本题导读

本题是一道经典的数列压轴题。第一问通过待定系数法构造等比数列求解通项公式;第二问利用指数幂运算法则与对数变形证明等差数列;第三问考查分式数列求和的不等式放缩证明,通过将通项拆项、裂项以及寻找不等式的边界进行精准放缩。

📌【题干】

Question

(2006年福建卷(理)) 已知数列 满足 ,。 (1)求数列 的通项公式; (2)若数列 满足 ,证明 是等差数列; (3)证明:。

🔍【思路分析】

破题导航

第(1)问:递推式为 ,两边同时加 1 构造出 ,从而 是等比数列,进而求出 。 第(2)问:

  • 将第(1)问求出的 代入已知条件。
  • 利用同底数幂乘法法则,左边化为 ,右边化为 。
  • 比较指数建立关于 的前 项和 的递推式,通过 的关系证其为等差数列。 第(3)问:
  • 分析目标代数式的通项 。
  • 将通项变形为 。
  • 求和后,右边不等式自然成立;左边不等式则需要对余项 进行等比放缩,利用裂项相消或等比数列求和证明。

✅【答案】

Success

原不等式 成立

✍【详细解析】

Abstract

(1)求数列 的通项公式

由 ,两边同时加上 1 得:

又因为 , 所以数列 是以 为首项, 为公比的等比数列. 因此:

(2)证明 是等差数列

由(1)知 ,代入已知等式中,左边利用同底数幂乘法法则:

由此可得指数对应相等:

设数列 的前 项和为 ,则上式可记为:

当 时,代入 ① 得 . 当 时,写出 的情形: …… ② ① ② 得 ,整理为 把 ③ 中的 换成 ,得 …… ④ ④ ③ 得 ,即 因 时 ,故 ,等差中项成立;又由 ③ 取 得 ,而 ,恰有 。 所以 是等差数列(首项 ,公差 ;若再取 即得 ).

(3)证明:

设所求和式为 .其通项为:

对 进行求和:

① 证明右边不等式: 因为对于任意 ,都有 . 所以减去一堆正数后,必然满足: 右边不等式获证.

② 证明左边不等式: 要证 ,只需证:

利用放缩法,因为 不够紧确,直接利用分母放缩: 当 时, 是不够的. 精确放缩:由于 , 因为 ,利用等比级数关系: 当 时, . 当 时, . 当 时,进行放缩: 不太直观,通常使用如下放缩: 直接使用裂项放缩:

所以有:

利用等比数列求和公式: 所以:

从而:

因此: 左边不等式获证.

综上所述,原不等式 成立.

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:数列构造等比通项;前 项和与通项关系公式 ;数列不等式中“首项留底,后续等比放缩”的经典技巧。
  • 核心方法:裂项与放缩法。在第(3)问中,将非标准可求和项 放缩为标准等比数列 是解决此类复杂求和不等式的核心通法。
  • 避坑指南:第(3)问中放缩千万不能“过头”.若直接将 粗糙地放缩为 ,求和后对应的级数值会大于 ,从而无法得出小于 的精细边界目标。保留第一项不放缩、从第二项开始精细放缩是高考命题的高频给分点。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:本题源于教材中递推数列 的基本题型,第(1)问考查构造等比数列求通项,是”待定系数法”的典型应用;第(2)问以对数运算为桥梁,将乘积条件转化为和式,体现数列与指数、对数知识的交汇;第(3)问则通过放缩法证明数列不等式,是高考对”裂项放缩”与”等比数列求和”综合运用的经典考查。

结论推广:对递推式 ,可构造 化为等比数列,得 ;本题中 即得 ,可推广至一般 情形求解通项。

方法推广:第(3)问中 ,通过将通项拆分为常数与可求和的小量,再对 作放缩(如 及 )完成不等式证明,此”拆项—放缩—求和”方法可广泛用于形如 的数列不等式问题。

🔗【关联脉络】

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