内容正文:
第一章 数列
高考新风向(一) 数列与函数、
不等式的创新融合
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第一章 数列
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[类型解读]
数列与函数、不等式的交汇创新是高考的热点与难点,着重考查函数与方程思想、转化与化归思想、逻辑推理、数学建模等高阶思维能力.
数列与函数综合问题:数列是一种特殊的函数,解决数列问题常以构成数列的函数为载体,结合函数性质解题.解题时要注意数列与函数的内在联系,灵活运用函数的思想方法求解.
数列与不等式综合问题:以数列为载体,考查不等式恒成立的问题,此类问题可转化为函数的最值问题;考查与数列有关的不等式证明问题,此类问题一般采用放缩法进行证明,有时也可通过构造函数进行证明.
[典例剖析]
(2025·浙江杭州三模)已知数列{an}的前n项和Sn满足4an-2Sn+n2-3n-4=0,n∈N+,数列{bn}满足b1=1,2nbn+1=anbn,n∈N+.
(1)求证:数列{an-n}为等比数列,并求数列{an}的通项公式;
(2)求证:bn+1>bn≥3- eq \f(n+1,2n-1).
[信息提取] 第(1)问:已知an与Sn的等量关系式,证明{an-n}为等比数列,并求an.
第(2)问:已知b1=1,2nbn+1=anbn.利用第(1)问结论,证明不等式成立.
[加工转化] 第(1)问:利用an与Sn的关系得an=2an-1-n+2(n≥2)→整理变式,利用定义得证→求an;
第(2)问:用作差法得bn+1>bn→bn+1-bn= eq \f(n,2n)·bn→bn-b1≥ eq \f(1,2)+ eq \f(2,22)+…+ eq \f(n-1,2n-1)→利用错位相减法得证.
[深度解析] (1)当n=1时,a1=3;
当n≥2时,
4an-1-2Sn-1+(n-1)2-3(n-1)-4=0,
则4(an-an-1)-2an+2n-4=0(n≥2),
整理得an=2an-1-n+2(n≥2),
所以an-n=2 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(an-1-(n-1))).又a1-1=2≠0,故an-n≠0,
所以 eq \f(an-n,an-1-(n-1))=2,
即数列{an-n}是首项为2,公比为2的等比数列,
所以an-n=2n,所以an=2n+n.
(2)由题意得bn+1= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(n,2n)))bn,所以bn+1与bn同号.
又b1=1>0,所以bn>0,所以bn+1-bn= eq \f(n,2n)·bn>0,即bn+1>bn,
所以数列{bn}为递增数列,所以bn≥b1=1,
则bn+1-bn= eq \f(n,2n)·bn≥ eq \f(n,2n),
所以bn-b1=(b2-b1)+(b3-b2)+…+(bn-bn-1)≥ eq \f(1,2)+ eq \f(2,22)+…+ eq \f(n-1,2n-1).
令Tn-1= eq \f(1,2)+ eq \f(2,22)+…+ eq \f(n-1,2n-1) ①,
则 eq \f(1,2)Tn-1= eq \f(1,22)+ eq \f(2,23)+…+ eq \f(n-1,2n) ②,
①-②得 eq \f(1,2)Tn-1= eq \f(1,2)+ eq \f(1,22)+ eq \f(1,23)+…+ eq \f(1,2n-1)- eq \f(n-1,2n)= eq \f(\f(1,2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-\f(1,2n))),1-\f(1,2))- eq \f(n,2n)=1- eq \f(n+1,2n),
所以Tn-1=2- eq \f(n+1,2n-1),
所以bn≥b1+Tn-1=3- eq \f(n+1,2n-1).
综上,bn+1>bn≥3- eq \f(n+1,2n-1).
[进阶训练]
数列{an}是等差数列,数列{bn}是等比数列,满足:a1+b1=8,a2+b2=18,b1+b3=30,6bn+1=bn+2+9bn.
(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(2)数列{an}和{bn}的公共项组成的数列记为{cn},求{cn}的通项公式;
(3)记数列 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,cn-8)))的前n项和为Sn,证明:Sn< eq \f(9,8).
(1)解析 设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q.
由6bn+1=bn+2+9bn可得6qbn=q2bn+9bn,
易知bn≠0,所以q2-6q+9=0,解得q=3.
由b1+b3=30可得b1(1+q2)=30,可得b1=3.
由a2+b2=18可得a1+d+b1q=18,
又a1+b1=8,所以a1=5,d=4.
因此可得an=a1+(n-1)d=4n+1,bn=b1qn-1=3n.所以数列{an}和{bn}的通项公式分别为an=4n+1,bn=3n,n∈N+.
(2)解析 {an}和{bn}的公共项需满足4n1+1=3n2,n1,n2∈N+,
可得n1= eq \f(3n2-1,4),即3n2-1是4的整数倍,
可知3n2-1=9 eq \s\up6(\f(n2,2))-1=(8+1) eq \s\up6(\f(n2,2))-1,由二项式定理可知(8+1) eq \s\up6(\f(n2,2))-1若是4的倍数,则 eq \f(n2,2)为正整数,即n2=2n,n∈N+,所以可得cn=32n=9n,即{cn}的通项公式为cn=9n,n∈N+.
(3)证明 易知 eq \f(1,cn-8)= eq \f(1,9n-8),
显然9n-8>9n-1对任意n≥2,n∈N+都成立,
所以 eq \f(1,cn-8)= eq \f(1,9n-8)< eq \f(1,9n-1)对任意n≥2,n∈N+都成立,
即Sn= eq \f(1,c1-8)+ eq \f(1,c2-8)+…+ eq \f(1,cn-8)=1+ eq \f(1,c2-8)+…+ eq \f(1,cn-8)<1+ eq \f(1,9)+…+ eq \f(1,9n-1)=1+ eq \f(\f(1,9)×\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,9)))\s\up12(n-1))),1-\f(1,9))
=1+ eq \f(1,8)× eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,9)))\s\up12(n-1)))= eq \f(9,8)- eq \f(1,8)× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,9)))
eq \s\up12(n-1)< eq \f(9,8),
即Sn< eq \f(9,8).
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