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  • 放缩法证明数列不等式,学生

    时间:2021-04-20 20:10:26 来源:蒲公英阅读网 本文已影响 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索:不等式 数列 证明

      放缩法证明数列不等式

     2020.03 一、基础知识:

     在有些数列的题目中,要根据不等式的性质通过放缩,将问题化归为我们熟悉的内容进行求解。本节通过一些例子来介绍利用放缩法证明不等式的技巧 1、放缩法证明数列不等式的理论依据——不等式的性质:

     (1)传递性:若 , a b b c   ,则 a c  (此性质为放缩法的基础,即若要证明 a c  ,但无法直接证明,则可寻找一个中间量 b ,使得 a b  ,从而将问题转化为只需证明 b c  即可 )

     (2)若 , a b c d   ,则 a c b d    ,此性质可推广到多项求和:

     若      1 21 , 2 , ,na f a f a f n    ,则:      1 21 2na a a f f f n       

      (3)若需要用到乘法,则对应性质为:若 0, 0 a b c d     ,则 ac bd  ,此性质也可推广到多项连乘,但要求涉及的不等式两侧均为正数 注:这两条性质均要注意条件与结论的不等号方向均相同 2、放缩的技巧与方法:

     (1)常见的数列求和方法和通项公式特点:

     ① 等差数列求和公式:12nna aS n  ,na kn m   (关于 n 的一次函数或常值函数)

     ② 等比数列求和公式:  1111nna qS qq ,nna k q   (关于 n 的指数类函数)

     ③ 错位相减:通项公式为“等差  等比”的形式 ④ 裂项相消:通项公式可拆成两个相邻项的差,且原数列的每一项裂项之后正负能够相消,进而在求和后式子中仅剩有限项 (2)与求和相关的不等式的放缩技巧:

     ① 在数列中,“求和看通项”,所以在放缩的过程中通常从数列的通项公式入手 ② 在放缩时要看好所证不等式中不等号的方向,这将决定对通项公式是放大还是缩小(应与所证的不等号同方向)

     ③ 在放缩时,对通项公式的变形要向可求和数列的通项公式靠拢,常见的是向等比数列与可裂项相消的数列进行靠拢。

     ④ 若放缩后求和发现放“过”了,即与所证矛盾,通常有两条道路选择:第一个方法是微调:看能否让数列中的一些项不动,其余项放缩。从而减小放缩的程度,使之符合所证不等式;第二个方法就是推翻了原有放缩,重新进行设计,选择放缩程度更小的方式再进行尝试。

     (3)放缩构造裂项相消数列与等比数列的技巧:

     ① 裂项相消:在放缩时,所构造的通项公式要具备“依项同构”的特点,即作差的两项可视为同一数列的相邻两项(或等距离间隔项)

     ② 等比数列:所面对的问题通常为“nS  常数”的形式,所构造的等比数列的公比也要满足  0,1 q  ,如果题目条件无法体现出放缩的目标,则可从所证不等式的常数入手,,常数可视为11aq 的形式,然后猜想构造出等比数列的首项与公比,进而得出等比数列的通项公式,再与原通项公式进行比较,看不等号的方向是否符合条件即可。例如常数122=1314,即可猜想该等比数列的首项为12,公比为14,即通项公式为124n    。

     注:此方法会存在风险,所猜出的等比数列未必能达到放缩效果,所以是否选择利用等比数列进行放缩,受数列通项公式的结构影响 (4)与数列中的项相关的不等式问题:

     ① 此类问题往往从递推公式入手,若需要放缩也是考虑对递推公式进行变形 ② 在有些关于项的不等式证明中,可向求和问题进行划归,即将递推公式放缩变形成为可“累加”或“累乘”的形式,即  1 n na a f n  或  1 nnaf na (累乘时要求不等式两侧均为正数),然后通过“累加”或“累乘”达到一侧为na ,另一侧为求和的结果,进而完成证明 3、常见的放缩变形:

