第2部分 专题2 强基专题2 数列不等式放缩的基本类型 讲义

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第2部分 专题2 强基专题2 数列不等式放缩的基本类型 讲义

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 数列不等式放缩的基本类型
放缩法证明数列不等式是数列中的难点之一,是高考命题的延伸点.放缩法灵活多变,技巧性要求较高,所谓“放大一点点就太大,缩小一点点又太小”,如何把握放缩的“度”,使得放缩“恰到好处”,这正是放缩法的精髓和关键所在!
【例1】 求证:+++…+<1(n∈N*).
[证明] 不等式左边可用等比数列前n项和公式求和.
左边==1-<1.
【变式】 求证:+++…+<1(n∈N*).
[分析] 左边不能直接求和,须先将其通项放缩后求和.
[证明] 因为<,
所以,左边<+++…+
==1-<1.
放缩法证明与数列求和有关的不等式,若可直接求和,就先求和再放缩;若不能直接求和的,一般要先将通项an放缩后再求和.
【例2】 求证:+++…+<(n∈N*).
[分析] 左边可用裂项相消法求和,先求和再放缩.
[证明] ∵=,
∴左边==<.
【变式1】 求证:1+++…+<2(n∈N*).
[分析] 左边不能求和,应先将通项放缩为裂项相消模型后求和.
[证明] ∵<=-(n≥2),
∴左边<1+++…+
=1+1-<2(n≥2),
当n=1时,不等式显然也成立.
【变式2】 求证:1+++…+<(n∈N*).
[分析] 变式2的结论比变式1强,要达目的,须将变式1放缩的“度”进行修正.
[证明] 思路一:将变式1的通项从第三项开始放缩.
<=-(n≥3),
左边<1++++…+=1++-=-<(n≥3),
当n=1,2时,不等式显然也成立.
思路二:将通项放得比变式1更小一点.
<=(n≥2),
左边<1+=1+<1+=(n≥2),
当n=1时,不等式显然也成立.
放缩法证明与数列求和有关的不等式的过程中,很多时候要“留一手”,即采用“有所保留”的方法,保留数列的第一项或前两项,从数列的第二项或第三项开始放缩,这样才不致使结果放得过大或缩得过小.
常用放缩:
1
2
3
4 ==
.
1.(2021·青岛二中期中)已知数列{an}满足a1=1,an+an+1=2n+1,n∈N*,Sn是数列的前n项和,则下列结论中正确的是(  )
①S2n-1≤(2n-1)·;
②S2n≥Sn+;
③S2n≥-+Sn;
④存在常数M,使得Sn≤M.
A.①② B.②③
C.①③④ D.②③④
B [易知,a2=2,由an+an+1=2n+1,an+1+an+2=2n+3,两式相减,得an+2-an=2,即此数列每隔一项成等差数列,由a1=1,可得数列的奇数项为1,3,5,…,
由a2=2,可得其偶数项为2,4,6,…,故an=n.
所以Sn=1++++…+.
对于①,当n=2时,S3=1++=,
右式=3×=,因此左式>右式,故①错误;
对于②,S2n-Sn=+++…+≥n×=,当n=1时等号成立,故②正确;
对于③,∵S2n-Sn=1+++…+,2n>2n-1,∴>,
∴1+++…+≥1+++…+
=-,故③正确;
对于④,由②知,S2n≥Sn+,S4n≥S2n+≥Sn+×2…,S2mn≥Sn+,
∵无上界,∴{Sn}无上界,故④错误.故选B.]
2.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,若a1=1,-=2.
(1)求数列{an}的通项公式和Sn;
(2)记bn=,数列{bn}的前n项和为Tn,求证:Tn<.
[解] (1)设等差数列{an}的公差为d,则-=2,即-=2,解得d=2.
所以an=1+(n-1)×2=2n-1,
Sn=n+×2=n2.
(2)证明:当n=1时,Tn=1<.
当n≥2时,bn===<=,
所以Tn=b1+b2+b3+…+bn<1+=1+<1+=.
综上可知,Tn<.
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