专题3.3 数列与函数、不等式相结合问题(解析版)

⾼考数学专题03数列求和问题（第⼆篇）（解析版）备战2020年⾼考数学⼤题精做之解答题题型全覆盖⾼端精品第⼆篇数列与不等式【解析版】专题03 数列求和问题【典例1】【福建省福州市2019-2020学年⾼三上学期期末质量检测】等差数列{}n a 的公差为2, 248,,a a a 分别等于等⽐数列{}n b 的第2项，第3项，第4项. （1）求数列{}n a 和{}n b 的通项公式；（2）若数列{}n c 满⾜12112n n nc c c b a a a ++++=L ,求数列{}n c 的前2020项的和．【思路引导】(1)根据题意同时利⽤等差、等⽐数列的通项公式即可求得数列{}n a 和{}n b 的通项公式； (2)求出数列{}n c 的通项公式，再利⽤错位相减法即可求得数列{}n c 的前2020项的和.解：(1)依题意得: 2324b b b =，所以2111(6)(2)(14)a a a +=++ ，所以22111112361628,a a a a ++=++解得1 2.a = 2.n a n ∴= 设等⽐数列{}n b 的公⽐为q ，所以342282,4b a q b a ==== ⼜2224,422.n n n b a b -==∴=?= (2)由（1）知，2,2.n n n a n b ==因为11121212n n n n nc c c c a a a a +--++++= ①当2n ≥时,1121212n n n c c c a a a --+++= ②由①-②得，2n n nc a =，即12n n c n +=?，⼜当1n =时，31122c a b ==不满⾜上式，18,12,2n n n c n n +=?∴=?≥ .数列{}n c 的前2020项的和34202120208223220202S =+?+?++?2342021412223220202=+?+?+?++?设2342020202120201222322019220202T =?+?+?++?+? ③，则34520212022202021222322019220202T =?+?+?++?+? ④，由③-④得：234202120222020222220202T -=++++-?2202020222(12)2020212-=-?-2022420192=--? ，所以20222020201924T =?+，所以2020S =202220204201928T +=?+.【典例2】【河南省三门峡市2019-2020学年⾼三上学期期末】已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，且满⾜221n S n n =-+，数列{}n b 中，2+，对任意正整数2n ≥，113nn n b b -??+=.（1）求数列{}n a 的通项公式；（2）是否存在实数µ，使得数列{}3nn b µ+是等⽐数列？若存在，请求出实数µ及公⽐q 的值，若不存在，请说明理由；（3）求数列{}n b 前n 项和n T . 【思路引导】（1）根据n S 与n a 的关系1112n nn S n a S S n -=?=?-≥?即可求出；（2）假设存在实数µ，利⽤等⽐数列的定义列式，与题⽬条件1331n n n n b b -?+?=，⽐较对应项系数即可求出µ，即说明存在这样的实数；（3）由（2）可以求出1111(1)4312nn n b -??=?+?- ，所以根据分组求和法和分类讨论法即可求出．解：（1）因为221n S n n =-+，当1n =时，110a S ==；当2n ≥时，22121(1)2(1)123n n n a S S n n n n n -=-=-+-----=-．故*0,1 23,2,n n a n n n N =?=?-∈?…；（2）假设存在实数µ，使得数列{}3xn b µ?+是等⽐数列，数列{}n b 中，2133a b a =+，对任意正整数2n (113)n n b b -??+=.可得116b =，且1331n nn n b b -?+?=，由假设可得(n n n b b µµ--?+=-?+，即1334n n n n b b µ-?+?=-，则41µ-=，可得14µ=-，可得存在实数14µ=-，使得数列{}3nn b µ?+是公⽐3q =-的等⽐数列；（3）由（2）可得11111133(3)(3)444nn n n b b ---=-?-=?- ，则1111(1)4312nn n b -??=?+?- ，则前n 项和11111111(1)123643121212nn n T -=++?+?+-+?+?-?? ? ????????? 当n 为偶数时，111111*********n n n T ??- =+=- ???- 当n 为奇数时，11111115112311128312248313n n n nT ??- =+=-+=- ????- 则51,21248311,2883nn n n k T n k ?-=-=??-=（*k N ∈）．【典例3】【福建省南平市2019-2020学年⾼三上学期第⼀次综合质量检查】已知等⽐数列{}n a 的前n 项和为n S ，且( )*21,nn S a a n =?-∈∈R N．（1）求数列{}n a 的通项公式；（2）设11n n n n a b S S ++=，求数列{}n b 的前n 项和n T ．【思路引导】（1）利⽤临差法得到12n n a a -=?，再根据11a S =求得1a =，从⽽求得数列通项公式；（2）由题意得1112121n n n b +=---，再利⽤裂项相消法求和. 解：（1）当1n =时，1121a S a ==-.当2n ≥时，112n n n n a S S a --=-=?()*,因为{}n a 是等⽐数列，所以121a a =-满⾜()*式，所以21a a -=，即1a =，因此等⽐数列{}n a 的⾸项为1,公⽐为2,所以等⽐数列{}n a 的通项公式12n n a -=.（2）由（1）知21nn S =-，则11n n n n a b S S ++=,即()()1121121212121n n n n n n b ++==-----，所以121111111113377152121n n n n T b b b +?=++???+=-+-+-+???+- ? ? ? ?--?,所以11121n n T +=--.【典例4】【⼭东省⽇照市2019-2020学年上学期期末】已知数列{}n a 的⾸项为2，n S 为其前n 项和，且()120,*n n S qS q n +=+>∈N （1）若4a ，5a ，45a a +成等差数列，求数列{}n a 的通项公式；（2）设双曲线2221ny x a -=的离⼼率为n e ，且23e =，求222212323n e e e ne ++++L .【思路引导】（1）先由递推式()120,*n n S qS q n +=+>∈N 求得数列{}n a 是⾸项为2，公⽐为q 的等⽐数列，然后结合已知条件求数列通项即可；（2）由双曲线的离⼼率为求出公⽐q ，再结合分组求和及错位相减法求和即可得解. 解：解：（1）由已知，12n n S qS +=+，则212n n S qS ++=+，两式相减得到21n n a qa ++=，1n ≥.⼜由212S qS =+得到21a qa =，故1n n a qa +=对所有1n ≥都成⽴.所以，数列{}n a 是⾸项为2，公⽐为q 的等⽐数列. 由4a ，5a ，45+a a 成等差数列，可得54452=a a a a ++，所以54=2,a a 故=2q .所以*2()n n a n N =∈.（2）由（1）可知，12n n a q-=，所以双曲线2的离⼼率n e ==由23e ==，得q =.所以()()()()2122222123231421414n n e e e n e q n q -++++?=++++++ ()()()21214122n n n q nq -+=++++，记()212123n n T q q nq -=++++①()()2122221n n n q T q q n qnq -=+++-+②①-②得()()221222221111n n nnq q ---=++++-=-- 所以()()()()222222222211122121(1)111nn n n n n n n q nq q nq T n n q q q q --=-=-=-+?=-+----. 所以()()222212121242n n n n e e n e n +++++?=-++. 【典例5】已知数列{}n a 的各项均为正数，对任意*n ∈N ，它的前n 项和n S 满⾜()()1126n n n S a a =++，并且2a ，4a ，9a 成等⽐数列. （1）求数列{}n a 的通项公式；（2）设()111n n n n b a a ++=-，n T 为数列{}n b 的前n 项和，求2n T .【思路引导】（1）根据n a 与n S 的关系，利⽤临差法得到13n n a a --=，知公差为3；再由1n =代⼊递推关系求1a ；（2）观察数列{}n b 的通项公式，相邻两项的和有规律，故采⽤并项求和法，求其前2n 项和. 解：（1）Q 对任意*n ∈N ，有() ()1126n n n S a a =++，①∴当1a =时，有()()11111126S a a a ==++，解得11a =或2. 当2n ≥时，有()()1111126n n n S a a ---=++.②①-②并整理得()()1130n n n n a a a a --+--=. ⽽数列{}n a 的各项均为正数，13n n a a -∴-=.当11a =时，()13132n a n n =+-=-，此时2429a a a =成⽴；当12a =时，()23131n a n n =+-=-，此时2429a a a =，不成⽴，舍去.32n a n ∴=-，*n ∈N .（2）2122n n T b b b =+++=L 12233445221n n a a a a a a a a a a +-+-+-L()()()21343522121n n n a a a a a a a a a -+=-+-++-L242666n a a a =----L ()2426n a a a =-+++L246261862n n n n +-=-?=--.【典例6】【2020届湖南省益阳市⾼三上学期期末】已知数列{}n a 的前n 项和为112a =，()1122n n n S a ++=-. （1）求2a 及数列{}n a 的通项公式；（2）若()1122log n n b a a a =L ，11n n nc a b =+，求数列{}n c 的前n 项和n T . 【思路引导】（1）利⽤临差法将递推关系转化成2112n n a a ++=，同时验证2112a a =，从⽽证明数列{}n a 为等⽐数列，再利⽤通项公式求得n a ；（2）利⽤对数运算法则得11221nn c n n ??=+- ?+??，再⽤等⽐数列求和及裂项相消法求和，可求得n T 。

数列与函数相结合的题型求解方法在解数列综合题中经常碰到与函数相结合的题目，对于这类题目不少学生感到难度较大，其主要原因是有的学生难以运用函数知识进行解题。

本文通过具体的例子来说明这类题型的求解方法。

1．与一次函数相结合例1．设数列{an}的前n项之和是，a, b是常数，且b≠a。

(1)证明：数列{an}是等差数列；(2)证明：以为坐标的点Pn(n=1,2,3,……）都在同一直线上，并写出此直线方程。

（1993年上海高考题）分析：要证数列{an }是等差数列，只要证an=kn+t (其中k, t是常数)，即数列的通项是关于n的一次函数即可，∵ Sn=an+bn(n-1), ∴即∴an =a+2(n-1)b，从而数列an的通项是关于n的一次函数，所以数列{an}是等差数列。

(2)要证以为坐标的点Pn(n=1,2,3,……）都在同一直线上，只要证Pn(n≥2且n∈N)与第一点连线的斜率为定值即可。

因为，所以，以为坐标的点Pn(n=1,2,3,……）都在过(a, a-1)且斜率为的同一直线上，所以所求的直线方程为，即x-2y+a-2=0。

2．与二次函数相结合例2．在直角坐标平面上有一点列P1(a1,b1),P2(a2,b2),P3(a3,b3),……,Pn(an,bn),……,对每一个自然数n,点P n (an,bn)在函数y=x2的图象上，且点Pn(an,bn),点A(n,0),点B(n+1,0)，构成一个以点Pn(an,bn)为顶点的等腰三角形。

(1)求对每一个自然数n，以点Pn 纵坐标构成的数列bn的通项公式；(2)令，求的值。

分析：(1) 由Pn A=PnB可得。

又∵ Pn (an,bn)在函数y=x2的图象上，∴.(2)∵ ,∴3．与指数函数相结合例3．在xOy平面上有一点列P1(a1,b1),P2(a2,b2),P3(a3,b3),……,Pn(an,bn),……对每一个自然数n，点P n (an,bn)在函数y=的图象上，且点Pn(an,bn)，点(n,0)与点(n+1,0)构成一个以点P n (an,bn)为顶点的等腰三角形。

