數列不等式是近幾年高考試題中的熱點,以數列和形式出現的不等式證明不僅考查靈活選用求和方法的能力,也考查了證明中放縮的技巧。建構主義認為:學習是每個學生依據自身已有的知識和經驗主動建構的過程。
利用遞推公式求通項,利用對通項分析來求數列和。這是學生已掌握的方法,對通項進行合理放縮,轉化為可求和的形式來證明數列不等式。
1.放縮通項,利用等差(等比)數列公式求和
例1(04年全國卷三)已知數列的前n項和sn滿足sn=2an+(-1)n (n≥1)
(1)寫出數列的前3項a1,a2,a3;(2)求數列的通項公式;
(3)證明,對任意的整數m>4,有
解:(1)a1=1;a2=0;a3=2 (2)an=
(3)由通項公式得a4=2
當n≥3且n為奇數時, =<
=當m>4,若m為偶數時,
<=+×(1-)<+=
當m<4,若m為奇數時,
<所以對任意整數m>4,有
評注:通項an**現(-1)n-1,需分n為奇數和偶數兩種情況討論,利用連續兩項和進行縮放,解決了(-1)n-1的符號,更主要是放大成乙個等比數列的求和問題.
例2(05年武漢市高三二月調考卷)已知數列滿足an+1= (n∈n+),a1=1
(1)在a=1時,求通項公式an; (2)a在什麼範圍內an+1≥an恆成立;
(3)在-3≤a<1時,證明≥1-.
解:(1)a=1時,an+1=2an+1,an=2n-1
(2)用數學歸納法可證明a≥-3時,an+1≥an恆成立.
(3)若a=-3,則a2=1,an=1
若-30,a-1<0
∴an+1==2an+1+<2an+1
∴an+1<2(an-1+1)<22(an-2+1)<…<2n-1(a1+1)=2n
綜合得,-3≤a<1時,0∴≥
評注:數列中遞推關係an+1=qan+r是近年高考常考常新的話題[3],求其通項可變型考慮數列是以a1+x為首項,q為什麼比的等比數列,其中x= (q≠1).如果出現an+1≤qan+r則可放縮成an+x≤q(an-1+x) ≤…≤qn-1(a1+x)
可見,把等與不等辯證看待,等是不等的極端形式,將不等視為等,問題轉化為求通項的形式,類似是還有02年全國考題,此處略.
2. 放縮通項,利用裂項相消求和
例3(北京西城區2005屆高三年級抽樣測試)x軸上有一列點p1,p2,p3,…pn…,已知當n≥2時,點pn是把線段pn-1pn+1作n等分的分點中最靠近pn+1的點,設p1p2,p2p3,…pnpn+1的長度分別為a1, a2, a3, …, an,其中a1=1
⑴寫出a2, a3和an(n≥2,n∈n+)的表示式
⑵證明a1+a2+…an<3(n∈n+)
解:⑴an= (n≥2,n∈n+)
⑵an= (n≥3)
∴a1+a2+…an≤1+1+(13-<3
而n=1時,a1=1<3成立;n=2時,a1+a2=2<3也成立
∴a1+a2+…an<3
例4(2023年江蘇卷)設a>0,如圖已知直線l:y=ax及曲線c:y=x2,c上的點q1的橫座標為a1(0⑴求an+1與an的關係,並求的通項公式
⑵當a=1,a1≤時,證明(ak-ak+1) ak+2≤
⑶當a=1時,證明(ak-ak+1) ak+2<
解:⑴由an+1=an2,易求出an=a
⑵當a=1時,an=,而0當k≥1時,ak+2≤a3≤;(ak-ak+1)ak+2≤(ak-ak+1)
∴(ak-ak+1)ak+2≤ (ak-ak+1)= [(a1-a2)+(a2-a3)+…+(ak-ak+1)]
= (a1-ak+1)< a1≤
⑶當a=1時,an=,且an+2=,而03(an-an+1)an+2=(an-an+1)(3)=(an-an+1)( + +)
< (an-an+1) (+an·+)=-
故3 (ak-ak+1)ak+2= [3(ak-ak+1)ak+2]< (-)
=(a13-a23)+(a23-a33)+…+(-)=-<<1
∴(ak-ak+1) ak+2<
評注:一般的,對於an=求數列前n項和,可變形an=(b-a)()再裂項相消求和.於是通常可考慮分式放縮,根式放縮.如:;2()等,其目標是放縮成某個數列連續兩項的差.
3. 放縮通項,利用分項求和
例5 (05年重慶卷)數列滿足a1=1且an+1=(1+)an+ (n≥1)
(1)用數學歸納法證明an≥2 (n≥2)
(2)已知不等式ln(1+x)0成立,證明:an證明:(1)略;(2)由遞推公式及(1)的結論有:
an+1=(1+) an+≤(1+) an+·an=(1++)an
兩邊取對數,且由ln(1+x)lnan+1≤ln[1+(+)]+lnan<(+)+lnan
故lnan-lnan-1≤=()+
上式從n取1,2,…n-1求和可得:
lnan-lna1≤[(1
=(1-)+(1-)<2,其中a1=1
即lnan<2,an評注:分項求和實際上就是對數列通項的結構進行分解,轉化為可求和的幾個數列形式.如通項an=(kn+b)+aqn++(cn+d)en+fn2+gn3中a,b,c,d.e、f、g、q均為常數,則可分解轉化為:等差數列求和(kn+b);等比數列求和(aqn);裂項相消求和();錯位相減求和((cn+d)en);及常見公式12+22+…+n2=;13+23+…+n3=n2(n+1)2等.
例6 若an= (tn+),其中t∈[,2]tn是數列前n項和.
求證:tn<2n-()n.
證明:令f(t)= (tn+),令f′(t)= (tn-1-)=0,則t=1,而t∈[,2]
當≤t<1時,f′(t)<0,f(t)遞減;當10,f(t)遞增.
∴fmax(t)=f()=f(2)= (2n+) 即an≤(2n+)
tn≤[(2+22+…+2n
=2n-(1+)<2n-·2=2-()n
評注:an= (tn+)**現兩個變數t和n.因此先視為t的函式,利用單調性求f(t)的最大值,也就放縮成可求和的數列(2n+),再分項求和.
放縮法證明數列不等式
1 設數列的前項的和 求首項與通項 設,證明 解 易求 其中n為正整數 所以 2 求證 1 法1 數歸 兩邊都可以 法2 放縮裂項 法3 定積分放縮 2 法1 放縮一 放縮二 放縮三 法2 數歸 加強命題 常用的放縮公式 例3 已知 求證 法1 均值不等式 即證 也即 而 法2 放縮後裂項求和 法3...
證明數列不等式之放縮技巧
證明數列型不等式,其思維跨度大 構造性強,需要有較高的放縮技巧,充滿思考性和挑戰性。這類問題的求解策略往往是 通過多角度觀察所給數列通項的結構,深入剖析其特徵,抓住其規律進行恰當地放縮.一 利用數列的單調性 例1 證明 當時,證法一 令,則,所以當時,因此當時,於是當時,證法二 可用數學歸納法證.1...
證明數列不等式之放縮技巧
證明數列型不等式,其思維跨度大 構造性強,需要有較高的放縮技巧,充滿思考性和挑戰性。這類問題的求解策略往往是 通過多角度觀察所給數列通項的結構,深入剖析其特徵,抓住其規律進行恰當地放縮.一 利用數列的單調性 例1 證明 當時,證法一 令,則,所以當時,因此當時,於是當時,證法二 可用數學歸納法證.1...