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刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

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数列不等式中的函数思想

【作者】 濮国娟

【机构】 浙江省柯桥区钱清中学

【摘要】数列与不等式的综合问题是高考热点中的难点,难点中的热点,在试题中占有重要位置。2015年浙江高考卷中数列型不等式证明题作为压轴题,题目新颖、结构复杂,许多同学“望题生畏”,不知如何下手。如何处理证明数列型不等式问题,成为了每一位高三数学老师都在努力研究的问题。
【关键词】数列,不等式,数学归纳法,放缩法,证明
【正文】
  证明数列型不等式,因其思维跨度大,构造性强,需要有较高的转化、放缩技巧而充满思考性和挑战性,能全面而综合的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。这类问题的第一小题求解策略往往是:通过多角度观察所给数列的通项的结构,深入剖析其特征,抓住其规律进行恰当地证明,而今年又新增了数学归纳法这一考点,用数学归纳法证明数列不等式值得我们重视。本文从数列不等式中项的大小进行证明探究,归纳出三种类型。
  一、项的范围证明
  例题1、已知数列{an}满足an+1=an2-an+1,{an}的前n 项和为Sn,证明:对任意n∈N*,当0≤a1≤1,0≤an≤1。
  【证明】①当n=1时,0≤a1≤1成立
  ②假设当n=k时,0≤ak≤1成立,
  则当n=k+1时,a(k+1)=ak2-ak+1=(ak-■)2+■
  由于0≤ak≤1,所以■≤a(k+1)≤1,所以0≤a(k+1)≤1
  由①②得对任意n∈N*,0≤an≤1
  例题2、已知数列{an}满足an>1,a1=2,且(n+1)an+12=nan2,证明:an>1
  【证明】①当n=1时,a1=2>1成立
  ②假设当n=k时,ak>1成立,
  则当n=k+1时,a(k+1)2=■ak2+■ ak>■+■=1,
  因为an>0,所以,a(k+1)>1
  由①②得对任意,
  例题3、数列{an}满足a1=1,且an+1=■an+■an2,证明:0<an≤1
  【证明】①当n=1时,0<a1=1≤1成立
  ②假设当n=k时,0<ak≤1成立,
  则当n=k+1时,0<a(k+1)=■ ak+■  ak2≤■+■  ≤■+■=1
  由①②得对任意n∈N*,0<an≤1
  【归纳总结】在用数学归纳法证明项的范围时,由ak的范围证明a(k+1)范围时可以应用放缩法、也可以看作函数值域求解。
  二、数列单调性证明
  例题4、已知数列{an}满足an2-an-an+1+1=0,a1=2证明:数列{an}为递增数列
  【证明】方法一:因为a(n+1)=an2-an+1,
  则a(n+1)-an=an2-2an+1=(an-1)2≥0,由于a1=2, 
  则a(n+1)-an>0,故数列为递增数列
  方法二:①当n=1时,a2=3>a1=2成立
  ②假设当n=k时,a(k+1)>ak成立,
  则当n=k+1时,a(k+2)-a(k+1)=a(k+1)2-a(k+1)+1-ak2+ak-1
  =(a(k+1)2-ak2 )-(a(k+1)-ak )=(a(k+1)-ak )(a(k+1)+ak-1)
  因为 a(k+1)>ak≥a1=2,所以a(k+2)-a(k+1)>0
  由①②得对任意,a(n+1)>an,故数列为递增数列
  例题5、已知正项数列{an}满足an+12=an+2,a1=3证明:数列{an}为单调递减数列
  【证明】因为a(n+1)2=an+2,则a(n+1)2-an2=-an2+an+2=-(an-2)(an+1)
  因为是正项数列,要使数列{an}为单调递减数列,只要a(n+1)2-an2<0,只要an>2.下面证明an>2
  ①当n=1时,a1=3>2成立
  ②假设当n=k时,ak>2成立,
  则当n=k+1时,a(k+1)2=ak+2>2+2=4,因为是正项数列,所以a(k+1)>2
  由①②得对任意,an>2,所以数列为单调递减数列
  例题6、已知数列{an}满足an+1=■,a1=0证明:an+1>an
  【证明】因为a(n+1)-an=(an2+an+1)/(an+1)-an=1/(an+1),要使得,只要1/(an+1)>0,即an>-1.下面证明an>-1
  当n=1时,a1=0>-1成立
  假设当n=k时,ak>-1成立,
  则当n=k+1时,a(k+1)=■=ak+■1>ak>-1
  由①②得an>-1, 所以an+1>an
  例题7、已知数列{an}满足a1=■,an+1=■,a1=0,证明:an+1≥an
  【证明】方法一:由a(n+1)=■,则■=■+■,得■-1=■(■-1),因此■ -1= ■ (■)(n-1),得an=■,得an+1≥an
  方法二:由已知得an≥0,要使得an+1-an=■-an=■≥0,
  只要an≤1. 下面证明an≤1
  当n=1时,a1=0≤1成立
  假设当n=k时,ak≤1成立,
  则当n=k+1时,ak+1=■=■-■≤■-■=1
  由①②得an≤1, 所以an+1≥an
  【归纳总结】在进行数列单调性证明时,可先通过作差把式子变形,转化为项的范围证明,起到简化作用。最后的范围证明仍然可以看作函数最值(值域)求解。
  三、多个不等递推关系证明
  例题8、已知数列{an}满足a1=■,an=an-12+an-1(n≥2且n∈N),
  证明:22n-1-■≤an≤■ 32n-1)
  【证明】①当n=1时,22(1-1)-■≤a1=■≤■32(1-1) 成立
  ②假设当n=k时,22(k-1) -■≤ak≤■ 32(k-1) 成立,
  则当n=k+1时,a(k+1)=ak2+ak≥(22(k-1) -■)2+22(k-1) -■=22k -■ ≥22k -■,
  a (k+1)=a k2+a k≤(■ 3(2(k-1) )2+■ 3(2(k-1) )=■ 3(2k )+■ 3(2(k-1) )=■ (■ 3(2k )+3(2(k-1)  )
  由于k≥2,则3(2k )≥4, ■ 3(2k ) 3(2k )≥3(2k ),故 ■ 3(2k )≥■=32(k-1) ,
  所以■ (■ 3(2k )+32(k-1) ≤■32k 
  由①②得n≥2且n∈N,22(n-1)-■≤a n≤■ 32(n-1) 




































  【方法规律】多个不等递推关系证明时,可以采用数学归纳法证明,也可以采用放缩法、分析法证明。碰到递推关系时,还可以看作二元方程,通过消元方法转化为函数求值域。
  参考文献:
  [1]王帅. 以一道高考数列问题为例谈解题思路的寻找.中学数学(上),2014(9)
  [2]彭卫星.解决与数列有关的不等式求和问题若干策略——以2014年高考新课标卷Ⅱ第17题为例.中学数学(上),2014(10)
  [3]李歆.回归催生本源,形式决定思路——2014年高考数学全国新课标Ⅱ卷理科第17题探究. 中学数学(上),2015(1)