压轴解答题第五关 以数列与不等式相结合的综合问题【名师综述】数列与不等式交汇主要以压轴题的形式出现，试题还可能涉及到与导数、函数等知识综合一起考查．主要考查知识重点和热点是数列的通项公式、前n 项和公式以及二者之间的关系、等差数列和等比数列、归纳与猜想、数学归纳法、比较大小、不等式证明、参数取值范围的探求，在不等式的证明中要注意放缩法的应用．此类题型主要考查学生对知识的灵活变通、融合与迁移，考查学生数学视野的广度和进一步学习数学的潜能．近年来加强了对递推数列考查的力度，这点应当引起我们高度的重视．预计在高考中，比较新颖的数列与不等式选择题或填空题一定会出现．数列解答题的命题热点是与不等式交汇，呈现递推关系的综合性试题．其中，以函数与数列、不等式为命题载体，有着高等数学背景的数列与不等式的交汇试题是未来高考命题的一个新的亮点，而命题的冷门则是数列与不等式综合的应用性解答题．类型一 求数列中的最值问题典例1 已知等比数列{}n a 的公比为()1λλ>，且11a =，数列{}n b 满足11n n n b b a λ++-=-，111b λ=-． （1）求数列{}n b 的通项公式．（2）规定：[]x 表示不超过x 的最大整数，如[]1.22-=-，[]2.12=．若2λ=，122n n c b n =+-，记()1232n n T c c c c n =+++⋅⋅⋅+≥ 求2221n n n T T T ⎡⎤-+⎢⎥-⎣⎦的值，并指出相应n 的取值范围．【来源】2021年浙江省新高考测评卷数学（第三模拟）【答案】（1）11n n b n λλλλ=-+--，*n N ∈；（2）当2n =时，22231nn n T T T ⎡⎤-+=⎢⎥-⎣⎦；当3n ≥时，22221n n n T T T ⎡⎤-+=⎢⎥-⎣⎦．【解析】（1）由题意得()11n na λλ-=>，则()11n n nb b λλλ+-=->，当2n ≥时，()()()112211n n n n n b b b b b b b b ---=-+-+⋅⋅⋅+-+，()()()12111n n λλλλλλλ--=-+-+⋅⋅⋅+-+-()()121111n n n λλλλλ--=++⋅⋅⋅+--+-11nn λλλλ=-+--， 又由111b λ=-，符合上式， 因此11nn b n λλλλ=-+--，*n ∈N ．（2）由（1）知，当2λ=时，1102221n n n c b n ==>+--．易知2n =时，21243T c c =+=，此时22210313n n n T T T ⎡⎤-+⎡⎤==⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦；3n =时，31233121T c c c =++=，此时2221012212110n n n T T T ⎡⎤-+⎡⎤=++=⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦； 当3n ≥时，3n T T ≥，因为2n ≥时，113212n n n c +=<-， 所以1341111182111317131311122242412n n n n T -+-⎡⎤⎛⎫-⎢⎥ ⎪⎡⎤⎡⎤⎝⎭⎢⎥⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎣⎦<+++⋅⋅⋅+=+⨯=+-<⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦-，因此374n T T ≤<， 令1n x T =-，则103,214x ⎡⎫∈⎪⎢⎣⎭，22211111n n n n n T T T x T T x -+=-+=+--， 利用对勾函数的单调性，得125,12x A x ⎛⎤+∈ ⎥⎝⎦（其中10122110A =++）， 从而22221n n n T T T ⎡⎤-+=⎢⎥-⎣⎦．综上，当2n =时，22231n n n T T T ⎡⎤-+=⎢⎥-⎣⎦；当3n ≥时，22221n n n T T T ⎡⎤-+=⎢⎥-⎣⎦．【名师指导】数列与函数、不等式综合问题的求解策略：1、已知数列的条件，解决函数问题，解决此类问题一把要利用数列的通项公式，前n 项和公式，求和方法等对于式子化简变形，注意数列与函数的不同，数列只能看作是自变量为正整数的一类函数，在解决问题时要注意这一特殊性；2、解决数列与不等式的综合问题时，若是证明题中，则要灵活选择不等式的证明方法，如比较法、综合法、解析法、放缩法等，若是含参数的不等式恒成立问题，则可分离参数，转化为研究最值问题来解决. 【举一反三】在数1和100之间插入n 个实数，使得这2n +个数构成递增的等比数列，将这2n +个数的乘积记作n T ，再令lg n n a T =，1n ≥． （1）求数列{}n a 的通项公式；（2）设1221212(1)n nn n n a b a a --+=-，设数列{}n b 的前n 项和为n S ，1n nnT S S =-，求n T 的最大项和最小项． 【答案】（1）2n a n =+；（2）最大项为1161120T =-，最小项为242584T =-． 【解析】（1）设这2n +个数构成递增的等比数列{}n t 各项分别为12312,,,n n t t t t t ++，则这2n +个数的乘积12312nn n T t t t t t ++=⋅⋅⋅①， 21321n n n nT t t t t t t ++=⋅⋅⋅⋅⋅②，由等比数列的性质可得 122133100n n n k n k t t t t t t t t +++-⋅=⋅=⋅⋅=⋅=①②两式相乘可得()222210010n n nT ++==，所以210n n T +=，()1n ≥，得2lg lg102n n n a T n +===+，(*)n N ∈．（2）1122121212121212(1)(1)n n n n n nn n n n a a a b a a a a ---+-+-++⋅=-⋅=-1121211111(1)(1)2123n n n n a a n n --+-⎛⎫⎛⎫⋅=⋅ ⎪ ⎪+⎝⎭⎝++⎭=--+，当2n k =时，1111111123557212332369n n S n n n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-++⋯++=-= ⎪ ⎪ ⎪++++⎝⎭⎝⎭⎝⎭， 当21n k =-时，11111111263557212332369n n S n n n n +⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-++⋯++=+= ⎪ ⎪ ⎪++++⎝⎭⎝⎭⎝⎭， 2,2,6926,21,69n nn k k Z n S n n k k Z n ⎧=∈⎪⎪+∴=⎨+⎪=-∈⎪+⎩，则当2n k =时，11323nS n =-+单调递增，所以1ny S =单调递减， 1n n nT S S =-单调递增，所以2n =时，n T 最小为222142142521484T S S =-=-=- 当n →+∞时，116911981933232323232321n n n T n S S n n n n n n=-+--=-=--=---+++ 所以83n T <-当21n k =-时，11323n S n =++单调递减，所以1n y S =单调递增， 1n n nT S S =-单调递减，所以1n =时，n T 最大为1111815161158120T S S =-=-=-， 当n →+∞时，116911981933232632326326132n n n n n n S n T n S n n ++-=+-+=-+++++++-=+= 所以83n T >- 所以最大值为1161120T =-，最小值为222142584T S S =-=-． 类型二 求有数列参与的不等式恒成立条件下参数问题典例2 函数()[)e cos ,0,xf x a x x ∞=∈+，记n x 为()f x 的从小到大的第*(N )n n ∈个极值点.(1)证明：数列{()}n f x 是等比数列；(2)若对一切*N ,()n n n x f x ∈≤恒成立，求a 的取值范围.【答案】(1)证明见解析； (2)22[,)ππ-+∞.【解析】(1)由题()2e cos 4xf x a x π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭'，令()0f x '=，求出函数的极值点，根据等比数列定义即可得到结果；(2)342e 34n n ππππ-≤-恒成立问题，设()e (0)tg t t t =>，然后运用导数知识得到()min n g x ⎡⎤⎣⎦，由()min 2n g x ⎡⎤≤⎣⎦，得到a 的取值范围. (1)()e cos e sin 2e cos 4x x xf x a x a x a x π⎛⎫=-=+ ⎪⎝⎭'，令()0f x '=，由0x ≥，得42x m πππ+=-，即*3,N 4x m m ππ=-∈， 而对于cos 4x π⎛⎫+ ⎪⎝⎭，当Z k ∈时，若22242k x k πππππ-<+<+，即32244k x k ππππ-<<+，则cos 04x π⎛⎫+> ⎪⎝⎭；若322242k x k πππππ+<+<+，即52244k x k ππππ+<<+，则cos 04x π⎛⎫+< ⎪⎝⎭；因此，在区间()31,4m m πππ⎛⎫-- ⎪⎝⎭与()3,,44m m f x ππππ⎛⎫-+ ⎪⎭'⎝上的等号总相反， 于是当*3,N 4x m m ππ=-∈时，()f x 取得极值， ∴*3,N 4n x n n ππ=-∈， 此时，()3314432ecos (1)e 42n n n nf x a n a ππππππ--+⎛⎫=-=- ⎪⎝⎭， 易知()0n f x ≠，而()()()312413142(1)e2e 2(1)en n n n n n f x f x a πππππ+-++-+-==--是常数， 故数列(){}n f x 是首项为()412e f x π=，公比为e π-的等比数列﹒(2)对一切()*N ,n n n x f x ∈≤恒成立，即3432e 4n n ππππ--≤342e 34n n ππππ-≤-恒成立， 设()e (0)tg t t t =>，则()()2e 1t t g t t-='，今()0g t '=得1t =， 当01t <<时，()0g t '<，∴()g t 在区间()0,1上单调递减； 当1t >时，()0g t '>，∴()g t 在区间()1,+∞上单调递增；∵()0,1n x ∈，且当2n ≥时，()11,,n n n x x x ∞+∈+<， ∴()()()212min54min ,min ,e 444n g x g x g x g g g πππππ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎡⎤⎡⎤==== ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦， 因此，()*N ,n n n x f x ∈≤恒成立，当且仅当224e a ππ≤，解得22e 4a ππ-≥， 故实数a 的取值范围是22e ,4ππ∞-⎡⎫+⎪⎢⎪⎣⎭﹒ 【点睛】解决数列与函数的综合问题时，如果是证明题要根据等比数列的定义明确证明的方向，如果是不等式恒成立问题，要使用不等式恒成立的各种不同解法，如变量分离法、最值法、因式分解法等，总之解决这类问题把数列看做特殊函数，并把它和不等式的知识巧妙结合起来综合处理就行了．【举一反三】已知数列{}n a 为等差数列，12a =，其前n 项和为n S ，数列{}n b 为等比数列，且()2112233124n n n a b a b a b a b n +++++=-⋅+对任意的*n N ∈恒成立.(1)求数列{}n a 、{}n b 的通项公式；(2)是否存在p ，*q N ∈，使得()2222020p q a b +-=成立，若存在，求出所有满足条件的p ，q ；若不存在，说明理由；(3)是否存在非零整数λ，使不等式122111111cos 21n nn a a a a a πλ+⎛⎫⎛⎫⎛⎫---<⎪⎪⎪+⎝⎭⎝⎭⎝⎭*N n ∈都成立？若存在，求出λ的值；若不存在，说明理由.【答案】(1)2,2nn n a n b ==；(2)不存在，理由见解析； (3)存在，1λ=±. 【解析】（1）法1，由题设可得114a b =，112220a b a b +=，11223368a b a b a b ++=，利用等差、等比数列的通项公式列方程求基本量，进而可得{}n a 、{}n b 的通项公式；法2：作差法可得()1·22n n n a b n n +=，令n a kn b =+，结合等差、等比数列的性质求参数，即可得通项公式.（2）假设存在p ，*q N ∈满足条件，则22485012q p p -+-=，根据左侧的奇偶性确定q ，进而求p ，即可确定存在性.（3）由()11cos12n n a π++=-，设1211111111n n n c a a a a =⎛⎛⎫⎛⎫--⋯-+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝()11n n c λ+-<，作商法判断{}n c 单调性，讨论n 的奇偶性结合恒成立求λ的范围，进而可判断存在性. (1)法1：设数列{}n a 的公差为d ，数列{}n b 的公比为q .∵()21122331?24n n n a b a b a b a b n ++++⋯+=-+， 令1n =，2，3得：114a b =，112220a b a b +=，11223368a b a b a b ++=，又12a =，∴112233221648a b a b a b =⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=⎩，即()()()()2221622248d q d q ⎧+=⎪⎨+=⎪⎩，解得：236d q ⎧=-⎪⎨⎪=⎩或22d q =⎧⎨=⎩. 经检验2d =，2q =符合题意，2,63d q =-=不合题意，舍去.∴2,2n n n a n b ==.法2：由()21122331?24n n n a b a b a b a b n ++++⋯+=-+①， 则()()1112233112?242n n n a b a b a b a b n n +--+++⋯+=-+②， ①-②得，()1·22n n n a b n n +=，又114a b =，也符合上式， ∴()1*·2n n n a b n n N +=∈， 由于{}n a 为等差数列，令n a kn b =+，则1·2n n n b kn b+=+，∵{}n b 为等比数列，则()()()1211n n n k n b b q b n kn b -⎡⎤-+⎣⎦==-+（为常数），即()()22220qk k n bq kq b k n qb -+--+-=恒成立，∴2q =，0b =，又12a =，则2k =，故2,2nn n a n b ==；(2)假设存在p ，*q N ∈满足条件，则()24422020q p +-=，化简得22485012q p p -+-=， 由*p N ∈得，248501p p +-为奇数，故22q -为奇数，故2q =. ∴2485011p p +-=，即2242510p p +-=，可得2506p -±=，这与*p N ∈矛盾，∴不存在满足题设的正整数p ，q ；(3)由2n a n =，得()()11coscos 112n n a n ππ++=+=-， 设1211111111n n n c a a a a =⎛⎛⎫⎛⎫--⋯-+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝()11.n n c λ+-< ()()212111214841121234831231122n n n n n a c n n n c n n n n n a n a +++++++====>++++-+-+ +⎝⎝，由0n c >，则1n n c c +>，数列{}n c 单调递增. 假设存在这样的实数λ，使得不等式()11n n c λ+-<对一切*N n ∈都成立，则①当n 为奇数时，得()123n min c c λ<==②当n 为偶数时，得()285n min c c λ-<==85λ>综上，8523λ⎛∈ ⎝⎭，由λ是非零整数，则存在1λ=±满足条件. 类型三 数列参与的不等式的证明问题典例3 对于给定的正整数m 和实数α，若数列{}n a 满足如下两个性质：①12m a a a α++⋅⋅⋅+=；②对*n N ∀∈，+=n m n a a ，则称数列{}n a 具有性质()m P α.(1)若数列{}n a 具有性质2(1)P ，求数列{}n a 的前10项和；(2)对于给定的正奇数t ，若数列{}n a 同时具有性质4(4)P 和()t P t ，求数列{}n a 的通项公式； (3)若数列{}n a 具有性质()m P α，求证：存在自然数N ，对任意的正整数k ，不等式12N N N k a a a k mα+++++⋅⋅⋅+≥均成立.【来源】北京市东城区2022届高三上学期期末统一检测数学试题 【答案】(1)5(2)1n a = (3)证明见解析 【解析】（1）根据题意得到当n 为奇数时，1n a a =，当n 为偶数时，2n a a =，从而()110255S a a +==；（2）根据题干条件得到21n n n a a a ++==，故{}n a 为常数列，结合12344a a a a +++=求出1n a =；（3）对要证明的不等式变形，构造n n b ma α=-，研究其性质，证明出结论.(1)由题意得：121a a +=，2n n a a +=，则当n 为奇数时，1n a a =，当n 为偶数时，2n a a =，所以数列{}n a 的前10项和()110255S a a +==；(2)由题意得：12344a a a a +++=，4n n a a +=，对于给定的正奇数t ，12t a a a t ++⋅⋅⋅+=，对*n N ∀∈，n t n a a +=，则令21t k =-，k *∈N ，得：2221214n n k k n k n a a a a +++-+-+===，11212n n k n k n a a a a +++-+===，综上：{}n a 为常数列，由12344a a a a +++=可得：1n a = (3)要证12N N N k a a a k mα+++++⋅⋅⋅+≥，只需证12N N N k a a a k m α+++++⋅⋅⋅+≥⋅，即证120N N N k a a a m m m ααα+++⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+-+⋅⋅⋅+-≥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭，令数列n n b ma α=-，由于{}n a 具有性质()m P α，即12m a a a α++⋅⋅⋅+=，对*n N ∀∈，+=n m n a a ，则12120m mb b b a a a mmmααα++⋅⋅⋅+=-+-+⋅⋅⋅+-=，对*n N ∀∈，n m n m n n b mmb a a αα++=--==，所以{}n b 具有性质(0)m P ，令()123i i S b b b b i N *=+++∈，设12,,m S S S 的最小值为()1N S N m ≤≤，对*k N ∀∈，令N k pm r +=+，,,0p r N r m ∈<≤，由于{}n b 具有性质(0)m P ，则有0pm S =，所以123123N k pm r pm pm pm pm pm r r r N S S S b b b b b b b b S S ++++++==+++++=++++=≥，所以0N k N S S +-≥，所以12N N N k a a a k mα+++++⋅⋅⋅+≥成立【举一反三】数列{}n a 满足()*121224N 2n n n a a na n -+++=-∈， (1)求3a 的值；(2)求数列{}n a 前n 项和n T ； (3)令11b a =，()11111223n n n T b a n n n -⎛⎫=++++⋅⋅⋅+≥ ⎪⎝⎭，证明：数列{}n b 的前n 项和n S 满足22ln n S n <+． 【答案】(1)14；(2)1122n -⎛⎫- ⎪⎝⎭；(3)证明见解析.【解析】(1)根据已知条件，分别取n ＝1，2，3即可依次算出123,,a a a ； (2)用作差法求出{}n a 的通项公式，再求其前n 项和；(3)求123,,S S S ，猜想n S ，用数学归纳法证明n S ；用导数证明()ln 1(0)1xx x x<+>+，令1x n =，得11ln 11n n ⎛⎫+> ⎪+⎝⎭，用这个不等式对n S 放缩即可得证. (1)依题()()312312312132223323244224a a a a a a --++⎛⎫=++-+=---= ⎪⎝⎭， 314a ∴=； (2)依题当2n ≥时，()()121211212122144222n n n n n n n n nna a a na a a n a ----++⎛⎫⎡⎤=++-++-=---= ⎪⎣⎦⎝⎭， 112n n a -⎛⎫∴= ⎪⎝⎭，又1012412a +=-=也适合此式， 112n n a -⎛⎫∴= ⎪⎝⎭，∴数列{}n a 是首项为1，公比为12的等比数列，故1111221212nn n T -⎛⎫- ⎪⎛⎫⎝⎭==- ⎪⎝⎭-； (3)111b a ==，1111S b T ∴==⨯， 1221122T b a ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭， ()1212121221111112222T S S b T a T a T ⎛⎫⎛⎫⎛⎫∴=+=+++=++=+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭， ()2323232331111111111123232323T S S b T a T a T ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+=+++++=+++=++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭，猜想：1112n n S T n ⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭① 下面用数学归纳法证明： (i)当n ＝1，2时，已证明①成立；(ii)假设当n k =时，①成立，即1112k k S T k ⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭.从而1111111112121k k k k k k T S S b T a k k k +++⎛⎫⎛⎫=+=++++++++ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭ ()111121kk T a k +⎛⎫=++++ ⎪+⎝⎭111121k T k +⎛⎫=+++⎪+⎝⎭. 故①成立. 先证不等式()ln 1(0)1xx x x<+>+ ②令()()ln 11xg x x x=+-+， 则()22110(0)1(1)(1)x g x x x x x '=-=>>+++. ()()00(0)g x g x ∴>=>，即②成立.在②中令1x n =，得到111ln 1111n n n n ⎛⎫+>=⎪+⎝⎭+ ③ 当1n =时，12S <； 当2n 时，由①及③得：1112n n S T n ⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭ 111ln2ln 1ln 121n T n ⎡⎤⎛⎫⎛⎫<++++++ ⎪ ⎪⎢⎥-⎝⎭⎝⎭⎣⎦ ()()111ln2ln3ln2(ln ln 122n n n -⎛⎫⎡⎤=++-++--- ⎪⎣⎦⎝⎭()21ln n <+. 证明完毕.【精选名校模拟】1．已知数列{}n a 满足113a =，11113n n na a +++=． （1）证明：数列1134n na +⎧⎫-⎨⎬⎩⎭为等比数列，并求数列{}n a 的通项公式；（2）求证：1235n a a a ++⋅⋅⋅+<． 【来源】2021年浙江省新高考测评卷数学（第六模拟）【答案】（1）证明见解析；()14331nn n a -=⎡⎤+-⎣⎦；（2）证明见解析． 【解析】（1）因为11113n n n a a +++=，所以2211111313131334444n n n n n n n n n a a a a ++++++⎛⎫-=--=-+=-- ⎪⎝⎭， 又119933444a -=-=，所以数列1134n n a +⎧⎫-⎨⎬⎩⎭是以34为首项，1-为公比的等比数列， 所以()11133144n n n a +--=⋅-，即()113314n n n a -⎡⎤=+-⎣⎦，故()14331n n n a -=⎡⎤+-⎣⎦． （2）由113a =，216a =，得121325a a +=<，当4n ≥且n 为偶数时，11111141143341133131333231333n n n n n n n n n n na a ------+⎛⎫⎛⎫+=+=⋅<+ ⎪⎪+-⋅+⋅-⎝⎭⎝⎭， 所以1234111411113633333n n n a a a -⎛⎫++⋅⋅⋅+<++⨯++⋅⋅⋅++ ⎪⎝⎭114123132712322754513+⨯=+=<<-； 当3n ≥且n 为奇数时，1n +为偶数，则12135n n a a a a +++⋅⋅⋅++<，由于0n a >，则1235n a a a ++⋅⋅⋅+<．综上，1235n a a a ++⋅⋅⋅+<．2．已知数列{}n a 是正项等比数列，且12a =，32111a a -=，若数列{}n b 满足114b =，11n n n b b a +=+． （1）求数列{}n a 和{}n b 的通项公式； （2）已知111n n n nc a b b ++=⋅⋅，记12n n S c c c =++⋅⋅⋅+．若28n S nλ>-恒成立，求实数λ的取值范围．【来源】2021年浙江省新高考测评卷数学（第七模拟） 【答案】（1）212n n a -=，()1214n n b =-；（2）24,5⎛⎫+∞⎪⎝⎭． 【解析】（1）设数列{}n a 的公比为q ，则0q >， 因为12a =，32111a a -=，所以211122q q -=，即21120q q --=，解得1q =-（舍去）或12q =，故数列{}n a 的通项公式为1211222n n n a --=⨯=． 因为11n n nb b a +=+，所以212n n n b b -+-=， 又114b =，所以当2n ≥时，()()()312132111242n n n n b b b b b b b b --=+-+-+⋅⋅⋅+-=++⋅⋅⋅+()()1121421124n n -==--．经检验，114b =也满足上式，所以()1214n n b =-．（2）由（1）得，()()()()11111128212121212116n nn nn n n n n n c a b b -++++⋅===⋅⋅-⋅--⋅- ()()()()1118212111821212121n nn n nn +++⎡⎤⋅---⎛⎫⎣⎦==- ⎪---⋅-⎝⎭，所以12122311111118212121212121n n n n S c c c +⎛⎫=++⋅⋅⋅=-+-+⋅⋅⋅+- ⎪------⎝⎭111111*********n n ++⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭． 又28n S n λ>-恒成立，所以21821n n λ+>-恒成立．设()2121n n f n +=-，*N n ∈，则()()()()()()()22122121212211*********n n n n n n n n n n f n f n +++++-++⋅-+++-=-=----． 