数列放缩技巧。
证明数列型不等式,因其思维跨度大、构造性强,需要有较高的放缩技巧而充满思考性和挑战性,能全面而综合地考查学生的潜能与后继学习能力,因而成为高考压轴题及各级各类竞赛试题命题的极好素材。这类问题的求解策略往往是:通过多角度观察所给数列通项的结构,深入剖析其特征,抓住其规律进行恰当地放缩;其放缩技巧主要有以下几种:
一、裂项放缩。
例1.(1)求的值; (2)求证:.
解析:(1)因为,所以。
(2)因为,所以。
奇巧积累:(1) (2)
例2.(1)求证:
2)求证:
3)求证:
4) 求证:
解析:(1)因为,所以
3)先运用分式放缩法证明出,再结合进行裂项,最后就可以得到答案。
(4)首先,所以容易经过裂项得到。
再证而由均值不等式知道这是显然成立的,所以。
例3.求证:
解析:一方面:因为,所以。
另一方面:
当时, ,当时, ,当时, ,所以综上有。
例4.(2008年全国一卷) 设函数。数列满足。设,整数。证明:.
解析:由数学归纳法可以证明是递增数列,故存在正整数,使,则。
否则若,则由知。
,因为,于是。
例5.已知,求证:.
解析:首先可以证明:
所以要证。只要证:
故只要证,即等价于。
即等价于。而正是成立的,所以原命题成立。
例6.已知, ,求证:.
解析: 所以。
从而。例7.已知, ,求证:
证明:,因为,所以。
所以。二、函数放缩。
例8.求证:.
解析:先构造函数有,从而。
因为 所以。
例9.求证:(1)
解析:构造函数,得到,再进行裂项,求和后可以得到答案。
函数构造形式:,例10.求证:
解析:提示:
函数构造形式:
当然本题的证明还可以运用积分放缩。
如图,取函数,首先:,从而,
取有, ,所以有, ,相加后可以得到:
另一方面,从而有取有, ,所以有,所以综上有。
例11.求证:和。
解析:构造函数后即可证明。
例12.求证:
解析:,叠加之后就可以得到答案。
函数构造形式: (加强命题)
例13.证明:
解析:构造函数,求导,可以得到:
令有,令有,所以,所以,令有,
所以,所以。
例14. 已知证明。
解析:,然后两边取自然对数,可以得到。
然后运用和裂项可以得到答案)放缩思路:
于是, 即。
注:题目所给条件()为一有用结论,可以起到提醒思路与探索放缩方向的作用;当然,本题还可用结论来放缩:
即。例15.(2008年厦门市质检) 已知函数是在上处处可导的函数,若在上恒成立。 (求证:函数上是增函数;
当;已知不等式时恒成立,求证:
解析:()所以函数上是增函数。
()因为上是增函数,所以。
两式相加后可以得到。
相加后可以得到:
所以令,有
所以。(方法二)
所以。又,所以。
例16.(2008年福州市质检)已知函数若。
解析:设函数。
函数)上单调递增,在上单调递减。
∴的最小值为,即总有。而。即。
令则。例17. ⑴设函数,求的最小值;
设正数满足,证明。
解析:对函数求导数:
于是。当在区间是减函数,当在区间是增函数。
所以时取得最小值,ⅱ)证法一:用数学归纳法证明。
i)当n=1时,由(ⅰ)知命题成立。
ii)假定当时命题成立,即若正数,则。
当时,若正数令。
则为正数,且由归纳假定知。
同理,由可得。
综合①、②两式。
即当时命题也成立。
根据(i)、(ii)可知对一切正整数n命题成立。
证法二:令函数。
利用(ⅰ)知,当。
对任意。下面用数学归纳法证明结论。
i)当n=1时,由(i)知命题成立。
ii)设当n=k时命题成立,即若正数。
由①得到。由归纳法假设。
即当时命题也成立。
所以对一切正整数n命题成立。
例18. 设关于x的方程有两个实根,且,定义函数若为正实数,证明不等式:.
解析: 当。
上为增函数。
由可知同理可得。
又由(ⅰ)知。
所以。三、分式放缩。
姐妹不等式:和记忆口诀”小者小,大者大”
解释:看b,若b小,则不等号是小于号,反之。
例19. 姐妹不等式:和也可以表示成为。
和。解析: 利用假分数的一个性质可得。
即。例20.证明:
解析: 运用两次次分式放缩:
(加1)加2)
相乘,可以得到:
所以有。四、分类放缩。
例21.求证:
解析: 例22.(2004年全国高中数学联赛加试改编) 在平面直角坐标系中,轴正半轴上的点列与曲线(≥0)上的点列满足,直线在x轴上的截距为。点的横坐标为,.
1)证明》4,; 2)证明有,使得对都有<.
解析:(1) 依题设有:,由得:
又直线在轴上的截距为满足。
显然,对于,有。
2)证明:设,则。
设,则当时,所以,取,对都有:
故有《成立。
例23.(2007年泉州市高三质检) 已知函数,若的定义域为[-1,0],值域也为[-1,0].若数列满足,记数列的前项和为,问是否存在正常数a,使得对于任意正整数都有?
并证明你的结论。
解析:首先求出,∵,
故当时, ,因此,对任何常数a,设是不小于a的最小正整数,则当时,必有。
故不存在常数a使对所有的正整数恒成立。
例24.(2008年中学教学参考)设不等式组表示的平面区域为,设内整数坐标点的个数为。设,当时,求证:.
解析:容易得到,所以,要证只要证,因为。
所以原命题得证。
五、迭代放缩。
例25. 已知,求证:当时,
解析:通过迭代的方法得到,然后相加就可以得到结论。
例26. 设,求证:对任意的正整数k,若k≥n恒有:|sn+k-sn|<
解析: 又所以。
六、借助数列递推关系。
例27.求证:
解析: 设则。
从而,相加后就可以得到。
所以。例28. 求证:
解析: 设则。
从而,相加后就可以得到。
例29. 若,求证:
解析: 所以就有。
七、分类讨论。
例30.已知数列的前项和满足证明:对任意的整数。
有。解析:容易得到,由于通项中含有,很难直接放缩,考虑分项讨论:
当且为奇数时。
(减项放缩),于是。
当且为偶数时。
当且为奇数时(添项放缩)由知由得证。
八、线性规划型放缩。
例31. 设函数。若对一切,,求的最大值。
解析:由知即
由此再由的单调性可以知道的最小值为,最大值为。
因此对一切,的充要条件是,
即,满足约束条件,由线性规划得,的最大值为5.
九、均值不等式放缩。
例32.设求证。
解析: 此数列的通项为,即。
注:应注意把握放缩的“度”:上述不等式右边放缩用的是均值不等式,若放成则得,就放过“度”了!
根据所证不等式的结构特征来选取所需要的重要不等式,这里。
其中,等的各式及其变式公式均可供选用。
例33.已知函数,若,且在[0,1]上的最小值为,求证:
解析: 例34.已知为正数,且,试证:对每一个,.
解析: 由得,又,故,而,令,则=,因为,倒序相加得=,而,则=,所以,即对每一个,.
例35.求证。
解析: 不等式左=,原结论成立。
例36.已知,求证:
解析: 经过倒序相乘,就可以得到。
例37.已知,求证:
解析: 其中:,因为。
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