k2 + 9k + 9

hay Sk+1 = Sk + 3(k2 + 3k + 3)

Theo giả thiết quy nạp thì Sk 3, mặt khác 3(k2 + 3k + 3) 3 nên Sk+1 3.

Vậy (n3 + 3n2 + 5n) 3 với mọi n ε N* .

b) Đặt Sn = 4n + 15n - 1

Với n = 1, S1 = 41 + 15.1 – 1 = 18 nên S1 9

Giả sử với n = k ≥ 1 thì Sk= 4k + 15k - 1 chia hết cho 9.

Ta phải chứng minh Sk+1 9.

Thật vậy, ta có: Sk+1 = 4k + 1 + 15(k + 1) – 1

= 4(4k + 15k – 1) – 45k + 18 = 4Sk – 9(5k – 2)

Theo giả thiết quy nạp thì Sk 9 nên 4S1 9, mặt khác 9(5k - 2) 9, nên Sk+1 9

Vậy (4n + 15n - 1) 9 với mọi n ε N*

c) Đặt Sn = n3 + 11n

Với n = 1, ta có S1 = 13 + 11n = 12 nên S1 6

Giả sử với n = k ≥ 1 ,ta có Sk = k3 + 11k 6

Ta phải chứng minh Sk+1 6

Thật vậy, ta có Sk+1 = (k + 1)3 + 11(k + 1) = k3 + 3k + 3k + 1 + 11k + 11

= ( k3 + 11k) + 3(k2 + k + 4) = Sk + 3(k2 + k + 4)

THeo giả thiết quy nạp thì Sk 6, mặt khác k2 + k + 4 = k(k + 1) + 1 là số chẵn nên 3(k2 + k + 4) 6, do đó Sk+1 6

Vậy n3 + 11n chia hết cho 6 với mọi n ε N* .



Bài 3 (SGK trang 82)

Chứng minh rằng với mọi số tự nhiên \(n\ge2\), ta có các bất đẳng thức :

a) \(3^n>3n+1\)

b) \(2^{n+1}>2n+3\)

Hướng dẫn giải

a) Dễ thấy bất đẳng thức đúng với n = 2

Giả sử bất đẳng thức đúng với n = k ≥ 2, tức là

3k > 3k + 1

Nhân hai vế của (1) vơi 3, ta được:

3k + 1 > 9k + 3 <=> 3k + 1 > 3k + 4 + 6k -1.

Vì 6k - 1 > 0 nên

3k + 1 > 3k + 4 hay 3k + 1 > 3(k + 1) + 1.

tức là bất đẳng thức đúng với n = k + 1.

Vậy 3n > 3n + 1 với mọi số tự nhiên n ≥ 2.

b) Với n = 2 thì vế trái bằng 8, vế phải bằng 7. Vậy bất đẳng thức đúng với n = 2

Giả sử bất đẳng thức đúng với n = k ≥ 2, tức là

2k + 1 > 2k + 3 (2)

Ta phải chứng minh nó cũng đúng với n= k + 1, nghĩa là phải chứng minh

2k + 2 > 2(k + 1) + 3 <=> 2k + 2 > 2k + 5

Nhân hai vế của bất đẳng thức (2) với 2, ta được:

2k + 2 > 4k + 6 <=> 2k + 2 > 2k +5 + 2k + 1.

Vì 2k + 1> 0 nên 2k + 2 > 2k + 5

Vậy 2n + 1 > 2n + 3 với mọi số tự nhiên n ≥ 2.



Bài 4 (SGK trang 82)

Cho tổng \(S_n=\dfrac{1}{1.2}+\dfrac{1}{2.3}+.....+\dfrac{1}{n\left(n+1\right)}\) với \(n\in N^{\circledast}\) ?

a) Tính \(S_1,S_2,S_3\) ?

b) Dự đoán công thức tỉnh tổng \(S_n\) và chứng minh bằng quy nạp

Hướng dẫn giải

a) Ta có:

b) Từ câu a) ta dự đoán (1), với mọi n ε N* .

Ta sẽ chứng minh đẳng thức (1) bằng phương pháp quy nạp

Khi n = 1, vế trái là , vế phải bằng . Vậy đẳng thức (1) đúng.

Giả sử đẳng thức (1) đúng với n = ≥ 1, tức là

Ta phải chứng minh nó cũng đúng khi n = k + 1, nh=ghĩa là phải chứng minh

Ta có

=

tức là đẳng thức (1) cũng đúng với n = k + 1.

Vậy điều cần chứng minh đúng với mọi n.

Bài 5 (SGK trang 82)

Chứng minh rằng số đường chéo của một đa giác lồi n cạnh là : \(\dfrac{n\left(n-3\right)}{2}\) ?

Hướng dẫn giải

Ta chứng minh khẳng định đúng với mọi n ε N* , n ≥ 4.

Với n = 4, ta có tứ giác nên nó có hai đường chéo.

Mặt khác thay n = 4 vào công thức, ta có số đường chéo của tứ giác theo công thức là: = 2

Vậy khẳng định là đúng với n= 4.

Giả sử khẳng định là đúng với n = k ≥ 4, tức là đa giác lồi k cạnh có

số đường chéo là

Ta phải chứng minh khẳng định đúng với n = k + 1. Nghĩa là phải chứng minh đa giác lồi k + 1cạnh có số đường chéo là
Xét đa giác lồi k + 1 cạnh
Nối A1 và Ak, ta được đa giác k cạnh A1A2…Ak đường chéo (giả thiết quy nạp). Nối Ak+1 với các đỉnh A2, A3, …, Ak-1, ta được thêm k -2 đường chéo, ngoài ra A1Ak cũng là một đường chéo.

Vậy số đường chéo của đa giác k + 1 cạnh là

+ k - 2 + 1 =

Như vậy, khẳng định cũng đúng với đa giác k + 1 cạnh