易知当2n ≤时，()()10f n f n +->；当3n ≥时，()()10f n f n +-<． 于是()()()()()12345f f f f f <<>>>⋅⋅⋅，所以()()max 335f n f ==，所以实数λ的取值范围是24,5⎛⎫+∞ ⎪⎝⎭． 3．已知数列{n a }的前n 项和为n S 且满足2n S =3n a -n . (1)求{n a }的通项公式； (2)证明：1211132n a a a +++<. 【来源】重庆市育才中学2022届高三上学期一诊模拟（三）数学试题 【答案】(1)312n n a -=(2)证明见解析 【解析】（1）利用11,1,2n nn S n a S S n -=⎧=⎨-≥⎩得到递推公式，再构造等比数列求出通项公式；（2）等比放缩，证明不等式.(1)因为2n S =3n a -n . 所以12n S +=13n a +-n -1，所以所以1111313222n n n a a a +⎛⎫+=++=+ ⎪⎝⎭， 所以12n a ⎧⎫+⎨⎬⎩⎭是首项为11322a +=，公比为3的等比数列.所以1322nn a +=，所以312n n a -=；(2)证明： ，122321211·11313313331133n n n n n n n n -==⋅⋅=----，.4．已知实数列{n a }，{}n b |满足11,1a p b ==．数列{n n a b }是公差为p 的等差数列，数列n n a b ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是公比为p 的等比数列．(1)若2p =，求数列{n a }的通项公式；(2)记数列2{}n a ，2{}n b 的前n 项和分别为n S ，n T ．若2p ≥，证明：()*2211,N 1n n nS T n ap ->-∈-．【来源】浙江省“数海漫游”2021-2022学年高三上学期第二次联考数学试题 【答案】(1)122n n a n +，*N n ∈；(2)证明见解析.【解析】（1）由题设可得2n n a b n =，2n nna b =，两式相乘并结合12a =即可确定{n a }的通项公式； （2）由（1）易知21n n a n p +=⋅，21n n nb p -=，应用错位相减法求n S ，n T ，进而可得222211)11(1[(1)]1(1)n n nnnS T p p p p p p a n +-=+-⋅---，根据单调性和已知条件，对右式放缩处理即可证结论. (1)由题设，{n n a b }是首项、公差均为2的等差数列，n n a b ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是首项、公比均为2的等比数列，∴2n n a b n =，2n nna b =，则212n n a n +=⋅，故122n n a n +=，而12a =，∴122n n a n +=，*N n ∈.(2)由题设易知：21n n a n p +=⋅，21n n nb p -=， 23112...n n S p p n p +=⨯+⨯++⋅，则341212...(1)n n n p p n p pS n p ++=⨯+⨯++-⋅+⋅，所以223122((.))111..n n n n n p p p p pn pn p S p p +++-=+++-⋅=---，故222(1)(1)1n n n p p p S np p+-=---，则22(1)1(1)n n n n p p p p S np a p -=--- 01112...n n n T p p p -=+++，则121121...n n n T n np p p p p--=++++， 所以011111111(1)...11nn n n n n n p T p p p p p p p---=+++-=--，故22(1)(1)(1)n n n n p p np T p p p p -=---，则2222(1)1(1)(1)n n n n n T p p np p p p a -=--- 222211)11|(1[(1)]|1(1)n nnn nS T p p a p p n pp +-=+-⋅---，2p ≥，*N n ∈， 而21221)11(1[(1)]1(1)n n p p p p n p p ++-⋅-=--212(1)11[]01(1)(1)1n n p n p p n p np p p +--++>---恒成立， 当p 趋向于无穷大时，211n p +、21n p趋向于0，故222211)11(1[(1)]1(1)n n nnn S T p p p p p p a n +-=+-⋅---211(1)p p p p n >-⋅--， 又211(1)p p p p n -⋅--在*N n ∈上递增，所以222111(1)(1)n n n S T p p a p p p ->-=----，得证. 5．已知数列{}n a 满足1222n n a a a a =-，*n N ∈．(1)证明：数列11n a ⎧⎫⎨⎬-⎩⎭是等差数列，并求数列{}n a 的通项公式；(2)记12n n T a a a =，*n N ∈，22212n n S T T T =++．证明：当*n N ∈时，11243n n S a +>-．【来源】安徽省淮南市2022届高三上学期一模理科数学试题 【答案】(1)证明见解析；()*12n n a n N n +=∈+;(2)证明见解析【解析】（1）对题干条件变形整理为1111(2)11n n n a a --=≥--，根据定义即可证明，并求出通项公式；（2）放缩法和裂项相消法进行证明. (1)当1n =时，1122a a =-，123a = 当2n ≥时，1222n n a a a a =-；121122n n a a a a --=-相除得11(2)1nn n a a n a --=≥- 整理为：1111(2)111n n n na n a a a -==-≥---，即1111(2)11n n n a a --=≥--， 11n a ⎧⎫∴⎨⎬-⎩⎭为等差数列，公差1d =，首项为1131a =-；所以()13121n n n a =+-=+-，整理为：()*12n n a n N n +=∈+，经检验，符合要求.(2)由（1）得：()*12n n a n N n +=∈+． 1222n n T a a a n ==+， 2244114(2)(2)(3)23n T n n n n n ⎛⎫∴=>=- ⎪+++++⎝⎭， 22212111112441342333n n S T T T n n n ⎛⎫⎛⎫∴=++>-++-=-- ⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭112224333n n n S a n ++∴>-=-+， 所以，当*n N ∈时，11243n n S a +>-．6．[]x 表示不超过x 的最大整数，正项数列{}n a 满足11a =，2212211n n n na aa a --=-.(1)求数列{}n a 的通项公式n a ； (2)求证：[]2222321log (2)2n a a a n n +++>>； (3)已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，求证：当2n >时，有2312212log 2123n n n S S a n ⎫+<++⎪⎭.【答案】(1)n a n=证明见解析.(3)证明见解析. 【解析】 （1）由已知得221111n n a a --=，由等差数列的定义得21n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是以1为首项1为公差的等差数列，由此可得数列的通项； （2）由已知得1122=，221111134222+>+=，⋯，4441111111910162222++⋯+>++⋯+=，设1122m n k -=++⋯++，其中k ，m N ∈且102m k +<，有()11111232m n ++⋯+>+，由21log 2m n m +<+，可得证；（3）由已知得2211n n n S S n n -=，当2n >时，2211n n n S S n n --=- ，22112111n n n S S n n ----=--， ⋯ ，22221122S S -=-，累加得：232111122323n n S n n ⎛⎫-=-++⋯+ ⎪⎝⎭，由（2）的结论可得证. (1)解：2212211n n n n a a a a --=-，221111n n a a -∴-=， 2111a = ，21n a ⎧⎫∴⎨⎬⎩⎭是以1为首项1为公差的等差数列，21n n a ∴=， n a n∴=； (2)证明：2222311123n a a a n++⋯+=++⋯+， 1122=，221111134222+>+=，⋯，4441111111910162222++⋯+>++⋯+=，设1122m n k -=++⋯++，其中k ，m N ∈且102m k +<， 则()11111232m n ++⋯+>+， 又112222m m m n k +++=+<，从而21log 2m n m +<+，[]2log 1n m ∴=+，所以[]21111log 232n n ++⋯+>，[]2222321log (2)2n a a a n n ∴++⋯>>； (3)证明：1n a n =，1n n S S n-∴=，2211n n n S S nn -∴= ∴当2n >时，2211n n n S S nn --=， 22112111n n n S S n n ----=---， ⋯ ， 22221122S S -=-， 累加得：232111122323n n S n n ⎛⎫-=-++⋯+ ⎪⎝⎭，由（2）结论有[]2322112log 223n n S n n -<-[]()231221121log 22123n n S n n ∴+<-+312212log 2123n n n <-31222log 123n n a n =+ ，故得证. 7．已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，点(n ，()*)n S n N ∈在函数2y x =的图象上，数列{}n b 满足()1*1622,n n n b b n n N +-=+∈，且113b a =+(1)求数列{}n a 的通项公式；(2)证明列数12n nb ⎧⎫+⎨⎬⎩⎭是等比数列，并求数列{}n b 的通项公式； (3)设数列{}n c 满足对任意的*312123122,2222n n nn c c c c n N a b b b b +∈=+++⋯+++++均有成立，求1232010c c c c +++⋯+的值．【答案】(1)()*21n a n n N =-∈(2)证明见解析，()*62n n n b n N =-∈(3)()20112695+ 【解析】（1）利用11,1,2n nn S n a S S n -=⎧=⎨-≥⎩求解数列{}n a 的通项公式；（2）根据题干条件变形得到1113122n n n n b b --⎛⎫+=+ ⎪⎝⎭()2n ≥，从而得到结果；（3）求出()()181262n nn c n ⎧=⎪=⎨⨯⎪⎩，利用分组求和和等比数列求和公式进行求解. (1)点(),n n S 在函数2y x =的图象上，()2*n S n n N ∴=∈当1n =时，21111a S ===当2n 时，()221121n n n a S S n n n -=-=--=- 11a =也适合，{}n a ∴的通项公式为()*21n a n n N =-∈(2)∵()11622n n n b b n +-=+∴()1111116211333122222n n n n n n n n n b b b b n +-----+⎛⎫+=+=+=+ ⎪⎝⎭ ∵111134132bb a =+=∴+= ∴12n nb ⎧⎫+⎨⎬⎩⎭其首项为3，公比为3的等比数列 ∴113332n n nn b -+=⨯= ∴()*62n n n b n N =-∈(3)由（2）得26n nn b +=由题意得：n *∈N 均有，3111231232222n n nn c c c c a b b b b +=++++++++ ∴()3111231123122222n n n n c c c c a n b b b b ---=++++++++ ∴()1222nn n nn c a a n b +-==+ ∴()2226n nn n c b =+=⨯()2n又∵12132c a b ==+ ∴()11323618c b =+=⨯= ∴()()181262n nn c n ⎧=⎪=⎨⨯⎪⎩∴()234201012320101826666c c c c +++⋯+=++++⋯+ =()1232010626666++++⋯+=()20102011661261862615-⋅++⋅=-=()20112695+ 8．在等比数列{}n a 中，已知12a =，且2a ，13a a ，4a 依次是等差数列{}n b 的第2项，第5项，第8项. (1)求数列{}n a 和{}n b 的通项公式；(2)设数列{}2n n a a -的前n 项和为n S .（i ）求n S ； （ii ）求证：126ni i i ia b S =+<∑. 【来源】天津市南开区2021-2022学年高三上学期期末数学试题 【答案】(1)2n n a =，2n b n =；(2)（i ）()()1221213nn +--，（ii ）证明见解析. 【解析】(1)设出等比数列{}n a 的公比，根据已知条件列出方程求出此公比及等差数列{}n b 的公差，再列式即可作答. (2)(i)由(1)的结论结合分组求和方法即可计算n S ；(ii)利用(1)和(i)的结论，借助裂项相消法求出12ni i i ia b S =+∑即可作答. (1)设等比数列{}n a 的公比为q ，而等差数列{}n b 的第2项，第5项，第8项成等差数列，则()13242a a a a +=+， 即()2311112a a qa q a q +=+，解得2q，又12a =，于是得112n n n a a q -==，显然有224b a ==，8416b a ==，则等差数列{}n b 公差28282a d a -==-，2(2)2nb b n d n =+-=， 所以数列{}n a 和{}n b 的通项公式分别是2n n a =，2n b n =. (2)(i)由(1)得，()()2222123123n n n S a a a a a a a a =++++-++++()()232344442222n n =++++-++++()()()()14142122212114123n n nn +--=-=----.(ii)由(i)得，()()()11321212*********nn n n n n n n n a b n n S ++⋅++++⎛⎫==- ⎪----⎝⎭， 所以122334112233445123[()()()()]2121212121212121ni i n n i i a b n n S +=+++=-+-+-++---------∑123(2)621n n ++=-<-. 9．已知正项数列{}n a 的前n 项和为n S ，满足112n n n S a a ⎛⎫=+⎪⎝⎭． (1)求数列{}n a 的前n 项和n S ； (2)记1231111n n T S S S S =++++，证明：112n Tn n +< 【答案】(1)n S n 证明见解析 【解析】（1）根据1n n n a S S -=-，整理后2211n n S S --=，根据等差数列的性质可知{}2n S 是首项为1，公差为1的等差数列 （2）先对1nS 进行放缩，然后利用分母有理化进行裂项后求和. (1)解：由题意得：112n n n S a a ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭∴11112nn n n nS S S S S等式两边同乘()12n n S S --，得2221112221n n n n n n n S S S S S S S ----⋅=+-⋅+整理得2211n nS S --=，由111112S a a ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭，得211S =，即{}2n S 是首项为1，公差为1的等差数列∴2n S n =，n S n(2)12n S n n ==121n n n n n <<+++-∴12311111223341n n T S S S S n n =+++⋅⋅⋅+>++⋅⋅⋅++++++()22132431211n n n =⋅⋅⋅++=+∴)211n T n >+，12311112121321n n T S S S S n n =+++⋅⋅⋅+<++⋅⋅⋅++++-(21213212n n n =+⋅⋅⋅+-=∴2n T n < 112nT n n +<< 10．已知无穷数列{}n a 满足1a a =，112n n na a a +=-. （1）若2a =； （i ）求证：1152112n n n a --⎛⎫+≤+ ⎪⎝⎭≤；（ii ）数列{}n b 的前n 项和为n S 且122121n n n b a a +=--+，求证：1112nn S ⎛⎫-<< ⎪⎝⎭；（2）若对任意的*N n ∈，都有0n a >，写出a 的取值范围并说明理由. 【答案】（1）（i ）证明见解析，（ii ）证明见解析；（2）1a ≥. 【解析】（1）（i ）首先根据已知条件推出1n a +与n a 的大小关系，计算出111n n a a ---，然后求出12na +的取值范围，从而可使问题得证；（ii ）首先根据条件求出11111n n n b a a +=---，然后求出n S ，从而结合（i ）的结论使问题得证； （2）首先分1a >，1a =，1a <三种情况求出n a 的取值范围，当1a <时，求出111n na a +--的取值范围，从而可推出在00n a >时，当()0021log 01n n n n a a >+>-时，0n a <，不符合题意，即可求解a 的取值范围．【详解】（1）（i ）由112n n n a a a +=-可得11n n n na a a a +-=-， ①当1n =时，∵12a a ==，∴211110a a a a -=->，∴21a a >， ②假设n k =时，121k k a a a a +>>>>，则2k a ≥，∴1n k =+时，211110k k k k a a a a ++++-=->，21k k a a ++>，由①②可知对一切正整数n 都有1n n a a +>，∴()()21211211n n n n n n na a a a a a a ++----==，∴11211522,12n n n n n a a a a a +-+⎛⎤==+∈ ⎥-⎝⎦， ∴()()1111512112n n n a a a --⎛⎫-⋅<-≤- ⎪⎝⎭，∴1152112n n n a --⎛⎫+<+ ⎪⎝⎭≤，但当1n =时，111212a -+==，∴1152112n n n a --⎛⎫+≤+ ⎪⎝⎭≤．（ii ）∵()()12111n n n na a a a ++--=，∴()()1111112113121n n n n n n a a a a a a +⎛⎫==+ ⎪-+--+⎝⎭，∴13111121n n n a a a +=+--+， ∴11211112111n n n n n b a a a a ++=-=--+--， ∴12231111111111111n n n a a a a a S a +⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+-++- ⎪ ⎪ ⎪------⎝⎭⎝⎭⎝⎭1111111111n n a a a ++=-=----， 由（i ）知152112nn n a +⎛⎫+<+ ⎪⎝⎭≤，可得1211512n n n a +⎛⎫⎛⎫≤< ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭，即11121111215n nn a +⎛⎫⎛⎫-<-≤-< ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭， ∴1112nn S ⎛⎫-<< ⎪⎝⎭．（2）∵对任意的*N n ∈，都有0n a >， 且11n n n na a a a +-=-，∴显然0a >，由（1）证明知， ①若11a a =>，则10n n a a +->，∴1n n a a +>，∴0n a >； ②若11a a ==，则{}n a 为常数列，∴0n a >；③若11a a =<，则10n n a a +-<，∴1n a a ≤<， 又11121n n na a a +-=+-， 若00n a >，则0122n a +>，则1121n na a +->-， ∴()00112n nn n a a -->-⋅，∴当()001120n nn n a a -<--⋅<时，有0121n n n a ->-， ∴当0021log 1n n n a >+-时，0n a <，不符合题意． 综上可知，1a ≥.11．已知数列{}n a 的奇数项是首项为1，公差为d 的等差数列，偶数项是首项为2，公比为q 的等比数列.数列{}n a 的前n 项和为n S ，且满足34S a =，3542a a a +=+· （1）求数列{}n a 的通项公式；（2）设实数0M >，若对于任意*k N ∈，都有(]2120,k kS M a -∈，求M 的最小值. 【答案】（1）22,23,n n n n a n -⎧⎪=⎨⎪⨯⎩是奇数是偶数（2）1 . 【解析】（1）由题意可得11a =，22a =，因为34S a =，3542a a a +=+，所以12343542a a a a a a a ++=⎧⎨+=+⎩，即121211222d q d d q +++=⎧⎨+++=+⎩整理得：4232d qd q +=⎧⎨=⎩ 解得：23d q =⎧⎨=⎩，所以22,23,n n n n a n -⎧⎪=⎨⎪⨯⎩是奇数是偶数， ()()2113212422k k k S a a a a a a ---=+++++++()()12135212333k k -=++++-+⨯+++()()121113*********k k k k k --⨯-+-=+⨯=+--，221222323k k k a --=⨯=⨯，所以22121121113232213k k k k kS k a k ----==+⨯⨯+--，令()2112321k k f k -=+⨯-，则()()()22122231211132323k k k k k k k f k f k -+---+++-=-=⨯⨯⨯， 令()2223g k k k =-++，对称轴为12k =， 所以()2223g k k k =-++随k 的增大而减小，()130g =>，()222222310g =-⨯+⨯+=-<，所以()()21f f >，()()()234f f f >>>，所以2k =时，()2112321k k f k -=+⨯-最大值为()2112121223f =+=⨯-， 所以1M ≥，所以M 的最小值为1.12．已知数列{}n a 的前n 项和为{}n S ，12n n a S =-，数列{}n b 为等差数列，其前n 项和为{}n T ，11b =，1055T =（1）求,n n a b ；（2）证明：对*n N ∈，有112222212...2n nn a b a b a b T T T ++++++<. 【来源】浙江省宁波十校2021届高三下学期3月联考数学试题【答案】（1）13nn a ⎛⎫= ⎪⎝⎭；n b n =；（2）证明见解析.【解析】（1）由1-2n n a S =，得1112n n a S --=-，2n ≥上述两式相减得，-1--2n n n a a a =，即113n n a a -=，2n ≥．故{}n a 为等比数列，公比为13．又1111-21-2a S a ==，得113a =，得13nn a ⎛⎫= ⎪⎝⎭．设{}n b 的公差为d ，11b =，1055T =得104555d +=，即1d =，故n b n =．（2）证明：由（1），(1)2n n n T +=，故2222222112(21)3244(1)(1)(1)n n n n n n a b n T n n n n n n ++++=⋅<⋅=+++，又2222222221(1)11(1)(1)(1)n n n n n n n n n ++-==-+++，得222112(1)n n n a b T n n ⎡⎤+<-⎢⎥+⎣⎦，从而，112222222222121111121223(1)n n n a b a b a b T T T n n ⎛⎫++++++<-+-+⋯+- ⎪+⎝⎭21212(1)n ⎛⎫=-< ⎪+⎝⎭． 13．在①已知数列{}n a 满足：120n n a a +-=，38a =②等比数列{}n a 中，公比2q ，前5项和为62，这两个条件中任选一个，并解答下列问题. （1）求数列{}n a 的通项公式； （2）设n nnb a =数列{}n b 的前n 项和为n T ，若22022n T m >-对*n N ∈恒成立，求正整数m 的最大值. 【来源】山东省日照市2021届高三下学期一模数学试题【答案】选择条件①（1）2n n a =；（2）2022；选择条件②（1）2nn a =；（2）2022.【解析】（1）选择条件①，设等数列{}n a 的首项为1a .公比为q ，依题意，120n n a a +-=，得{}n a 为等比数列，所以，2q，38a =，解之得122q a =⎧⎨=⎩；∴2nn a =选择条件②，设等比数列{}n a 的首项为1a ， 公比2q.前5项和为62，依题意，2q，()51126212a -=-，解之得122q a =⎧⎨=⎩， ∴2nn a =.（2）因为2n n n n n b a ==， 所以231232222n n n T =+++⋅⋅⋅+① 2341123122222n n n T +=+++⋅⋅⋅+②1－②得2341111111111222222222n n n n n n n T ++=++++⋅⋅⋅+-=--， 所以222n n nT +=-.因为1112121220222n n n n n n n n T T +++++++⎛⎫⎛⎫-=---=> ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭， 所以数列{}n T 单调递增，1T 最小，最小值为12. 所以1220202m ⨯>-. 所以2023m <.故正整数m 的最大值为2022.14．已知等差数列{}n a 满足1235n n a a n ++=+. （1）求数列{}n a 的通项公式；（2）记数列11n n a a +⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和为n S .若*n ∀∈N ，24n S λλ<-+(λ为偶数)，求λ的值.【答案】（1）1n a n =+；（2）2λ=.【解析】（1）设等差数列{}n a 的公差为d ，因为1235n n a a n ++=+，所以122328,211,a a a a +=⎧⎨+=⎩即11328,3511,a d a d +=⎧⎨+=⎩解得12,1a d ==，所以2(1)1n a n n =+-=+.经检验，1n a n =+符合题设，所以数列{}n a 的通项公式为1n a n =+. （2）由（1）得，11111(1)(2)12n n a a n n n n +==-++++， 所以1111111123341222⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+-++-=-⎪ ⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭⎝⎭n S n n n . *n N ∈，∴12n S <，因为*n ∀∈N ，24n S λλ<-+，所以2142λλ-+，即27(2)2λ-. 因为λ为偶数，所以2λ=.15．已知等比数列{}n a 满足：1220a a +=，2380a a +=．。

