高中數學「放縮法」在數列中的解題技巧

例1、設數列 { a

n } 的前 n 項和為 Sn .已知 a1 = 1 ,

高中數學“放縮法”在數列中的解題技巧

例題1圖(1)

(1)求 a2 的值 ;

(2)求數列 { an } 的通項公式;

(3)證明: 對一切正整數 n ,有

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例題1圖(2)

解:

(1)依題意, 2S1 = a2 - 1/3 - 1 - 2/3 , 又 S1 = a1 = 1 , 所以 a2 = 4 ;

(2)當 n ≥ 2 時,有

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例題1圖(3)

兩式相減得

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例題1圖(4)

整理得

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例題1圖(5)

故數列 { an/n } 是首項為 a1/1 ,公差為 1 的等差數列,

所以

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例題1圖(6)

(3)當 n = 1 時 ,1/a

1 = 1 < 7/4 ; 當 n = 2 時 ,1/a1 + 1/a2 = 1 + 1/4 = 5/4 < 7/4 ;

當 n = 3 時

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例題1圖(7)

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例題1圖(8)

綜上,對一切正整數 n ,有

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例題1圖(9)

放縮技巧:

所謂放縮的技巧:即欲證 A ≤ B ,欲尋找

一個(或多個)中間變量 C ,使 A ≤ C ≤ B

由 A 到 C 叫做 “放”,由 B 到 A 叫做 “縮” 。

常用的放縮技巧

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常用的放縮技巧圖(1)

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常用的放縮技巧圖(2)

放縮方法歸納:

先求和後放縮

例題2、正數數列 {a

n} 的前 n 項的和為 Sn ,且滿足關係式 2✔Sn = an + 1 ,試求:

(1)數列 {an} 的通項公式;

(2)設 bn = 1/(an·an+1), 數列 { bn } 的前 n 項和為 Bn , 求證 : Bn < 1/2 。

解:

(1)由已知得 4Sn = ( an + 1)^2 , n ≥ 2 時,

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例題2圖(1)

作差得:

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例題2圖(2)

所以:

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例題2圖(3)

又因為 {an} 是正數數列,所以 an - an-1 = 2 , 即 {an} 是以公差為 2 的等差數列 ,

由 2✔S1 = a1 + 1 , 得 a1 = 1 , 所以 an = 2n - 1 。

(2)

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例題2圖(4)

所以:

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例題2圖(5)

注:一般先分析數列的通項公式。

如果此數列的前 n 項和能直接求和

或者通過變形後求和,採用先求和再放縮的方法來證明不等式。

先放縮再求和

例題3、已知各項均為正數的數列 {an} 的前 n 項和為 Sn , 且滿足關係式 (an)^2 + an = 2Sn 。

(1)求證:

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例題3圖(1)

(2)求證:

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例題3圖(2)

解:

(1)令 n = 1 , 則有 (a1)^2 +

a1 = 2S1 = 2a1 , 因為 a1 > 0 , 所以 a1 = 1 。

又因為 (an)^2 + an = 2Sn ,有

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例題3圖(3)

上述兩式相減,且

an+1 = Sn+1 - Sn 得

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例題3圖(4)

因為 an > 0 , 所以 an+1 - an = 1 所以 an = 1 + 1 × (n - 1)= n , Sn = n(n+1)/2 。

所以

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例題3圖(5)

(2)

因為

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例題3圖(6)

所以

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例題3圖(7)

所以

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例題3圖(8)

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例題3圖(9)

裂項放縮

例題4、已知 n 是正整數,求證:

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例題4圖(1)

證明:

因為

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例題4圖(2)

所以

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例題4圖(3)

公式放縮

例題5、已知函數

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例題5圖(1)

.證明:

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例題5圖(2)

證明:

因為

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例題5圖(3)

又因為 n 是正整數 且 n ≥ 3 ,所以只需證明 2^n > 2n + 1 ;

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例題5圖(4)

所以

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例題5圖(5)

.


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