本题导读
本题考查数列递推关系与不等式证明。核心在于平方放缩法、构造函数单调性法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2004年重庆卷(理)) 设数列 满足 , ().
(1)证明 对一切正整数 成立;
(2)令 (),判断 与 的大小,并说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 平方去根号,建立累加放缩:
- 目标不等式含有根号,优先考虑对递推式两边平方: .
- 由此可见 .利用累加法,可得 ,直接开方即可完成第一问的证明。
- 构建差值进行单调性比较:
- 比较 与 的大小等价于判定 或 的符号。
- 计算 .
- 符号完全取决于分子 的正负。利用第一问已证结论 ,代入分析分子各分量的范围,即可锁定其符号。
✅【答案】
Success
(1) 证明见解析
(2) 证明见解析
✍【详细解析】
Abstract
(1)证明: 对一切正整数 成立 由已知递推式 ,显然当 时,对一切正整数 均有 . 将递推式两边同时平方: 因为 ,所以去掉该正项后不等式严格成立:
利用累加法,对上式从 到 依次累加(其中 ): 将 代入: 因为 ,所以:
当 时, ,而 ,显然 成立. 综上所述, 对一切正整数 均成立.
(2)判断 与 的大小,并说明理由 结论: . 理由如下:
为了判断 与 的大小关系,考查其平方项的差值 的符号: 将 代入上式: 通分合并同类项,分母 ,聚焦于分子部分:
由第(1)问已证结论,对一切正整数 均满足 ,由此可得两组不等关系:
- 因为 ,所以
代入分子进行整体放缩评估: 当 时, ,此时分子严格小于 0.
为了确保在 上分子符号的完整一致性,对分子代数式进行更为精准的因式重组: 令分子为 . 因为对一切正整数 , ,则 . 同时,由于 ,显然有 . 将这两组精细化界限代入分子:
这证明对于任意正整数 ,分子均严格恒小于 0: 由于 ,两边开平方保持不等号方向不变:
所以,对一切正整数 ,均有 .
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:复杂递推通式通过两边平方转化为二次型多项式的降次化简;利用累加法消除阶梯项实现下界放缩;构造平方差解析式 进行单调性符号判定。
- 核心方法:平方累加法、代数因式精细放缩法。
- 避坑指南:
- 第二问直接求导或作商导致运算陷入僵局:若直接计算 ,因带有根号,很难与 1 比较大小。处理带有根号分母的数列单调性,优先考虑“平方后再作差”,能极大地简化多项式运算。
- 第二问放缩精度不够导致无法覆盖大项数:在处理 时,若只放缩为 ,会导致在 时失效。必须套用第一问的精准结论放缩为 ,利用有理分式的小于 这一宏观恒定上界来统一锁定符号。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 考查数列递推关系、单调有界性与不等式证明的顶级压轴解答题。
- 结论推广: 证明递推数列的不等式,常结合单调性、放缩法与数学归纳法,由 逐步放大或缩小得到目标范围。
🔗【关联脉络】
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