数列与其他知识的交汇——数列与函数、数列与平面向量、数列与解析几何等，又0n a >且()1n f a ++)2n n a a +⨯()f x 是定义在(12n n S a =1n =时，a 10,0,a >∴2n ≥时，21n n a a ---0,n a >∴）ln q，即考点二数列是一种特殊的函数，故数列有着许多函数的性质．等差数列和等比数列是两种最基本、最常见的数列，它们是研究数列性质的基础，它们与函数、方程、不等式、三角等内容有着广泛的联系，等差数列和等比数列在实际生活中也有着广泛的应用，随着高考对能力要求的进一步增加，这一部分内容也将受到越来越多的关注．【温馨提醒】数列与三角函数的交汇问题也是一类常见问题，主要题型有两大类：一是在解三角形中，一些条件用数列语言给出，常见的如三角形三内角A，B，C成等差数列；已知等差数列{}n a 与等比数列{}n b 满足11221a b a b ==+=，直线l 上三个不同的点A ，B ，C 与直线l 外的点P 满足33PA a PB b PC =+，则数列11n n a a +⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和为（ ）A ．12n n -B ．23n n -C ．21n -D ．12n-【答案】A22nnd +=项和为n B ，试比较1+；（2）见解析；58n -⎛⎫< ⎪⎝⎭21n c -+2158n -⎛⎫+ ⎪⎝⎭．由此能够证明；）由∵1n n n a x x n +=-=，∴22n n d ++=112n n d --+=（2n ≥），而12{2n n n n +=，，()1121x n =++++-54554558428488n n n n ⨯-⨯-<<⨯-⨯-， 58n -⎛⎫< ⎪⎝⎭21n c -+ 258n ⎛⎫++ ⎪⎝⎭1n x n -=，∴)1+，22n nd +=112n n d --+=2），而1d =11 2n n +=≥，，，3412222n n d -+=++++124n ++-2426n +-=-．2-．1n n C -++212n nn Cn -++>+= 提升素养1121n AB AP AP AP AP AC -⋅+⋅+⋅⋅⋅+⋅，若给出四个数值：的值可能的共有（ ） C ．2个D ．3个1k AP AB kBP =+，则()111k AP AB k BP +=++， ()()1111k k AP AP AB k BP AB k BP +⎡⎤⋅=+⋅++⎣⎦()()(2221122121111,2,...,1,2k k k AB k AB BP k k BP k n k N n n+++++⋅++=-+=-∈所以1121n n T AB AP AP AP AP AC-=⋅+⋅+⋅⋅⋅+⋅ ()()(2111357...2112n AB AP n n+++++-⋅+--+()(()()11211n n AB AB BP n ++⎡-+⎣⋅++(111cos120n n +⨯⨯+()(1n -(n f n-+23n -+n f n -⎛+ ⎝1f n ⎛⎫++ ⎪⎝⎭)1n +，6.如图，在等腰直角三角形ABC 中，斜边22BC =.过点A 作BC 的垂线，垂足为1A ，过点1A 作AC 的垂线，垂足为2A ；过点2A 作1A C 的垂线，垂足为3A ；…，以此类推，设1BA a =，12AA a =，123A A a =，…，567A A a =，则7a =________.【答案】14【详解】在等腰直角三角形ABC 中，斜边22BC =，所以12AB AC a ===，1212222AA a AB a ===，1231222122A A a AA a ====，所以1122i i i i A A A A +++=，即3222n n a a ++=1++(n n =+-32n1)，+2(2n +-(2n ++-5211122n -⎫++⎪⎭211122n ⨯=＋10.已知{x n }是各项均为正数的等比数列，且x 1+x 2=3，x 3-x 2=2．（Ⅰ）求数列{x n }的通项公式；（Ⅱ）如图，在平面直角坐标系xOy 中，依次连接点P 1(x 1，1)，P 2(x 2，2)…P n +1(x n +1，n +1)得到折线P 1 P 2…P n+1，求由该折线与直线y =0，11n x x x x +==,所围成的区域的面积．【答案】(I)12.n n x -=（II ）(21)21.2n n n T -⨯+=n T))11212,n n --+-+⨯∴。

