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摘要:浙江省高考数学最后一道压轴题由原来的导数转移到数列部分,它结合了不等式的性质及证明等知识,包含数列放缩的思想方法;对不等式的理解掌握要求高,要求考生有较高的探究发现、运算求解能力,试题难度大。其中关于数列求和的相关问题是重要的考查方向,本文通过一到模拟题归纳总结数列求和问题中∑ni=1an≤f(n)不等式的常规解法。
关键词:∑ni=1an≤f(n)型数列不等式;分析法;数学归纳法;构造法
课程改革以来,浙江省数学高考卷就以全面深入考查基础知识、基本技能、基本思想方法的命题原则,多层次、多角度的考查考生的思维能力及数学素养,充分体现了考基础、考能力、考素质、考潜能和以考生发展为本的考试目标;试题灵活,立意新颖,区分度高,选拔功能强。自2015年,浙江省高考数学最后一道压轴题由原来的导数转移到数列部分,它结合了不等式的性质及证明等知识,包含数列放缩的思想方法;对不等式的理解掌握要求高,要求考生有较高的探究发现、运算求解能力,试题难度大。其中关于数列求和的相关问题是重要的考查方向,数列求和问题常见的基本结构形式有如下2种:
①∑ni=1an≤k(k为常数);②∑ni=1an≤f(n);
对于第①种类型可根据题目特点利用等差模型、等比模型、错位相减模型、裂项相消模型等进行放缩证明,在本文不做研究。本文主要探究∑ni=1an≤f(n)型数列不等式涉及的方法和技巧,现从一道模拟题开始探讨:
例已知数列{an}满足a1=1,an 1=an 1an(n∈N*)。
(Ⅰ)求证:2≤a2n 1-a2n≤3;
(Ⅱ)求证:1a1 1a2 … 1an≤2n-1。
解析:(Ⅰ)由题易知{an}是正项数列;由递推公式an 1=an 1anan 1-an=1an>0所以{an}是递增数列即an≥1。an 1=an 1an两边平方得:a2n 1=a2n 1a2n 2a2n 1-a2n=1a2n 2∈[2,3]。
(Ⅱ)题是典型的∑ni=1an≤f(n)型数列不等式先通过下面三种方法解决这一问题:
方法1:利用分析法选择切入点:
(Ⅰ)中不等式累加可得:a2n≥2n-1,所以1an≤12n-1,利用裂项的技巧当n≥2时1an≤12n-1=222n-1≤22n-1 2n-3=2n-1-2n-3经过累加可证明结论。详细解答如下:
由(Ⅰ)可得:a2n-a2n-1≥2,a2n-1-a2n-2≥2,…,a23-a22≥2,a22-a21≥2,累加可得:a2n≥2n-1;
开方后取倒数1an≤12n-1=222n-1≤22n-1 2n-3=2n-1-2n-3;
所以当n≥2时从第二项開始放缩1a1 1a2 … 1an≤1 2×2-1-2×2-3 … 2n-3-2n-5 2n-1-2n-3=2n-1;
当n=1时显然成立;
综上所述1a1 1a2 … 1an≤2n-1。证毕
点评:数学问题是环环相扣的要善于发现题目中的内在联系,难点是不等式1an≤12n-1=222n-1≤22n-1 2n-3=2n-1-2n-3放缩,对不等式放缩技巧要求高,难度较大,我们是否可以在回归到题目中所给的条件,从另外的角度去寻找思路?下面所给的方法2和方法3就是从全新的角度去思考和探究:
方法2:数学归纳法
利用题目中条件可得1an=an 1-an,所以 1a1 1a2 … 1an=an 1-a1,只需用数归证an 1≤2n-1 1,此时可用归纳等法法进行证明。
详细解答如下:
由an 1=an 1an可知1an=an 1-an,
所以求证1a1 1a2 … 1an=a2-a1 a3-a2 an 1-an=an 1-1≤2n-1,
