题目内容

8.已知数列{an}满足an=$\frac{{a}^{n+1}-{a}^{-n-1}}{a-{a}^{-1}}$(n∈N*),a≠-1,0,1,设b=a+$\frac{1}{a}$.
(1)求证:an+1=ban-an-1(n≥2,n∈N*);
(2)当n(n∈N*)为奇数时,an=$\sum_{i=0}^{\frac{n-1}{2}}(-1)^{i}$C${\;}_{n-1}^{i}$bn-2i,猜想当n(n∈N*)为偶数时,an关于b的表达式,并用数学归纳法证明.

分析 (1)作差证明即可,
(2)猜想an的表达式,利用数学归纳法的证明步骤进行证明.

解答 证明(1)ban-an-1=$\frac{(a+{a}^{-1})({a}^{n+1}-{a}^{-n-1})}{a-{a}^{-1}}$-$\frac{{a}^{n}-{a}^{-n}}{a-{a}^{-1}}$=$\frac{{a}^{n+2}-{a}^{-n-2}}{a-{a}^{-1}}$=an+1,
(2)猜想n(n∈N*)为偶数时,有an=$(-1)^{i}{C}_{n-i}^{i}{b}^{n-2i}$;
下面同数学归纳法证明这个猜想,
①当n=2时,a2=$\frac{{a}^{3}-{a}^{-3}}{a-{a}^{-1}}$=a2+a+a-2=(a+$\frac{1}{a}$)2-1=b2-1,结论成立,
②假设当n=k时(k为偶数)时,结论成立,
即ak=(-1)i${C}_{k-i}^{i}$b-2i=bk-${C}_{k-1}^{1}{b}^{k-2}$+…+$(-1)^{i}{C}_{k}^{i}{b}^{k-2i}$+…+$(-1)^{\frac{k}{2}}$.此时k+为奇数,
∴ak+1=$(-1)^{i}{C}_{k+1-i}^{i}$bk+1-2i=bk+1-${C}_{k+1}^{1}{b}^{k-1}$+…+$(-1)^{i}{C}_{k+1-i}^{i}{b}^{k+1-2i}$+…+$(-1)^{\frac{k}{2}}{C}_{\frac{k+2}{2}}^{\frac{k}{2}}b$,
当n=k+2(k为偶数时),
ak+2=bak+1-ak=[${b}^{k+2}-{C}_{k}^{1}{b}^{k}+…+$$(-1)^{i}{C}_{k+1-i}^{i}{b}^{k+2-2i}$+…+$(-1)^{\frac{k}{2}}$${C}_{\frac{k+2}{2}}^{\frac{k}{2}}$b2]-[${b}^{k}-{C}_{k-1}^{1}{b}^{k-2}$+…+$(-1)^{i}{C}_{k-i}^{i}{b}^{k-2i}$+…+$(-1)^{\frac{k}{2}}$],
=bk+2-bk+…+$(-1)^{i}({C}_{k+1-i}^{i}+$${C}_{k-(i-1)}^{i-1}$)bk+2-2ibk+2-2i+…+$(-1)^{\frac{k+2}{2}}$,
=bk+2-bk+…+$(-1)^{i}{C}_{k+2-i}^{i}$bk+2-2i+…+$(-1)^{\frac{k+2}{2}}$,
=$(-1)^{i}{C}_{k+2-i}^{i}{b}^{k+2-2i}$,结论也成立,
根据①②,可知当n(n∈N*)为偶数时,均有an=$(-1)^{i}{C}_{n-i}^{i}{b}^{n-2i}$

点评 本题考查数学归纳法,考查猜想与证明,正确运用数学归纳法的证明步骤是关键.

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