高考数学大题精做之解答题题型全覆盖高端精品第六篇函数与导数专题05函数与不等式相结合类型对应典例不等式证明典例1构造函数证明不等式典例2有关双变量的证明典例3函数与数列结合的证明典例4【典例1】已知21()ln 2x f x x ae x =+-．（1）设12x =是()f x 的极值点，求实数a 的值，并求()f x 的单调区间：（2）0a >时，求证：()12f x >．【典例2】已知函数()ln xf x x=．(Ⅰ)求函数()f x 的极值；(Ⅱ)若0m n >>,且n m m n =,求证：2mn e >．【典例3】已知函数()xf x e ax b =++，曲线()y f x =在点()()1,1f 处的切线方程为20ex y --=.（1）求函数()f x 的解析式，并证明：()1f x x ≥-.（2）已知()2g x kx =-，且函数()f x 与函数()g x 的图象交于()11,A x y ，()22,B x y 两点，且线段AB 的中点为()00,P x y ，证明：()()001f x g y <<.【典例4】已知函数()()2()1ln 1(0)f x a x x x ax a =++-->是减函数.（1）试确定a 的值；（2）已知数列{}()()*123ln 11n n n n n a a T a a a a n N n +==∈+ ，求证：()ln 212n nn T +<-⎡⎤⎣⎦.1.已知函数()()22122()2xf x x x e ax a R =-+-∈.（1）当a e =时，求函数()f x 的单调区间；（2）证明：当2a ≤-时，()2f x ≥.2.已知函数()ln ()af x x x a R x=++∈.（1）若函数()f x 在[1,)+∞上为增函数，求a 的取值范围；（2）若函数2()()(1)g x xf x a x x =-+-有两个不同的极值点，记作1x ，2x ，且12x x <，证明：2312x x e >（e 为自然对数）.3.已知函数()xx f x e =.（1）求函数()f x 的单调区间；（2）证明：12ln x x e ex>-.4.已知函数()x f x e ax a =--（其中e 为自然对数的底数）.（1）讨论函数()f x 的单调性；（2）若对任意2(]0,x ∈，不等式()f x x a >-恒成立，求实数a 的取值范围；（3）设*n N ∈，证明：123()(()()1nnnnn e nnnne ++++<- .参考答案【典例1】【详解】（1）由题意，函数()f x 的定义域为()0,+∞，又由()1xf x x ae x '=+-，且12x =是函数()f x 的极值点，所以12112022f ae ⎛⎫=+'-= ⎪⎝⎭，解得32a e =，又0a >时，在()0,+∞上，()f x '是增函数，且102f ⎛⎫= ⎪⎭'⎝，所以()0f x '>，得12x >，()0f x '<，得102x <<，所以函数()f x 的单调递增区间为1,2⎛⎫+∞⎪⎝⎭，单调递减区间为10,2⎛⎫⎪⎝⎭.（2）由（1）知因为0a >，在()0,+∞上，()1xf x x ae x'=+-是增函数，又()1110f ae '=+->（且当自变量x 逐渐趋向于0时，()f x '趋向于-∞），所以，()00,1x ∃∈，使得()00f x '=，所以00010x x ae x +-=，即0001x ae x x =-，在()00,x x ∈上，()0f x '<，函数()f x 是减函数，在()0,x x ∈+∞上，()0f x '>，函数()f x 是增函数，所以，当0x x =时，()f x 取得极小值，也是最小值，所以()()022*******min 0111ln ln ,(01)22x f x f x x ae x x x x x x ==+-=+--<<，令()211ln ,(01)2g x x x x x x=+--<<，则()()2211111xg x x x x x x+=---=--'，当()0,1x ∈时，()0g x '<，函数()g x 单调递减，所以()()112g x g >=，即()()min 12f x f x ≥>成立，【典例2】【详解】(Ⅰ)()ln xf x x=()f x ∴的定义域为()0,∞+且()21ln x f x x -'=令()0f x '>，得0x e <<；令()0f x '<，得x e>()f x ∴在()0,e 上单调递增，在(),e +∞上单调递减∴函数()f x 的极大值为()ln 1e f e e e==，无极小值(Ⅱ)0m n >> ，n mm n =ln ln n m m n∴=l ln n m m nn∴=，即()()f m f n =由(Ⅰ)知()f x 在()0,e 上单调递增，在(),e +∞上单调递减且()10f =，则1n e m<<<要证2mn e >，即证2e m e n >>，即证()2e f m f n ⎛⎫< ⎪⎝⎭，即证()2e f n f n ⎛⎫< ⎪⎝⎭即证()22ln ln n n n n e -<由于1n e <<，即0ln 1n <<，即证222ln 2ln e n n n n <-令()()222ln 2ln 1G x e x x x x x e =-+<<则()()()()()2242ln 2ln 12ln 1e x e x e e G x x x x x x x x x x x x x +-⎛⎫'=-++=-+-=+- ⎪⎝⎭1x e<< ()0G x '∴>恒成立()G x ∴在()1,e 递增()()0G x G e ∴<=在()1,x e ∈恒成立2mn e ∴>【典例3】【详解】（1）由题意得：()12f e a b e =++=-，即2a b +=-又()xf x e a '=+，即()1f e a e '=+=，则0a =，解得：2b =-则()2xf x e =-.令()()11xh x f x x e x =-+=--，()1xh x e '=-令()0h x '=，解得：0x =则函数()h x 在(),0-∞上单调递减，在()0,∞+上单调递增()()00h x h ∴≥=，则：()1f x x ≥-（2）要证()()001f xg y <<成立，只需证：1212x 24222x x x e e ek ++--<-<即证121222x x x x e k e e++<<，即：1122122212x x x x x x e e e x e e x +-+<<-只需证：212121221112x x x x x x e e x x e----+<<-设210t x x =->，即证：2112tt t e e e t -+<<要证21tt e e t-<，只需证：22t t e e t -->令()22tt F t e et -=--，则()221102t tF t e e -⎛⎫'=+-> ⎪⎝⎭()F t ∴在()0,∞+上为增函数()()00F t F ∴>=，即21tt e e t -<成立；要证112t t e e t -+<，只需证明：112t t e t e -<+令()112tt e t G t e -=-+，则()()()()()()22222411210212121t t t tt tte e e e G t e e e -+--'=-==<+++()G t ∴在()0,∞+上为减函数()()00G t G ∴<=，即112t t e e t -+<成立2112tt t e e e t -+∴<<，0t >成立()()001f x g y ∴<<成立【典例4】解：（Ⅰ）()f x 的定义域为()1,-+∞，()()ln 12f x a x x +'=-.由()f x 是减函数得，对任意的()1,x ∈-+∞，都有()()ln 120f x a x x +-'=≤恒成立.设()()ln 12g x a x x =+-.∵()2121a x g x x ⎡⎤⎛⎫--- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦'=+，由0a >知112a->-，∴当1,12a x ⎛⎫∈-- ⎪⎝⎭时，()'0g x >；当1,2a x ⎛⎫∈-+∞ ⎪⎝⎭时，()0g x '<，∴()g x 在1,12a ⎛⎫-- ⎪⎝⎭上单调递增，在1,2a ⎛⎫-+∞ ⎪⎝⎭上单调递减，∴()g x 在12ax =-时取得最大值.又∵()00g =，∴对任意的()1,x ∈-+∞，()()0g x g ≤恒成立，即()g x 的最大值为()0g .∴102a-=，解得2a =.（Ⅱ）由()f x 是减函数，且()00f =可得，当0x >时，()0f x <，∴()0f n <，即()()221ln 12n n n n ++<+.两边同除以()221n +得，()ln 1121211n n n n n n ++<⋅⋅+++，即12211nn n a n n +<⋅⋅++.从而12311233452...............223412341n n n n n T a a a a n n +⎛⎫⎛⎫=<⋅⋅⋅⋅⋅ ⎪⎪++⎝⎭⎝⎭11221n n n ++=⋅+，所以()()()212ln 2ln 21n n n n T n +⎡⎤+⎡⎤+<⎢⎥⎣⎦+⎢⎥⎣⎦()()()2ln 2ln 11ln2n n n =+-+-+①.下面证()()()2ln 2ln 11ln2102nn n n +-+-++-<；记()()()()2ln 2ln 11ln212xh x x x x =+-+-++-，[)1,x ∈+∞.∴()22111ln2ln2212322x h x x x x x =--+=-++'+++11ln2223x x=-+++，∵2y x x=+在[)2,+∞上单调递增，∴()h x '在[)2,+∞上单调递减，而()()()()11112ln223ln22ln806233h x h ≤=-+=-=-'<'，∴当[)2,x ∈+∞时，()0h x '<恒成立，∴()h x 在[)2,+∞上单调递减，即[)2,x ∈+∞时，()()22ln4ln33ln2ln2ln30h x h ≤=--=-<，∴当2n ≥时，()0h n <.∵()1912ln3ln22ln2ln 028h =---=-<，∴当*n N ∈时，()0h n <，即()()()2ln 2ln 11ln212n n n n +-+-+<-②.综上①②可得，()ln 212n nn T ⎡⎤+<-⎣⎦.1.【思路引导】（1）先求导数，()'0f x <可得减区间，()'0f x >可得增区间；（2）不等式的证明转化为最值的求解即可.解：（1）当a e =时，()()221222xf x x x e ex =-+-，所以()()2'xxf x x ex x x e e e =-=-，讨论：①当0x <时，0x xe e -<，有()'0f x >；②当01x <<时，由函数x y xe =为增函数，有0x xe e -<，有()'0f x <；③当1x >时，由函数x y xe =为增函数，有0x xe e ->，有()'0f x >.综上，函数()f x 的增区间为(),0-∞，()1,+∞，减区间为()0,1.证明：（2）当2a ≤-时，有112a -≥，所以2212ax x -≥，所以()()2222xf x x x e x ≥-++.令()()2222x g x x x e x =-++，则()()2'22xxg x x x e e x x =+=+.令()2xh x xe =+，有()()'1xh x x e =+.令()'0h x =，得1x =-.分析知，函数()h x 的增区间为()1,-+∞，减区间为(),1-∞-.所以()()min 1120h x h e=-=->.所以分析知，函数()g x 的增区间为()0,∞+，减区间为(),0-∞,所以()()()22min 0020202g x g e ==-⨯+⨯+=,故当2a ≤-时，()2f x ≥.2.【思路引导】（1）由题意可知，函数()f x 的定义域为()0,+∞，()22211a x x af x x x x='+-=+-，因为函数()f x 在[)1,+∞为增函数，所以()0f x '≥在[)1,+∞上恒成立，等价于()2min a x x ≤+，由此可求a 的取值范围；（2）求出()ln 2g x x ax '=-，因为()g x 有两极值点12,x x ，所以1122ln 2,ln 2x ax x ax ==，设令21x t x =，则1t >，上式等价于要证()31ln 12t t t ->+，令()()31ln 12t h t t t-=-+，根据函数的单调性证出即可．详解：（1）由题意可知，函数()f x 的定义域为()0,+∞，()22211a x x af x x x x='+-=+-，因为函数()f x 在[)1,+∞为增函数，所以()0f x '≥在[)1,+∞上恒成立，等价于20x x a +-≥在[)1,+∞上恒成立，即()2mina x x≤+，因为2211224x x x ⎛⎫+=+-≥ ⎪⎝⎭，所以2a ≤，故a 的取值范围为2a ≤.（2）可知()()222ln 1ln g x x x x a a x x x x ax x a =++-+-=--+，所以()ln 2g x x ax '=-，因为()g x 有两极值点12,x x ，所以1122ln 2,ln 2x ax x ax ==，欲证2312x x e ⋅>，等价于要证：()2312ln ln 3x x e ⋅>=，即12ln 2ln 3x x +>，所以12322ax ax +>，因为120x x <<，所以原式等价于要证明：12324a x x >+，①由1122ln 2,ln 2x ax x ax ==，可得()2211ln 2x a x x x =-，则有2121ln2x x a x x =-（），②由①②原式等价于要证明：212112ln 32xx x x x x >-+，即证()2211221121313ln 212x x x x x x x x x x ⎛⎫- ⎪-⎝⎭>=++，令21x t x =，则1t >，上式等价于要证()31ln 12t t t->+，令()()31ln 12t h t t t-=-+，则()()()()()()()223126114111212t t t t h t t t t t +----=-=++'因为1t >，所以()0h t '>，所以()h t 在()1,+∞上单调递增，因此当1t >时，()()10h t h >=，即()31ln 12t t t->+.所以原不等式成立，即2312x x e ⋅>.3.【思路引导】（1）由题意可得()1'xxf x e -=，利用导函数与原函数单调性的关系可得()f x 的单调递增区间为(),1-∞，()f x 的单调递减区间为()1,+∞.（2）原问题等价于2ln x x x x e e>-成立.令()ln g x x x =，则()'1ln g x x =+，结合导函数研究函数的最值可得()11g x g e e ⎛⎫≥=-⎪⎝⎭，又由（1）可得在max 21x x ee e ⎛⎫-=- ⎪⎝⎭，据此可得题中的不等式成立.试题解析：（1）由题意可得()1'x xf x e-=，令()'0f x =，得1x =.当(),1x ∈-∞时，()'0f x >，函数()f x 单调递增；当()1,x ∈+∞时，()'0f x <，函数()f x 单调递减.所以()f x 的单调递增区间为(),1-∞，()f x 的单调递减区间为()1,+∞.（2）要证12ln x x e ex >-成立，只需证2ln x x x x e e>-成立.令()ln g x x x =，则()'1ln g x x =+，令()'1ln 0g x x =+=，则1x e =，当10,x e ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时，()'0g x <，当1,x e ⎛⎫∈+∞ ⎪⎝⎭时，()'0g x >，所以()g x 在10,e ⎛⎫ ⎪⎝⎭上单调递减，在1,e ⎛⎫+∞ ⎪⎝⎭上单调递增，所以()11g x g e e ⎛⎫≥=- ⎪⎝⎭，又由（1）可得在()0,+∞上()()max 11f x f e ==，所以max21x x e e e ⎛⎫-=- ⎪⎝⎭，所以不等式得证.4.【思路引导】（1）对函数求导，分类讨论0a ≤和0a >两种情况，即可得出结果；（2）分类参数的方法，将()f x x a >-化为1x e a x <-，再由导数的方法求1xe x -在(]0,2的最小值即可；（3）先由（1）令1a =可知对任意实数x 都有10x e x --≥，即1x x e +≤，再令()11,2,3,,k x k n n+== ，即可证明结论成立.【详解】解：（1）因为()x f x e ax a =--，所以()x f x e a '=-，①当0a ≤时，()0f x '>，函数()f x 在区间(),-∞+∞上单调递增；②当0a >时，()0ln x f x e a x a >⇒>⇒>'，()0ln x f x e a x a<⇒<⇒<'所以()f x 在(),ln a -∞上单调递减，在()ln ,a +∞上单调递增.（2）因为对任意的(]0,2x ∈，不等式()f x x a >-恒成立，即不等式()1x a x e +<恒成立.即当(]0,2x ∈时，1xe a x <-恒成立.令()(]()10,2x e g x x x =-∈，则()()21xx eg x x -'=.显然当()0,1x ∈时，()0g x '<，(]1,2x ∈时，()0g x '>，所以()g x 在()0,1上单调递减，在(]1,2上单调递增.∴1x =时()g x 取最小值1e -.所以实数a 的取值范围是(),1e -∞-（3）在（1）中，令1a =可知对任意实数x 都有10x e x --≥，即1x x e +≤（等号当且仅当0x =时成立）令()11,2,3,,kx k n n +== ，则1kn k e n -<，即nkk n nk e e n e -⎛⎫<= ⎪⎝⎭故123n n n nn n n n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ()1231nn e e e e e <++++ ()()()111n n e e ee e e -=<--。