即证明:an 1≤2n-1 1,下面用数学归纳法证明:
当n=1时,a2=2≤2×1-1 1;
假设当n=k时,ak 1≤2k-1 1;
当n=k 1时,ak 2=ak 1 1ak 1≤2k-1 1 12k-1 1。
ak 2=ak 1 1ak 1≤2k-1 1 12k-1 1
下面证明: 2k-1 1 12k-1 1≤2k 1 1
12k-1 1≤2k 1-2k-1=22k 1 2k-1,
2k 1 2k-1≤22k-1 22≥2k 1-2k-1
=22k 1 2k-12k 1 2k-1≥1
因为2k 1 2k-1≥1(k≥2)恒成立,
所以2k-1 1 12k-1 1≤2k 1 1,
所以ak 2≤2k 1 1;
综上由数学归纳法可得:an 1≤2n-1 1,
所以1a1 1a2 … 1an≤2n-1。证毕
方法3:构造新的数列
我们都知道数列的前n项和是关于n的函数,反之对于f(n)我们可以把它看做是新数列{bn}的前n项和,验证bn≥1an,那么此结论不攻自破。
详细解答如下:
由(Ⅰ)可得:a2n-a2n-1≥2,a2n-1-a2n-2≥2,…,a23-a22≥2,a22-a21≥2,累加可得:a2n≥2n-1;
开方后取倒数1an≤12n-1;
构造新的数列{bn}满足:
bn=1n=12n-1-2n-3n≥2,
易知数列{bn}前n项和是2n-1;
当n=1时,b1=1≥a1;
当n≥2时,bn=2n-1-2n-3=22n-1 2n-3≥22n-1 2n-1
=12n-1≥1an;
综上所述bn≥1an;
所以1a1 1a2 … 1an≤b1 b2 … bn=12n-1。证毕
方法3是形如∑ni=1ai 设Sn和Tn分别为数列{an}和{bn}的前n项和,显然,若an 本题中方法1和方法2都是用数列求和中常规的方法去解决问题,方法3是利用数列前n项和的函数特点构造新数列进行解题,对于同一道题目从多角度去思考感受数学的奥妙,感知探究的乐趣。数学是一门灵活开放的学科,它的思想方法没有一成不变的,本文中归纳的方法只是∑ni=1an≤f(n)型数列不等式常见的几种,有句话说得好:“生活不是缺少美,而是缺少发现美的眼睛。”数学学习也是如此,深入思考,挖掘问题的本质,才能融会贯通,达到“无招胜有招的”境界。
作者简介:
郝培德,浙江省杭州市,浙江省杭州学军中学。
关键词:∑ni=1an≤f(n)型数列不等式;分析法;数学归纳法;构造法
课程改革以来,浙江省数学高考卷就以全面深入考查基础知识、基本技能、基本思想方法的命题原则,多层次、多角度的考查考生的思维能力及数学素养,充分体现了考基础、考能力、考素质、考潜能和以考生发展为本的考试目标;试题灵活,立意新颖,区分度高,选拔功能强。自2015年,浙江省高考数学最后一道压轴题由原来的导数转移到数列部分,它结合了不等式的性质及证明等知识,包含数列放缩的思想方法;对不等式的理解掌握要求高,要求考生有较高的探究发现、运算求解能力,试题难度大。其中关于数列求和的相关问题是重要的考查方向,数列求和问题常见的基本结构形式有如下2种:
①∑ni=1an≤k(k为常数);②∑ni=1an≤f(n);
对于第①种类型可根据题目特点利用等差模型、等比模型、错位相减模型、裂项相消模型等进行放缩证明,在本文不做研究。本文主要探究∑ni=1an≤f(n)型数列不等式涉及的方法和技巧,现从一道模拟题开始探讨:
例已知数列{an}满足a1=1,an 1=an 1an(n∈N*)。
(Ⅰ)求证:2≤a2n 1-a2n≤3;
(Ⅱ)求证:1a1 1a2 … 1an≤2n-1。
