问题 解答题
数列{an}满足a1=1且an+1=(1+
1
n2+n
)an+
1
2n
(n≥1).
(Ⅰ)用数学归纳法证明:an≥2(n≥2);
(Ⅱ)已知不等式ln(1+x)<x对x>0成立,证明:an<e2(n≥1),其中无理数e=2.71828….
答案

(Ⅰ)证明:

①当n=2时,a2=2≥2,不等式成立.

②假设当n=k(k≥2)时不等式成立,即ak≥2(k≥2),

那么ak+1=(1+

1
k(k+1)
)ak+
1
2k
≥2.这就是说,当n=k+1时不等式成立.

根据(1)、(2)可知:ak≥2对所有n≥2成立.

(Ⅱ)由递推公式及(Ⅰ)的结论有an+1=(1+

1
n2+n
)an+
1
2n
≤(1+
1
n2+n
+
1
2n
)an(n≥1)

两边取对数并利用已知不等式得lnan+1≤ln(1+

1
n2+n
+
1
2n
)+lnan≤lnan+
1
n2+n
+
1
2n

故lnan+1-lnan

1
n(n+1)
+
1
2n
(n≥1).

上式从1到n-1求和可得lnan-lna1

1
1×2
+
1
2×3
+…+
1
(n-1)n
+
1
2
+
1
22
+…+
1
2n-1

=1-

1
2
+(
1
2
-
1
3
)+…+
1
n-1
-
1
n
+
1
2
1-
1
2n
1-
1
2
=1-
1
n
+1-
1
2n
<2

即lnan<2,故an<e2(n≥1).

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