问题 解答题
已知f(n)=1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n
(n∈N+)

经计算得f(2)=
3
2
,f(4)>2,f(8)
5
2
,f(16)>3,f(32)
7
2
,通过观察,我们可以得到一个一般性的结论.
(1)试写出这个一般性的结论;
(2)请证明这个一般性的结论;
(3)对任一给定的正整数a,试问是否存在正整数m,使得1+
1
2
+
1
3
+…+
1
m
>a
?若存在,请给出符合条件的正整数m的一个值;若不存在,请说明理由.
答案

(1)根据f(2)=

3
2
,f(4)>2,f(8)
5
2
,f(16)>3,f(32)
7
2
,通过观察,

我们可以得到一个一般性的结论 f(2n)≥

n+2
2
,(当且仅当n=1时取等号).…(4分)

(2)证明:(数学归纳法)

①当n=1时,结论显然成立.

②假设当n=k时成立,即

1
2
 +
1
3
+
1
4
+…+
1
2k
≥1+
1
2
k
,…(2分)

当n=k+1时,左边=

1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
2k
+…+
1
2k
≥1+
1
2
k
+
1
2k+1
+
1
2k+2
+…+
1
2k+2k
  

≥1+

1
2
k+
2k
2k+2k
=1+
1
2
(k+1)
=右边.

即当n=k+1时,f(2n)≥1+

1
2n
 也成立.…(3分)

由①②知,f(2n)≥1+

1
2n
  成立. …(1分)

(3)由(2)可得,存在m满足条件.…(1分)

令 a=1+

1
2
k,只要 
1
m
1
2k
 即可,即
1
m
1
22a-2
=
4
22a
,即 m≥
22a
4

可取 m=22a.…(3分)

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