解析:(Ⅰ)由题易知{an}是正项数列;由递推公式an 1=an 1anan 1-an=1an>0所以{an}是递增数列即an≥1。an 1=an 1an两边平方得:a2n 1=a2n 1a2n 2a2n 1-a2n=1a2n 2∈[2,3]。
(Ⅱ)题是典型的∑ni=1an≤f(n)型数列不等式先通过下面三种方法解决这一问题:
方法1:利用分析法选择切入点:
(Ⅰ)中不等式累加可得:a2n≥2n-1,所以1an≤12n-1,利用裂项的技巧当n≥2时1an≤12n-1=222n-1≤22n-1 2n-3=2n-1-2n-3经过累加可证明结论。详细解答如下:
由(Ⅰ)可得:a2n-a2n-1≥2,a2n-1-a2n-2≥2,…,a23-a22≥2,a22-a21≥2,累加可得:a2n≥2n-1;
开方后取倒数1an≤12n-1=222n-1≤22n-1 2n-3=2n-1-2n-3;
所以当n≥2时从第二项開始放缩1a1 1a2 … 1an≤1 2×2-1-2×2-3 … 2n-3-2n-5 2n-1-2n-3=2n-1;
当n=1时显然成立;
综上所述1a1 1a2 … 1an≤2n-1。证毕
点评:数学问题是环环相扣的要善于发现题目中的内在联系,难点是不等式1an≤12n-1=222n-1≤22n-1 2n-3=2n-1-2n-3放缩,对不等式放缩技巧要求高,难度较大,我们是否可以在回归到题目中所给的条件,从另外的角度去寻找思路?下面所给的方法2和方法3就是从全新的角度去思考和探究:
方法2:数学归纳法
利用题目中条件可得1an=an 1-an,所以 1a1 1a2 … 1an=an 1-a1,只需用数归证an 1≤2n-1 1,此时可用归纳等法法进行证明。
详细解答如下:
由an 1=an 1an可知1an=an 1-an,
所以求证1a1 1a2 … 1an=a2-a1 a3-a2 an 1-an=an 1-1≤2n-1,
即证明:an 1≤2n-1 1,下面用数学归纳法证明:
当n=1时,a2=2≤2×1-1 1;
假设当n=k时,ak 1≤2k-1 1;
当n=k 1时,ak 2=ak 1 1ak 1≤2k-1 1 12k-1 1。
ak 2=ak 1 1ak 1≤2k-1 1 12k-1 1
下面证明: 2k-1 1 12k-1 1≤2k 1 1
12k-1 1≤2k 1-2k-1=22k 1 2k-1,
2k 1 2k-1≤22k-1 22≥2k 1-2k-1
=22k 1 2k-12k 1 2k-1≥1
因为2k 1 2k-1≥1(k≥2)恒成立,
所以2k-1 1 12k-1 1≤2k 1 1,
所以ak 2≤2k 1 1;
综上由数学归纳法可得:an 1≤2n-1 1,
所以1a1 1a2 … 1an≤2n-1。证毕
方法3:构造新的数列
我们都知道数列的前n项和是关于n的函数,反之对于f(n)我们可以把它看做是新数列{bn}的前n项和,验证bn≥1an,那么此结论不攻自破。
详细解答如下:
由(Ⅰ)可得:a2n-a2n-1≥2,a2n-1-a2n-2≥2,…,a23-a22≥2,a22-a21≥2,累加可得:a2n≥2n-1;
开方后取倒数1an≤12n-1;
构造新的数列{bn}满足:
bn=1n=12n-1-2n-3n≥2,
易知数列{bn}前n项和是2n-1;
当n=1时,b1=1≥a1;
当n≥2时,bn=2n-1-2n-3=22n-1 2n-3≥22n-1 2n-1
=12n-1≥1an;
综上所述bn≥1an;
所以1a1 1a2 … 1an≤b1 b2 … bn=12n-1。证毕
方法3是形如∑ni=1ai
作者简介:
郝培德,浙江省杭州市,浙江省杭州学军中学。