一．方法综述数列与函数、不等式相结合是数列高考中的热点问题，难度较大，求数列与函数、不等式相结合问题时会渗透多种数学思想.因此求解过程往往方法多、灵活性大、技巧性强，但万变不离其宗，只要熟练掌握各个类型的特点即可.在考试中时常会考查一些压轴小题，如数列中的恒成立问题、数列中的最值问题、数列性质的综合问题、数列与函数的综合问题、数列与其他知识综合问题中都有所涉及，本讲就这类问题进行分析.二．解题策略类型一数列中的恒成立问题【例1】【安徽省毛坦厂中学2019届高三校区4月联考】已知等差数列满足，，数列满足，记数列的前项和为，若对于任意的，，不等式恒成立，则实数的取值范围为（）A．B．C．D．【答案】A【解析】由题意得，则，等差数列的公差，.由，得，则不等式恒成立等价于恒成立，而，问题等价于对任意的，恒成立.设，，则，即，解得或.故选:A.【指点迷津】对于数列中的恒成立问题，仍要转化为求最值的问题求解，解答本题的关键是由等差数列通项公式可得，进而由递推关系可得，借助裂项相消法得到，又，问题等价于对任意的，恒成立.【举一反三】已知数列{}n a 的首项1a a =，其前n 项和为n S ，且满足()2142,n n S S n n n N -++=≥∈，若对任意1,n n n N a a ++∈<恒成立，则a 的取值范围是（ ） A ．()3,5 B ．()4,6 C ．[)3,5 D ．[)4,6 【答案】A类型二 数列中的最值问题【例2】【浙江省湖州三校2019年高考模拟】已知数列满足，，则使的正整数的最小值是（ ） A ．2018B ．2019C ．2020D ．2021【答案】C【解析】令,则,所以，从而，因为,所以数列单调递增，设当时, 当时,所以当时，，，从而,因此,选C.【指点迷津】本题利用数列的递推公式,确定数列的单调性，令,利用裂项相消法得，再根据范围求正整数的最小值.在解题时需要一定的逻辑运算与推理的能力，其中确定数列单调性是解题的关键【举一反三】【河南省许昌市、洛阳市2019届高三三模】已知数列，的前项和分别为，，且，，，若恒成立，则的最小值为（）A．B．C．49 D．【答案】B【解析】当时，，解得.当时，由，得，两式相减并化简得，由于，所以，故是首项为，公差为的等差数列，所以.则，故，由于是单调递增数列，，.故的最小值为，故选B. 类型三 数列性质的综合问题【例3】【江苏省扬州中学2019届高三下学期3月月考】已知等差数列的前n 项和为，若1≤≤3，3≤≤6，则的取值范围是_______．【答案】【解析】 在等差数列中，，∴，又， ∴．由得．∴，即，∴． 即的取值范围是．故答案为：．【指点迷津】1.本题先根据求出的取值范围，然后根据不等式的性质可得所求结果.2.由数列的递推公式求通项常用的方法有：（1）累加法（相邻两项的差成等差、等比数列）；累乘法（相邻两项的积为特殊数列）；（3）构造法，形如()10,1n n a qa p p q -=+≠≠的递推数列求通项往往用构造法，即将()10,1n n a qa p p q -=+≠≠利用待定系数法构造成()1n n a m q a m -+=+的形式，再根据等比数例求出{}n a m +的通项，进而得出{}n a 的通项公式. 【举一反三】【广东省汕尾市2019年3月高三检测】已知数列的首项为数列的前项和若恒成立，则的最小值为______．【答案】 【解析】数列的首项，则：常数故数列是以为首项，3为公差的等差数列．则：首项符合通项．故：，，，由于数列的前n项和恒成立，故：，则：t的最小值为，故答案为：．类型四数列与函数的综合问题【例4】已知函数的定义域为，当时，，且对任意的实数，，恒成立，若数列满足（）且，则下列结论成立的是（）A．B．C．D．【答案】C【解析】对任意的实数x，y∈R，f（x）f（y）＝f（x+y）恒成立，取x＝y＝0，则f（0）f（0）＝f（0），解得f（0）＝0或f（0）＝1．当f（0）＝0时，，得余题意不符，故舍去.所以f（0）＝1．取y＝﹣x＜0，则f（x）f（﹣x）＝1，∴f（x），设x1＜x2，则f（x1﹣x2）＝f（x1）•f（﹣x2）1，∴f（x1）＞f（x2）．∴函数f（x）在R上单调递减．∵数列{}满足f（a n+1）f（）＝1＝f（0）．∴0，∵a1＝f（0）＝1，∴，＝﹣2，＝1，，……．∴＝．∴＝，＝＝1．＝，＝＝﹣2．∴f（）1，f（）＝f（1）＜1．∴f（）＞f（）．而f（）＝f（），f（）＜1＜f（），f（）＝f（）＜f（）＝f（﹣2），因此只有：C正确．故选：C．【指点迷津】(1)运用函数性质解决问题时，先要正确理解和把握函数相关性质本身的含义及其应用方向.(2)在研究函数性质特别是奇偶性、周期、对称性、单调性、最值、零点时，要注意用好其与条件的相互关系，结合特征进行等价转化研究.如奇偶性可实现自变量正负转化，周期可实现自变量大小转化，单调性可实现去“f”，即将函数值的大小转化自变量大小关系, 对称性可得到两个对称的自变量所对应函数值关系. 【举一反三】【浙江省杭州第十四中学2019届高三9月月考】已知数列中，，若对于任意的，不等式恒成立，则实数的取值范围为（）A．B．C．D．【答案】B【解析】由题，即由累加法可得：即 对于任意的，不等式恒成立即令可得且即可得或故选B类型五 数列与其他知识综合问题【例5】将向量12,,,n a a a u v u u L L v u u v 组成的系列称为向量列{}n a u u v ，并定义向量列{}n a u u v的前n 项和12n n S a a a =+++u u v u v u L L u v u u v ．若()*1,n n a a R n N λλ+=∈∈u u u v u u v，则下列说法中一定正确的是（ ）A. ()111nn a S λλ-=-u vu u v B. 不存在*n N∈，使得0n S =u u vC. 对*m n N ∀∈、，且m n ≠，都有m n S S P u u v u u vD. 以上说法都不对【答案】C【解析】 由()*1,n n a a R n N λλ+=∈∈u u u v u u v ，则1n na a λ+=u u u vu u v ，所以数列{}n a u u v 构成首项为1a u v ，公比为λ的等比数列，所以()11,1{ 1,11n n na S a λλλλ==-≠-u vu u v u v ，又当1λ=-时， 20n S =u u u v ， 所以当*m n N ∀∈、，且m n ≠时， m n S S P u u v u u v 是成立的，故选C.【例6】斐波那契数列{}n a 满足： ()*12121,1,3,n n n a a a a a n n N --===+≥∈.若将数列的每一项按照下图方法放进格子里，每一小格子的边长为1，记前n 项所占的格子的面积之和为n S ，每段螺旋线与其所在的正方形所围成的扇形面积为n c ，则下列结论错误的是（ ）A. 2111·n n n n S a a a +++=+ B. 12321n n a a a a a +++++=-L C. 1352121n n a a a a a -++++=-L D. ()1214?n n n n c c a a π--+-= 【答案】C12331131...1121n n a a a a a a a --⇔++++=-⇔⇔=-⇔=-L ,所以B 正确；对于C, 1n = 时，121a a ≠- ；C 错误；对于D, ()()()22211112144?44n n n n n n n n n n a a c c a a a a a a ππππ-----+⎛⎫-=-=+-= ⎪⎝⎭,D 正确.故选C.【指点迷津】这类题型往往出现在在填空题最后两题，综合性较强，同学们往往因为某一点知识掌握不牢就导致本题“全盘皆输”，解答这类问题首先不能慌乱更不能因贪快而审题不清，其次先从最有把握的命题入手，最后集中力量攻坚最不好理解的命题.【举一反三】1.如图所示，矩形n n n n A B C D 的一边n n A B 在x 轴上，另外两个顶点,n n C D 在函数()1(0)f x x x x =+>的图象上.若点n B 的坐标为()(),02,n n n N +≥∈，记矩形n n n n A B C D 的周长为n a ，则2310a a a +++=L （ ）A. 220B. 216C. 212D. 208 【答案】B2.将正整数12分解成两个正整数的乘积有112⨯， 26⨯， 34⨯三种，其中34⨯是这三种分解中两数差的绝对值最小的，我们称34⨯为12的最佳分解.当p q ⨯（p q ≤且*,N p q ∈）是正整数n 的最佳分解时，我们定义函数()f n q p =-，例如()12431f =-=.数列(){}3nf 的前100项和为__________．【答案】5031-【解析】当n 为偶数时， ()30nf =；当n 为奇数时， ()11122233323n n n nf +--=-=⨯，()5001495010031233 (3)23131S -∴=+++=⨯=--，故答案为5031-.类型六 数列与基本不等式结合的问题【例7】【山东省济宁市2019届高三一模】已知正项等比数列满足：，若存在两项使得，则的最小值为A ．B ．C ．D ． 【答案】A 【解析】 因为数列是正项等比数列，，，所以，，， 所以，，，，， 因为，所以，，，当且仅当时“=”成立，所以的最小值为，故选A.【指点迷津】本题考查了等比数列的相关性质以及基本不等式的相关性质，等比数列的通项公式是，等比中项，基本不等式有，考查公式的使用，考查化归与转化思想.【举一反三】【甘肃省白银市靖远县2019届高三第四次联考】已知函数，若，则的最小值为（）A．B．C．D．【答案】A【解析】由题可知：令又于是有因此所以当且仅当时取等号本题正确选项：三．强化训练一、选择题1．【安徽省宣城市2019届高三第二次调研】已知正项等比数列满足，若存在两项，，使得，则的最小值为（）A．B．C．3 D．【答案】C【解析】解：设等比数列的公比为q（q＞0），∵a9＝a8+2a7，∴a7q2＝a7q+2a7，∴q2﹣q﹣2＝0，∴q＝2或q=-1（舍），∵存在两项a m，a n使得，∴，∴故选C.2.【2019年3月2019届高三第一次全国大联考】已知数列的前项和为，，且满足，若，，则的最小值为（）A．B．C．D．0【答案】B【解析】由，得，且，所以数列是以为首项、2为公差的等差数列，则，即，令，得，又，，由，则的最小值为.故选：B．3.【四川省成都市外国语学校2019届高三一诊】在正项等比数列中，，．则满足的最大正整数的值为（）A．10 B．11 C．12 D．13【答案】C【解析】解：∵正项等比数列中，，，∴.∵，解可得，或（舍），∴，∵，∴.整理可得，，∴，经检验满足题意，故选：C．4.若数列的通项公式分别为，且，对任意恒成立，则实数的取值范围是( )A．B．C．D．【答案】D【解析】，故当n为奇数，-a<2+,又2+单调递减，故2+，故- a2，解a当n为偶数，又2-单调递增，故2-，故，综上a故选：D5．已知各项均为正数的数列的前项和为，且，若对任意的，恒成立，则实数的取值范围为（）A．B．C．D．【答案】C【解析】，时，，化为：，．，即，时，，解得．数列为等差数列，首项为1，公差为1．．.记，..所以为增数列，,即.对任意的，恒成立，，解得实数的取值范围为．故选：C．6．【吉林省吉林市实验中学2019届高三下学期第八次月考】已知等比数列的公比，其前n项的和为，则与的大小关系是A．B．C．D．【答案】A【解析】根据等比数列的前n项和公式和数列的通项公式得到：两式作差故选：A．7．已知，，并且，，成等差数列，则的最小值为A．16 B．9 C．5 D．4【答案】A【解析】解：根据题意，a＞0，b＞0，且，，成等差数列，则21；则a+9b＝（a+9b）（）＝1010+216；当且仅当，即=时取到等号，∴a+9b的最小值为16；故选：A．8．【贵州省2019年普通高等学校招生适应性】设，点，，，，设对一切都有不等式成立，则正整数的最小值为（）A．B．C．D．【答案】A【解析】由题意知sin，∴，∴，随n的增大而增大，∴,∴，即，又f(t)=在t上单增，f(2)= -1<0，f(3)=2>0，∴正整数的最小值为3.二、填空题9.【河北省衡水中学2019届高三下学期一调】20．已知数列的前项和.若是中的最大值，则实数的取值范围是_____．【答案】【解析】因为，所以当时，；当时，也满足上式；当时，，当时，，综上，；因为是中的最大值，所以有且，解得.故答案为10．【2019届高三第二次全国大联考】已知数列的前项和为，，当时，，若恒成立，则正数的取值范围为____________．【答案】【解析】由可知，数列是一个公差的等差数列，首项为，所以，所以．故当时，．显然当时，也满足上式．所以．所以，所以，由题意恒成立，所以，解得．又，所以的取值范围为．11．【云南省2019年高三第二次检测】已知数列的前项和为，若，则使成立的的最大值是_____．【答案】5【解析】因为可得：两式相减可得：化简可得：即所以数列是以为首项，公比为2的等比数列当n=1时，求得所以即所以即解得所以成立的的最大值是5故答案为512．【重庆市南开中学2019届高三第三次检测】在正项递增等比数列中，，记，，则使得成立的最大正整数为__________．【答案】9【解析】由题得，因为数列是正项递增等比数,所以，所以.因为，所以，所以.所以使得成立的最大正整数为9.故答案为：913.已知数列{}n a 中， 12a =，点列()1,2,n P n =⋯在ABC ∆内部，且n P AB ∆与n P AC ∆的面积比为2:1，若对*N n ∈都存在数列{}n b 满足()113202n nn n n n b P A a P B a P C ++++=u u u v u u u v u u u v v，则4a 的值为______.【答案】80【解析】在BC 上取点D ，使得2BD CD =，则n P 在线段AD 上．()113202n n n n n n b P A a P B a P C ++++=u u u r u u u r u u u r r Q1132322n n n n n n n n n n n a BP b AP a CP b BP BAa BP BC +∴-=++=-++-u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u u r （）（）（）（） ， 1133232)22n n n n n n ab a BP b BA a BD +⎛⎫∴----=--+ ⎪⎝⎭u u u ru u u r u u u r （n A P D Q ，， 三点共线，1133232)22n n n n n a b a b a +∴----=--+（，即132n n a a +=+．21324332832263280a a a a a a ∴=+==+==+=，，．故答案为：80．14.已知函数()12f x x =+，点O 为坐标原点，点()()()*,n A n f n n N ∈，向量()0,1i =r ，θn 是向量OAn u u u u r 与i r 的夹角，则使得1212cos cos cos sin sin sin n nt θθθθθθ++<L 恒成立的实数t 的取值范围为 ___________． 【答案】3,4⎡⎫+∞⎪⎢⎣⎭【解析】根据题意得,2n πθ- 是直线OA n 的倾斜角，则：()()sin cos 11112tan sin 2222cos 2n n n n n f n n n n n n πθθπθπθθ⎛⎫- ⎪⎛⎫⎛⎫⎝⎭==-===- ⎪ ⎪++⎛⎫⎝⎭⎝⎭- ⎪⎝⎭，据此可得：结合恒成立的结论可得实数t 的取值范围为3,4⎡⎫+∞⎪⎢⎣⎭.15.【新疆2019届高三一模】已知数列为等差数列，，，数列的前n 项和为，若对一切，恒有，则m 能取到的最大正整数是______．【答案】7 【解析】 解：设数列的公差为，由题意得，，解得，，且，，令， 则，即，则随着的增大而增大，即在处取最小值，，对一切，恒有成立，即可，解得，故能取到的最大正整数是7．16. 【北京师大附中2019届高三4月模拟】设数列的前n 项和为，，且，若，则n的最大值为______．【答案】63【解析】由数列的前n项和为，，又，故，则的偶数项成等差数列，则,（n为偶数）又，，为等差数列，首项为3，公差为4，当n为偶数时，设数列的前n项和为，可得，，则+若，无解舍去当n为奇数时，-(=,又所以解<n又则n的最大值为63，故答案为：63．。

