本题导读
本题是一道将分式递推数列与不等式证明相结合的压轴大题。第一问要求用数学归纳法证明关于项的绝对值不等式,核心在于寻找 的下界以完成放缩;第二问则在此基础上利用等比数列求和公式进行无穷放缩。
📌【题干】
Question
(2005年辽宁卷) 已知函数 ().设数列 满足 ,,数列 满足 , ().
(1) 用数学归纳法证明:;
(2) 证明:.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第(1)问:首先建立 与 的递推关系:。为了进行放缩,利用数学归纳法顺带证出 ,从而得到分母 ,进而完成由 到 的跨越。
- 第(2)问:将 的每一项用第(1)问的结论进行上界放缩,转化为首项为 ,公比为 的等比数列求和问题,利用无穷递缩等比数列的各项和进行控制。
✅【答案】
Success
对任意 ,皆有
✍【详细解析】
Abstract
(1) 证明: 首先推导 与 的代数关系: 两边取绝对值,由 可得:
下面用数学归纳法证明 且 : ① 当 时,。 而当 时,右边为 ,显然 成立。
② 假设当 () 时结论成立,即 且 。 那么当 时: 因为 ,所以 ,即 成立。 同时,由 可知 。 因此: 将归纳假设代入上式得: 所以当 时,结论依然成立。
综上所述,对任意 ,皆有 。
(2) 证明: 由(1)可知,对任意 ,。 因为 为有理数,且通过分式递推法则可知所有的 均为有理数,而 是无理数,所以 ,即 恒成立。 利用等比数列求和公式放缩 : 由于其右上界为一个首项 ,公比 的正项等比数列,且 ,由无穷递缩等比数列求和可得: 故 获证。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:数学归纳法的标准步骤;分式递推数列自变量的有界性分析;等比数列求和及无穷放缩法。
- 核心方法:通过恒等变形得到 ,并借助 将非线性的递推放缩成线性的等比递推结构。
- 避坑指南:第(1)问中容易直接断言 ,忽略了分母中包含变量 ,必须在归纳假设中同步证明 这一隐藏的前提条件,方可使整个逻辑链条严密。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题源于不动点理论(Fixed Point Theory)。方程 的正实数根为 ,此即为该分式线性变换的不动点。整个题目的构造本质是在研究离散动力系统迭代序列 向其不动点 逼近的收敛速度。
- 结论推广:对于更一般的递推形式 ,若其具有正不动点 ,则通过类似的代数分裂技巧,总能构造出形如 的等比或类等比结构,是研究非线性映射局部稳定性的经典数学模型。
🔗【关联脉络】
Multi column