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不等式的证明历来是高中数学学习的难点,其变化很多,技巧性高,方法独特,在各省高考试题中受到命题者的喜爱,也是各数学爱好者研究的方向。笔者通过对2008年陕西试题的研究,从而总结出证明一类数列不等式的证明方法。
(2008陕西:22)已知数列{a}首项a=,a=,n=1,2,…
(1)求{a}通项公式。
(2)证明:对任意x>0,a≥-(-x),n=1,2,…
(3)证明:a+a+…+a>。
在所给证明中(3)问一般要用到(2)问结论来证明,那么是否可以直接证明呢?左边是一个数列{a}前n项和S,那么右边也看作另一个数列{b}的前n项和T,若a>b,则S>T必成立。
现令T=,则b=T-T=(n≥2),n=1时b=也满足,则b=(n∈N)
因为a=>,a+a=>T=,a=>b=,所以下面用数归法证明a=>b=(n≥3)。
n=3时,已证得。设n=k(k≥3)时,有a>b=成立,则n=k+1时,a=>=。
下面用分析法证明≥2k≥4k≥2成立。
∴n≥3时,a>b成立,又a+a>b+b,∴S>T成立,即原不等式成立。
利用此方法可解决很多数列不等式。
例1:(2009年成都一診:22)已知函数f(x)=x-ln(x+a)在x=1处取得极值。
(1)求实数a的值;
(2)若关于x的方程f(x)+2x=x+b在[,2]上恰有两个不相等的实根,求实数b的取值范围;
(3)证明:>(n∈N,n≥2)。
解:(1)a=0;
(2)+ln2≤b<2;
(3)∵k-f(k)=lnk,即证>+++…+>。
令S=(n≥2),S=0,则a=S-S=(n≥2)。
设m(x)=lnx-(x-1),则m′(x)=-==
-,
可得y=m(x)在[2,+∞)上是减函数,
∴m(x)≤m(2)=ln2-<0lnx<(x-1),
∴x≥2时,>=,则k≥2时,>==a,
∴+++…+>a+a+a+…+a=得证。
例2:(2009年江西重点中学第一次联考:22)数列{b}满足b=1,b=2b+1,若数列{a}满足a=1,a=b(++…+),(n≥2且n∈N)。
(1)求b,b,b,b;
(2)证明:=(n≥2且n∈N);
(3)求证:(1+)(1+)(1+)…(1+)<。
解:(1)b=3,b=7,b=15,b=2-1;
(2)略;
(3)由(2)知(1+)(1+)(1+)…(1+)=••…=••…•a=•…•a=••a=2•=2(+++…+)=2(1+++…+)
原不等式只需证++…+<,
又=可看作c=•()(n≥2)的各项和,∴>c+c+…+c,只需证•()≥2-1≥3•22≥1(n≥2)成立,则原不等式成立。
分析:不等式右边显然无法看作一个数列的前n项和,但可作为一个无穷递缩等比数列的各项和。
通过对以上例题的分析,我们不难发现把不等式的两边各看作数列的前n项和,通过对通项的逐个比较,即可得到整个不等式的证明,从而避开了不等式证明过程中的放缩和构造等技巧,使学生更容易掌握。
(2008陕西:22)已知数列{a}首项a=,a=,n=1,2,…
(1)求{a}通项公式。
(2)证明:对任意x>0,a≥-(-x),n=1,2,…
(3)证明:a+a+…+a>。
在所给证明中(3)问一般要用到(2)问结论来证明,那么是否可以直接证明呢?左边是一个数列{a}前n项和S,那么右边也看作另一个数列{b}的前n项和T,若a>b,则S>T必成立。
现令T=,则b=T-T=(n≥2),n=1时b=也满足,则b=(n∈N)
因为a=>,a+a=>T=,a=>b=,所以下面用数归法证明a=>b=(n≥3)。
n=3时,已证得。设n=k(k≥3)时,有a>b=成立,则n=k+1时,a=>=。
下面用分析法证明≥2k≥4k≥2成立。
∴n≥3时,a>b成立,又a+a>b+b,∴S>T成立,即原不等式成立。
利用此方法可解决很多数列不等式。
例1:(2009年成都一診:22)已知函数f(x)=x-ln(x+a)在x=1处取得极值。
(1)求实数a的值;
(2)若关于x的方程f(x)+2x=x+b在[,2]上恰有两个不相等的实根,求实数b的取值范围;
(3)证明:>(n∈N,n≥2)。
解:(1)a=0;
(2)+ln2≤b<2;
(3)∵k-f(k)=lnk,即证>+++…+>。
令S=(n≥2),S=0,则a=S-S=(n≥2)。
设m(x)=lnx-(x-1),则m′(x)=-==
-,
可得y=m(x)在[2,+∞)上是减函数,
∴m(x)≤m(2)=ln2-<0lnx<(x-1),
∴x≥2时,>=,则k≥2时,>==a,
∴+++…+>a+a+a+…+a=得证。
例2:(2009年江西重点中学第一次联考:22)数列{b}满足b=1,b=2b+1,若数列{a}满足a=1,a=b(++…+),(n≥2且n∈N)。
(1)求b,b,b,b;
(2)证明:=(n≥2且n∈N);
(3)求证:(1+)(1+)(1+)…(1+)<。
解:(1)b=3,b=7,b=15,b=2-1;
(2)略;
(3)由(2)知(1+)(1+)(1+)…(1+)=••…=••…•a=•…•a=••a=2•=2(+++…+)=2(1+++…+)
原不等式只需证++…+<,
又=可看作c=•()(n≥2)的各项和,∴>c+c+…+c,只需证•()≥2-1≥3•22≥1(n≥2)成立,则原不等式成立。
分析:不等式右边显然无法看作一个数列的前n项和,但可作为一个无穷递缩等比数列的各项和。
通过对以上例题的分析,我们不难发现把不等式的两边各看作数列的前n项和,通过对通项的逐个比较,即可得到整个不等式的证明,从而避开了不等式证明过程中的放缩和构造等技巧,使学生更容易掌握。