利用函数放缩证明不等式、数列一、解答题1.已知函数f (x )=a ln x -x +1，其中a ∈R ．(1)讨论函数f (x )零点个数；(2)求证：e1+12+13+⋯+1n>n n ∈N * ．【答案】(1)答案见解析(2)证明见解析【分析】(1)求导，分类讨论a 的取值，即可根据导函数的正负确定函数的单调性，进而可求解，(2)根据ln x <x -1，取x =1+1n，利用累加法，结合指对互化即可求解.【详解】(1)∵f x =a x -1=a -xx(x >0)∴①当a ≤0时，f x <0,即f x 在0,+∞ 单调递减，又f (1)=0，∴f (x )只有一个零点.②当a >0时，令f x =0,则x =a ，当0<x <a 时，f x >0,当x >a 时，f x <0,故f x 在0,a 单调递增，f x 在a ,+∞ 单调递减，∴f x ≤f a =a ln a -a +1，令g a =a ln a -a +1，则g a =ln a ，故当0<a <1时，g (a )<0,g a 单调递减，当a >1时，g (a )>0,g a 单调递增，故g a ≥g 1 =0，又x →0,f x →-∞，x →+∞,f x →-∞，故当a =1时，f x 只有一个零点，当a >0且a ≠1时，f x 有两个零点，综上可知：故当a =1或a ≤0时，f x 只有一个零点，当a >0且a ≠1时，f x 有两个零点，(2)由(1)可知，当a =1时，f x =ln x -x +1在1,+∞ 单调递减，故当x >1时，f x =ln x -x +1<f 1 =0，故ln x <x -1，取x =1+1n ，则ln 1+1n <1n ，即ln n +1 -ln n <1n ，相加可得ln2-ln1 +ln3-ln2 +⋯+ln n +1 -ln n <1+12+13+⋯+1n，∴ln n +1 <1+12+13+⋯+1n ，∴e1+12+13+⋯+1n>eln n +1=n +1>n ，【点睛】方法点睛：1.导函数中常用的两种常用的转化方法：一是利用导数研究含参函数的单调性，常化为不等式恒成立问题．注意分类讨论与数形结合思想的应用；二是函数的零点、不等式证明常转化为函数的单调性、极(最)值问题处理．2.利用导数解决含参函数的单调性问题时，一般将其转化为不等式恒成立问题，解题过程中要注意分类讨论和数形结合思想的应用.2.已知函数f (x )=e x -12ax 2-x .(1)若f (x )在x ∈R 上单调递增，求a 的值；(2)证明：(1+1)1+14 ⋅⋅⋅1+1n2<e 2(n ∈N *且n ≥2).【答案】(1)1；(2)证明见解析.【分析】(1)求出函数f (x )的导数f (x )，根据给定条件可得f (x )≥0恒成立，再利用导数分类讨论求解作答.(2)利用(1)的结论得当x >0时，ln x +1 <x ，取x =1n 2，利用不等式的性质结合裂项相消法求和作答.【详解】(1)函数f (x )=e x -12ax 2-x ，求导得f (x )=e x -ax -1，由于函数f x 在R 上单调递增，则f x =e x -ax -1≥0恒成立，令h x =e x -ax -1，则h x =e x -a ，当a =0时，f x =e x -1，当x <0时，f x <0，不满足条件；当a <0时，h x >0，h x 在R 上单调递增，又h 1a =e 1a -a ⋅1a -1=e 1a-2<0，即f 1a <0，不满足条件；当a >0时，令h x =0，得x =ln a ，则当x <ln a 时，h x <0，h x 单调递减，当x >ln a 时，h x >0，h x 单调递增，于是当x =ln a 时，h x 取得最小值h ln a =e ln a -a ln a -1=a -a ln a -1，于是h ln a ≥0，即a -1-a ln a ≥0，令u a =a -1-a ln a ，则u a =-ln a ，当0<a <1时，u a >0，u a 单调递增；a >1时，u a <0，u a 单调递减，则u a max =u 1 =0，由于a -1-a ln a ≥0恒成立，因此a -1-a ln a =0，则有a =1，所以f x 单调递增时，a 的值为1.(2)由(1)知，当a =1时，e x -x -1≥0，即有e x ≥x +1，当且仅当x =0时取等号，即当x >0时，ln x +1 <x ，因此当n ∈N *且n ≥2时，ln 1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n 2=ln 1+1 +ln 1+14 +⋅⋅⋅+ln 1+1n 2≤1+14+⋅⋅⋅+1n2，而当n ≥2时，1n2<1n n -1 =1n -1-1n ，所以1+14+⋅⋅⋅+1n2<1+1-12 +12-13 +⋅⋅⋅+1n -1-1n =1+1-1n <2，则ln 1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n 2<2，所以，1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n2<e 2.【点睛】关键点睛：函数不等式恒成立求参数范围问题，结合已知，利用换元法构造新函数，用导数探讨函数的性质，借助数形结合的思想推理求解.3.已知函数f x =x ln x -a x -1 .(1)若f x ≥0，求实数a 的值；(2)已知n ∈N *且n ≥2，求证：sin 12+sin 13+⋯+sin 1n<ln n .【答案】(1)a =1(2)证明见解析【分析】(1)由题意分析得到x =1是函数h x 的极小值点，则h 1 =0解得a =1再代入验证符合题意；(2)由(1)可得，ln x≥1-1xx≥1.令1k=1-1x得到1k≤ln k-ln k-1,k∈2,3,⋯,n.令g x =x-sin x(x>0)，利用导数证明出sin x<x(x>0)，得到sin1k <1k≤ln k-ln k-1,k∈2,3,⋯,n，累加即可证明.【详解】(1)由f x ≥0，得ln x-a1-1 x≥0.令h x =ln x-a1-1 x，则h x ≥0,h x =1x-ax2=x-ax2.注意到h1 =0，所以x=1是函数h x 的极小值点，则h 1 =0，所以h 1 =1-a1=0，得a=1.当a=1时，h x =x-1x2，则函数h x 在0,1上单调递减，在1,+∞上单调递增，所以h x ≥h1 =0，满足条件，故a=1.(2)由(1)可得，ln x≥1-1xx≥1 .令1k=1-1x，则x=kk-1，所以lnkk-1≥1k，即1k≤ln k-ln k-1,k∈2,3,⋯,n.令g x =x-sin x(x>0)，则g x =1-cos x≥0，且g x 不恒为零，所以函数g x 在0,+∞上单调递增，故g x >g0 =0，则sin x<x(x>0)，所以sin 1k<1k≤ln k-ln k-1,k∈2,3,⋯,n，令k分别取2,3,⋯,n，累加得：sin12+sin13+⋯+sin1n<ln2-ln1+ ln3-ln2+⋯+ln n-ln n-1=ln n.即证.【点睛】导数的应用主要有：(1)利用导函数几何意义求切线方程；(2)利用导数研究原函数的单调性，求极值(最值)；(3)利用导数求参数的取值范围；(4)利用导数证明不等式.4.已知函数f x =e x-12ax2-x(1)若f x 单调递增，求a的值；(2)判断1+11+1 4⋅⋅⋅1+1n2(n∈N*且n≥2)与e2的大小，并说明理由.【答案】(1)1(2)1+11+1 4⋅⋅⋅1+1n2<e2，理由见解析【分析】(1)根据题意，由f x 单调递增，转化为f x =e x-ax-1≥0恒成立，然后分a=0，a<0，a>0讨论，即可得到结果；(2)根据题意，由(1)可得x>0时，ln x+1<x，然后再由1n2<1n n-1=1n-1-1n放缩，裂项即可得到结果.【详解】(1)由f (x )=e x -12ax 2-x 可得，f (x )=e x -ax -1，由于函数f (x )单调递增，则f (x )=e x -ax -1≥0恒成立，设h (x )=e x -ax -1，则h x =e x -a ，当a =0时，f (x )=e x -1，可知x <0时，f (x )<0，不满足题意；当a <0时，h (x )>0，函数h (x )单调递增，又因为h 1a =e 1a -a ⋅1a-1=e 1a-2<0，即f (x )<0，不满足题意；当a >0时，令h (x )=e x -a =0，解得x =ln a ，当x <ln a 时，h (x )<0，函数h (x )单调递减，当x >ln a 时，h (x )>0，函数h (x )单调递增，所以当x =ln a 时，函数h (x )取得最小值h (ln a )=e ln a -a ln a -1=a -a ln a -1，由h (ln a )≥0可得，a -1-a ln a ≥0，令μ(a )=a -1-a ln a ，则μ (a )=-ln a ，可知0<a <1时，μ (a )>0，函数μ(a )单调递增；当a >1时，μ (a )<0，函数μ(a )单调递减，则μ(a )max =μ(1)=0，由于a -1-a ln a ≥0恒成立，所以，a -1-a ln a =0当且仅当a =1时取等号，故函数f (x )单调递增时，实数a 的值为1.(2)1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n 2<e 2.理由如下：由(1)可知，当a =1时，e x -x -1≥0，即有e x ≥x +1，则x >0时，ln x +1 <x ，故当n ∈N *且n ≥2时，ln 1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n 2=ln 1+1 +ln 1+14 +⋅⋅⋅+ln 1+1n 2<1+14+⋅⋅⋅+1n 2，因为n ≥2时，1n2<1n n -1 =1n -1-1n ，所以1+14+⋅⋅⋅+1n2<1+1-12 +12-13 +⋅⋅⋅+1n -1-1n =1+1-1n <2，则ln 1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n 2<2，所以1+1 1+14 ⋅⋅⋅1+1n2<e 2.5.已知函数f x =a ln x +a -1x.(1)求f x 在1,f 1 处的切线方程；(2)(i )若xf x ≤x -1恒成立，求a 的取值范围；(ii )当a =1时，证明：f 2 2+f 3 3+⋯+f n n <n 2+12n +2-1924.【答案】(1)y =x +a -2(2)(i )0,1 ；(ii )证明见解析【分析】(1)求出f 1 、f 1 的值，利用导数的几何意义可得出所求切线的方程；(2)(i )由题意可得x -a ln x -a ≥0，设h x =x -a ln x -a ，其中x >0，对实数a 的取值进行分类讨论，利用导数分析函数h x 在0,+∞ 上的单调性，在a =0、a <0的情况下，验证h x ≥0在0,+∞ 上能否恒成立，在a >0时，可得出h x min ≥0，求出实数a 的取值范围，综合即可得解；(ii )当a =1时，f n n =ln n n 2；结合(i )中所求，可得ln n n 2≤121-1n2，在n =2时，直接验证结论即可；在n ≥3时，利用不等式进行适度放缩，结合裂项求和，即可容易证明.【详解】(1)解：因为f x =a ln x +a -1x ，则fx =ax ⋅x -a ln x +a -1 x 2=1-a ln x x 2，其中x >0，所以，f 1 =a -1，f 1 =1，所以，函数f x 在点1,f 1 处的切线方程为y -a -1 =x -1，即y =x +a -2.(2)解：(i )xf x =a ln x +a -1≤x -1，可得x -a ln x -a ≥0.令h x =x -a ln x -a ，其中x >0，则h x =1-a x =x -ax.①当a =0时，h x =x >0，合乎题意；②当a <0时，由基本不等式可得a +1a =--a +1-a≤-2-a ⋅1-a=-2，当且仅当a =-1时，等号成立，a 2+a +1=a +12 2+34≥34，当且仅当a =-12时，等号成立，所以，h e a +1a =e a +1a -a a +1a -a =e a +1a -a 2+a +1 <e -2-34=1e2-34<0，所以，h x ≥0不恒成立，不合乎题意；③当a >0时，h x =1-a x =x -ax，当0<x <a 时，h x <0，此时函数h x 单调递减，当x >a 时，h x >0，此时函数h x 单调递增，所以，h x min =h a =a -a ln a -a =-a ln a ≥0，可得ln a ≤0，解得0<a ≤1.综上所述，实数a 的取值范围是0,1 ；(ii )当a =1时，f x =ln x x ，所以f n n =ln nn2.由(i )知：xf x ≤x -1，即ln x ≤x -1，所以ln x x ≤1-1x.令x =n 2，得ln n 2n 2≤1-1n 2，即2ln n n 2≤1-1n 2，所以ln n n 2≤121-1n2.当n =2时，f 2 2=ln24，则n 2+12n +2-1924=38，显然ln24<14<38，结论成立；当n ≥3时，f 2 2+f 3 3+⋯+f n n =ln222+ln332+⋯+ln n n 2≤121-122+1-132+⋯+1-1n2=12n -1 -122+132+⋯+1n 2<12n -1 -14+13×4+14×5+⋯+1n ×n +1=12n -1 -14+13-14+14-15+⋯+1n -1n +1 =12n -1 -712-1n +1=12n +1n +1-1912 =n 2+12n +2-1924，结论成立.因此，当n ≥2时，f 2 2+f 3 3+⋯+f n n <n 2+12n +2-1924成立.【点睛】方法点睛：利用导数证明不等式问题，方法如下：(1)直接构造函数法：证明不等式f x >g x (或f x <g x )转化为证明f x -g x >0(或f x -g x <0)，进而构造辅助函数h x =f x -g x ；(2)适当放缩构造法：一是根据已知条件适当放缩；二是利用常见放缩结论；(3)构造“形似”函数，稍作变形再构造，对原不等式同解变形，根据相似结构构造辅助函数.6.已知函数f x =x2+ax+ae x．(1)讨论f x 的单调性；(2)当x≥0时，f x ≤2恒成立，求a的取值范围；(3)设g n =12e n-1，n∈N*，证明：g1 +g2 +⋅⋅⋅+g n<34．【答案】(1)答案见解析(2)a≤2(3)证明见解析【分析】(1)对函数求导，分a=2，a>2和a<2讨论导函数的正负，进而判断函数的单调性；(2)将不等式等价转化为a≤2e x-x2x+1，构造函数h x =2e x-x2x+1(x≥0)，利用导数判断函数的单调性，进而求解即可；(3)结合前面的解析，取a=2时，则12e x-1≤1x+12，利用不等式的放缩即可证明.【详解】(1)由题意可知f x 的定义域为R，f x =2x+ae x-x2+ax+ae xe x2=-x2-ax+2xe xe x2=-x x+a-2e x令f x =0，则x1=0，x2=2-a①当a=2时，x1=x2=0，f x ≤0在R上恒成立，f x 在R上单调递减．②当a>2时，x1>x2，x∈-∞,2-a时，f x <0，x∈2-a,0时，f x >0，x∈0,+∞时，f x <0，故f x 在-∞,2-a单调递减，在2-a,0单调递增，在0,+∞单调递减．③当a<2时，x1<x2，x∈-∞,0时，f x <0，x∈0,2-a时，f x >0，x∈2-a,+∞时，f x <0，故f x 在-∞,0单调递减，在0,2-a单调递增，在2-a,+∞单调递减．(2)当x≥0时，f x ≤2恒成立，故x2+ax+ae x≤2，所以x2+ax+a≤2e x，即a x+1≤2e x-x2，由x+1>0得a≤2e x-x2x+1，令h x =2e x-x2x+1(x≥0)，则h x =2e x-2xx+1-2e x-x2x+12=x2e x-x-2x+12，令t x =2e x-x-2，则t x =2e x-1，t x 在0,+∞单调递增，则t x ≥t 0 =1，即t x >0在0,+∞恒成立，故t x 在0,+∞单调递增．