已知无穷数列 $\{a_n\}$ 中,有 $0<a<1$,$a_1=1+a$,$a_{n+1}=\dfrac{1}{a_n}+a$,求证:对一切 $n\in\mathbb N^*$,都有 $a_n>1$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 数学竞赛
    >
    数列
    >
    数列不等式
  • 知识点
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    数列
    >
    数列的性质
    >
    数列的有界性
  • 方法
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    论述方式
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    数学归纳法
    >
    跳跃数学归纳法
【答案】
【解析】
由已知,我们不难发现数列 $\{a_n\}$ 为正项数列,即 $a_n>0$.
又 $0<a<1$,知$$a_1=a+1>1,$$不妨先探索 $a_2$,得$$a_2=\dfrac{1}{a_1}+a=\dfrac{1}{1+a}+a=\dfrac{1}{1+a}+(1+a)-1>1.$$其中用到了均值不等式且等号取不到,这样就证明了 $a_2>1$.
接下来再尝试证明 $a_3>1$:$$a_3=\dfrac{1}{a_2}+a=\dfrac{1}{\frac{1}{a_1}+a}+\left(\dfrac{1}{a_1}+a\right)-\dfrac{1}{a_1}>2-\dfrac{1}{a_1}>1.$$实际上,可以看出 $a_3>1$ 是由 $a_1>1$ 证明的.
我们尝试由 $a_n>1$ 去推得 $a_{n+2}>1$:$$a_{n+2}=\dfrac{1}{a_{n+1}}+a=\dfrac{1}{\frac{1}{a_n}+a}+\left(\dfrac{1}{a_n}+a\right)-\dfrac{1}{a_n}>2-\dfrac{1}{a_n}>1.$$原命题成立,只需验证 $a_1,a_2>1$ 即可.
答案 解析 备注
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