     (1)   21 1 11 1 n n n n n  ,其中 2, n n N   :可称21n为“进可攻,退可守”,可依照所证不等式不等号的方向进行选择。

     注:对于21n,可联想到平方差公式,从而在分母添加一个常数,即可放缩为符合裂项相消特征的数列,例如:  2 21 1 1 1 1 11 1 1 2 1 1 n n n n n n          ,这种放缩的尺度要小于(1)中的式子。此外还可以构造放缩程度更小的,如:

       2 221 1 4 1 1 1 114 1 2 1 2 1 2 2 1 2 14n n n n n nn           (2)1 2n n n,从而有:   2 1 22 1 2 11 1n n n nn n n n n           注:对于1n还可放缩为:12, 2, n n n n Nn    

     (3)分子分母同加常数:

         0, 0 , 0, 0b b m b b mb a m a b ma a m a a m          此结论容易记混,通常在解题时,这种方法作为一种思考的方向,到了具体问题时不妨先构造出形式再验证不等关系。

     (4)         1212 2 2 22 1 2 1 2 1 2 2 2 1 2 12 1n n n nn n n n n nn       

      11 12,2 1 2 1n nn n N     可推广为:         1211 1 1 1 11n n n nn n n n n nnk k k kk k k k k k kk       

      11 12, 2, ,1 1n nn k k n Nk k      二、典型例题:

     例 1:已知数列  na 的前 n 项和为nS ,若  14 2 1 1n nS n a   ,且11 a 

     .(1)求证:数列  na 是等差数列,并求出  na 的通项公式(2)设1nn nba S ,数列  nb 的前 n 项和为nT ,求证:32nT 

     例 2:设数列  na 满足:1 11, 3 ,n na a a n N    ,设nS 为数列  nb 的前 n 项和,已知10 b  ,1 12 ,n nb b S S n N     

     (1)求数列    ,n na b 的通项公式(2)求证:对任意的 n N 且2 n  ,有2 2 3 31 1 1 32n na b a b a b     

      例 3:已知正项数列  na 的前 n 项和为nS ,且12 ,n nna S n Na   (1)求证:数列  2nS 是等差数列 (2 2 )记数列31 21 1 12 ,n n nnb S Tb b b     ,证明:1 3 112 1nTn n   

     例 4:已知数列  na 满足21 112, 2 1 ,n na a a n Nn       (1)求证:数列2nan   是等比数列,并求出数列  na 的通项公式 (2 2 )设nnnca ,求证:1 21724nc c c    

      例 5:已知数列  na 的前 n 项和   3 1 ,n nS na n n n N      ,且317 a 

     (1)求1a (2)求数列  na 的前 n 项和nS (3)设数列  nb 的前 n 项和nT ,且满足nnnbS ,求证:23 23nT n  

     例 6:已知数列  na 满足  1111, 2,41 2nn nnaa a n n Na    

     (1)试判断数列  11nna    是否为等比数列,并说明理由 (2)设  2 1sin2n nnb a  ,数列  nb 的前 n 项和为nT ,求证:对任意的4,7nn N T 

      例 7:已知数列  na 满足:132a  ,且 1132,2 1nnnnaa n n Na n    (1)求数列  na 的通项公式 (2 2 )证明:对于一切正整数 n ,均有1 22 !na a a n     

     例 8:已知函数     2ln , 1 0bf x ax x fx   

     (1)若函数   f x 在 1 x  处切线斜率为 0 ," 21111nna f na n      ,已知14 a  ,求证:

     2 2na n   (2)在(1)的条件下,求证:1 21 1 1 21 1 1 5na a a     

     例 9:已知数列  na 的各项均为正值,对 n N  ,    21 21 4 1 , log 1n n n n na a a b a     ,且11 a  (1)求数列 ,n na b 的通项公式 (2 2 )当 7 k  且 k N 时,证明对 n N    ,都有1 2 11 1 1 1 32n n n nkb b b b       成立

     例 10:数列  na 是公差不为零的等差数列,56 a  ,数列  nb 满足:1 1 1 23, 1n nb b bb b  

     (1)当 2 n  时,求证:111nnnbbb

     (2)当31 a  且3a N   时,1 23 5, , , , , ,nk k ka a a a a 为等比数列 ① 求3a

      ② 当3a 取最小值时,求证:1 21 2 31 1 1 1 1 1 141 1 1nn k k kb b b b a a a              

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