解答题在平面直角坐标系上,设不等式组(n∈N*)
所表示的平面区域为Dn,记Dn内的整点(即横坐标和纵坐标均
为整数的点)的个数为an(n∈N*).
(Ⅰ)求a1,a2,a3并猜想an的表达式再用数学归纳法加以证明;
(Ⅱ)设数列{an}的前项和为Sn,数列{}的前项和Tn,
是否存在自然数m?使得对一切n∈N*,Tn>m恒成立.若存在,
求出m的值,若不存在,请说明理由.
网友回答
解:(Ⅰ)当n=1时,D1为Rt△OAB1的内部包括斜边,这时a1=3,
当n=2时,D2为Rt△OAB2的内部包括斜边,这时a2=3,
当n=3时,D3为Rt△OAB3的内部包括斜边,这时a3=9
由此可猜想an=3n
下面用数学归纳法证明:
(1)当n=1时,猜想显然成立.
(2)假设当n=k时,猜想成立,即ak=3k
如图,平面区域Dk为Rt△OABk内部包括斜边、平面区域Dk+1为Rt△△OABk+1内部包括斜边,∵平面区域Dk+1比平面区域Dk多3个整点,(7分)
即当n=k+1时,ak+1=3k+3=3(k+1),这就是说当n=k+1时,猜想也成立,
由(1)、(2)知an=3n对一切n∈N*都成立.(8分)
(Ⅱ)∵an=3n,∴数列{an}是首项为3,公差为3的等差数列,
∴.∴,∴
∵对一切n∈N*,Tn>m恒成立,∴m<Tn的最小值.
∵在[1,+∞)上为增函数∴Tn的最小值为,∴,满足的自然数为0,
∴满足题设的自然数m存在,其值为0.(14分)解析分析:(Ⅰ)由题设知Dn内的整点在直线x=1和x=2上.记直线y=-mx+3m为l,l与直线x=1和x=2的交点的纵坐标分别为y1、y2,由y1=2n,y2=n,知an=3n(n∈N*),再用数学归纳法证明.(Ⅱ)先求得,所以.因为对一切n∈N*,Tn>m恒成立,所以m<Tn的最小值,从而可求.点评:本题考查数列的性质和应用,解题时要注意公式的合理运用和不等式的应用.