所以t x ≥t0 =0，故h x ≥0在0,+∞恒成立．由h x 在0,+∞单调递增，而h0 =2，h x ≥2，故a≤2．(3)取a=2时，x2+2x+2≤2e x，则x2+2x+1≤2e x-1，所以12e x-1≤1x+12，因此12e n-1≤1n +12<1n n +1 =1n -1n +1，则g 1 +g 2 +⋅⋅⋅+g n <11+1 2+12-13+13-14+⋅⋅⋅+1n -1n +1 =34-1n +1<34.【点睛】利用导数证明不等式的基本步骤： 1.作差或变形； 2.构造新的函数h (x )；3.利用导数研究函数h (x )的单调性及最值；4.根据单调性及最值，得到所证不等式.7.已知λ为正实数，函数f x =ln λx +1 -λx +x 22x >0 .(1)若f x >0恒成立，求λ的取值范围；(2)求证：2ln n +1 -53<∑ni =12i -1i2<2ln n +1 (i =1,2,3,...).【答案】(1)0<λ≤1(2)证明见解析【分析】(1)求导，分类讨论判断单调性，结合恒成立问题运算求解；(2)根据(1)可得不等式2ln x +1 -2ln x >2x -1x 2可证2ln n +1 >∑ni =12i -1i2，构建g x =ln x +1 -x x >0 ，利用导数证明ln x +1 <x x >0 ，结合裂项相消法可证2ln n +1 -53<∑ni =12i -1i2.【详解】(1)fx =λλx +1-λ+x =λx x -λ-1λ λx +1，①若λ-1λ≤0，即0<λ≤1，f x >0，函数f x 在区间0,+∞ 单调递增，故f x >f 0 =0，满足条件；②若λ-1λ>0，即λ>1，当x ∈0,λ-1λ时，f x <0，函数f x 单调递减，则f x <f 0 =0，矛盾，不符合题意.综上所述：0<λ≤1.(2)先证右侧不等式，如下：由(1)可得：当λ=1时，有f x =ln x +1 -x +x 22>0，则f 1x =ln 1x +1 -1x +12x2>0，即ln x +1 -ln x >1x -12x 2，即2ln x +1 -2ln x >2x -1x2，则有2ln n +1 -2ln n +2ln n -2ln n -1 +⋅⋅⋅+2ln2-2ln1 >2n -1n 2+2n -1-1n -12+⋅⋅⋅+21-112=∑ni =12i -1i2，即2ln n +1 >∑ni =12i -1i2，右侧不等式得证.下证左侧不等式，如下：构建g x =ln x +1 -x x >0 ，则g x =-xx +1<0在0,+∞ 上恒成立，故g x 在0,+∞ 上单调递减，则g x <g 0 =0，即ln x +1 <x x >0 ，可得ln 1x +1<1x ，即ln x +1 -ln x <1x，则有ln n +1 -ln n +ln n -ln n -1 +⋅⋅⋅+ln2-ln1 <1n +1n -1+⋅⋅⋅+11，即ln n +1 <1n +1n -1+⋅⋅⋅+11，∵1n 2=44n 2<44n 2-1=212n -1-12n +1 ，则112+122+⋅⋅⋅+1n 2<1+213-15+15-17+⋅⋅⋅+12n -1-12n +1 <53，故2ln n +1 -53<21n +1n -1+⋅⋅⋅+11 -112+122+⋅⋅⋅+1n 2 =∑ni =12i -1i2，左侧得证.综上所述：不等式2ln n +1 -53<∑ni =12i -1i2<2ln n +1 成立.【点睛】方法点睛：利用导数证明不等式的基本步骤：(1)作差或变形．(2)构造新的函数h (x )．(3)利用导数研究h (x )的单调性或最值．(4)根据单调性及最值，得到所证不等式．特别地：当作差或变形构造的新函数不能利用导数求解时，一般转化为分别求左、右两端两个函数的最值问题．8.已知函数f x =ax +bx+c a >0 的图象在点1,f 1 处的切线方程为y =x -1.(1)用a 表示出b ，c ；(2)若f x -ln x ≥0在1,+∞ 上恒成立，求a 的取值范围；(3)证明：1+12+13+⋅⋅⋅+1n +12n +1 >12+ln n +1 n ∈N * .【答案】(1)b =a -1,c =1-2a .(2)12,+∞ (3)证明见解析.【分析】(1)根据导数的结合意义，列出等式，即可求解；(2)由f x -ln x ≥0在1,+∞ 上恒成立，设函数g (x )=f x -ln x ，求得其导数，分类讨论，判断函数单调性，根据不等式恒成立，求得参数范围.(3)利用(2)的结论，可得当x >1时，12x -1x >ln x ，令x =k +1k,k ∈N ∗，则可推得ln (k +1)-ln k<121k +1k +1,k =1,2,3,⋯,n ，将这n 个不等式累加,即可证明结论.【详解】(1)由f x =ax +b x +c a >0 可得f x =a -bx2，则f 1 =a +b +c =0，且f 1 =a -b =1，则b =a -1,c =1-2a .(2)由(1)知，f x =ax +a -1x +1-2a ,a >0 ，令g (x )=f x -ln x =ax +a -1x+1-2a -ln x ,x ∈[1,+∞)，则g (1)=0,g (x )=a -a -1x 2-1x =ax 2-x -(a -1)x 2=a (x -1)x -1-a a x 2，当0<a <12时，1-a a >1，若1<x <1-aa ，则g (x )<0，g (x )是减函数，所以g (x )<g (1)=0，这与题意不符；当a ≥12时，1-aa≤1，若x ≥1，则g x ≥0，仅当x =1时等号成立，g (x )是增函数，所以g x ≥g 1 =0，即f x -ln x ≥0恒成立，仅当x =1时等号成立，综上所述，所求a 的取值范围为12,+∞ .(3)由(2)知，当a ≥12时，有f x ≥ln x ,(x ≥1)，取a =12，有f (x )=12x -1x ≥ln x ,(x ≥1)，且当x >1时，12x -1x >ln x ，令x =k +1k ,k ∈N ∗，则ln k +1k <12k +1k -k k +1 =121+1k -1-1k +1，即ln (k +1)-ln k <121k +1k +1 ,k =1,2,3,⋯,n ，即ln2-ln1<121+12 ，ln3-ln2<1212+13 ，⋯，ln (n +1)-ln n <121n +1n +1，将上述n 个不等式依次相加得ln (n +1)<12+12+13+⋯+1n +12(n +1)，两边加12，整理得1+12+13+⋅⋅⋅+1n +12n +1>12+ln n +1 ,n ∈N *【点睛】关键点点睛：证明不等式1+12+13+⋅⋅⋅+1n +12n +1>12+ln n +1 n ∈N * 时，要利用(2)中结论，即当a ≥12时，有f x ≥ln x ,(x ≥1)，取a =12，有f (x )=12x -1x≥ln x ,(x ≥1)，且当x >1时，12x -1x >ln x ，因此解答的关键点就在于要采用赋值的方法，即令x =k +1k,k ∈N ∗，得到ln (k +1)-ln k <121k +1k +1 ,k =1,2,3,⋯,n ，然后采用累加的方法，即可证明.9.已知函数f (x )=e x -ax -1(a >0,e ,为自然对数的底数)．(1)若f x ≥0对任意的x ∈R 恒成立，写出实数a 的值，然后再证明；(2)证明：1n n +2n n +⋯+n -1n n +n n n <ee -1(其中n ∈N +)．【答案】(1)a =1，证明见解析(2)证明见解析【分析】(1)f (x )≥0对任意的x ∈R 恒成立, 即在x ∈R 上, f (x )min ≥0.构造函数g (a )=a -a ln a -1，由g (a )≥0, 确定函数的单调性, 即可求得实数a 的值;(2)由(1)知, 对任意实数x 均有e x -x -1≥0, 即1+x ≤e x , 令x =-knn ∈N +,k =0 ,1,2,3,⋯,n -1), 可得0<1-k n ≤e -k n , 从而有1-k nn≤e -k n n =e -k , 由此即可证得结论.【详解】(1)由题意a >0,f x =e x -a ，由f (x )=e x -a =0得x =ln a .当x ∈(-∞,ln a )时，f (x )<0；当x ∈(ln a ,+∞)时，f (x )>0.∴f (x )在(-∞,ln a )单调递减，在(ln a ,+∞)单调递增.即f (x )在x =ln a 处取得极小值，且为最小值，其最小值为f (ln a )=e ln a -a ln a -1=a -a ln a -1.f (x )≥0对任意的x ∈R 恒成立，即在x ∈R 上，f (x )min ≥0.设g (a )=a -a ln a -1.，所以g (a )≥0.由g (a )=1-ln a -1=-ln a =0得a =1.∴g (a )在区间(0,1)上单调递增，在区间(1,+∞)上单调递减∴g (a )在a =1处取得极大值g (1)=0.因此g (a )≥0的解为a =1，∴a =1(2)因为a =1，所以对任意实数x 均有e x -x -1≥0，即1+x ≤e x .令x =-k n n ∈N +,k =0 ,1,2,3,⋯,n -1)，则0<1-k n≤e -k n .∴1-k n n≤e -k n n =e -k .∴1n n +2n n +⋯+n -1n n +n n n ≤e -(n -1)+e -(n -2)+⋯+e -2+e -1+1=1-e -n 1-e -1<11-e -1=e e -1.【点睛】本题考查导数知识的运用, 考查函数的单调性与最值, 考查恒成立问题, 同时考查不等式的证明,解题的关键是正确求导数, 确定函数的单调性.属于较难题.10.已知函数f x =e x -2ax -1a ,b ∈R ,g x =x -sin x .(1)当x ∈0,+∞ 对，求函数g x 的最小值；(2)若f x ≥0对x ∈R 恒成立，求实数a 取值集合；(3)求证：对∀n ∈N *，都有sin 1n +1 n +1+sin 2n +1 n +1+sin 3n +1 n +1+⋯+sin n n +1 n +1<1e -1【答案】(1)0(2)12(3)证明见解析【分析】(1)求导，得到函数单调性，从而求出最小值；(2)先根据f 0 =0，f 0 =0得到a =12，再证明出充分性成立，而a >12与a <12均不合要求，从而得到答案；(3)由第一问结论得到sin k n +1n +1<k n +1 n +1，只需证明1n +1 n +1+2n +1 n +1+3n +1 n +1+⋯+n n +1 n +1<1e -1，由(2)可知，f x =e x-x -1≥0，得到k n +1 n +1<e k en +1k =1,2,3,⋯,n ，结合等比数列求和公式证明出1n +1 n +1+2n +1 n +1+3n +1 n +1+⋯+n n +1 n +1<1-1e ne -1<1e -1.【详解】(1)g x =1-cos x ≥0,g x 在x ∈0,+∞ 上单调递增，所以g (x )min =g 0 =0.(2)f x =e x -2a ，由于f 0 =0，故f 0 =e 0-2a =1-2a =0⇒a =12，下证当a =12时，f x =e x -x -1≥0恒成立，此时令fx =e x -1>0，解得：x >0，令f x =e x -1<0，解得：x <0，故f x =e x -x -1在x >0上单调递增，在x <0上单调递减，故f x =e x -x -1在x =0处取得极小值，也是最小值，且f x min =f 0 =e 0-0-1=0，故f x ≥0对x ∈R 恒成立；当a >12时，f x =e x -2ax -1<e x -x -1，则f 0 <e 0-0-1=0，显然不合要求，舍去当a <12时，令f x =e x -2a >0，解得：x >ln2a ，令f x =e x -2a <0，解得：x <ln2a ，其中ln2a <0，则f x =e x -2ax -1在x <ln2a 上单调递减，在x >ln2a 上单调递增，又f 0 =0，故当x ∈ln2a ,0 时，f x <0，不合题意，舍去；综上：实数a 取值集合为12 .(3)由(1)可知，sin k n +1n +1<k n +1 n +1，k ∈N ∗,n ∈N *，所以sin 1n +1n +1+sin 2n +1 n +1+sin 3n +1 n +1+⋯+sin n n +1 n +1<1n +1n +1+2n +1 n +1+3n +1 n +1+⋯+n n +1 n +1故只需证明：1n +1 n +1+2n +1 n +1+3n +1 n +1+⋯+n n +1 n +1<1e -1即可由(2)可知，f x =e x -x -1≥0，则x +1≤e x ，∴(x +1)n +1≤e n +1x，令x +1=k n +1k =1,2,3,⋯,n ，则k n +1 n +1<e k e n +1k =1,2,3,⋯,n ，∴1n +1 n +1+2n +1 n +1+3n +1 n +1+⋯+n n +1 n +1<1en +1e +e 2+e 3+⋯+e n =1e n +1⋅e 1-e n 1-e =e n +1-e e n +1e -1 =1-1ene -1<1e -1，∴sin 1n +1 n +1+sin 2n +1 n +1+sin 3n +1 n +1+⋯+sin n n +1 n +1<1e -1.【点睛】数学问题的转化要注意等价性，也就是充分性与必要性兼备，有时在探求参数的取值范围时，为了寻找解题突破口，从满足题意得自变量范围内选择一个数，代入求得参数的取值范围，从而得到使得问题成立的一个必要条件，这个范围可能恰好就是所求范围，也可能比所求的范围大，需要验证其充分性，这就是所谓的必要性探路和充分性证明，对于特殊值的选取策略一般是某个常数，实际上时切线的横坐标，端点值或极值点等.11.已知函数f x =x 2-x -a ln x a >0 .(1)求f x 的单调区间；(2)①若f x ≥0，求实数a 的值；②设n ∈N *，求证：1+12+⋯+1n +1+14+⋯+1n2>ln n +1 .【答案】(1)函数f (x )的单调增区间为1+1+8a4,+∞ ,单调减区间为0,1+1+8a4 .(2)①a =1； ②见解析.【分析】(1)利用导数求解函数的单调区间即可.(2)①首先根据题意得到f (1)=0,从而将题意等价为f (x )≥f (1),再结合f (x )的单调性分类讨论求解即可;②根据(1)知:x 2-x ≥ln x ,从而得到n +1n 2>ln n +1n ,再化简得到1n +1n 2>ln (n +1)-ln n ,累加即可证明.【详解】(1)由已知f (x )的定义域为(0,+∞).f(x )=2x -1-a x =2x 2-x -a x令g (x )=2x 2-x -a (a >0),Δ=1+8a >0,g (x )=0有两根x 1=1-1+8a 4,x 2=1+1+8a4,因为a >0,x 1<0,x 2>12，x ∈0,x 2 时,g (x )<0,f (x )<0,f (x )单调递减;x ∈x 2 ,+∞ 时,g (x )>0,f (x )>0,f (x )单调递增，故函数f x 的单调增区间为1+1+8a4,+∞ ，单调减区间为0,1+1+8a4.(2)①因为f (1)=0,所以f (x )≥0等价于f (x )≥f (1).由(1)知:f (x )min =f x 2 ,当a =1时,x 2=1,故f (x )≥f (1)=0满足题意.当a >1时,x 2>1,x ∈1,x 2 时，f x 单调递减，故f (x )<f (1)=0不满足题意.当0≤a <1时,12≤x 2<1,x ∈x 2,1 时, f x 单调递增，故f (x )<f (1)=0不满足题意.综上可知：a =1.②证明:由(1)可知:a =1时,f (x )≥0,即x 2-x ≥ln x ,当且仅当x =1时取等号.故当x =n +1n时,可得n +1n 2-n +1n >ln n +1n 即n +1n 2>ln n +1n ，即1n +1n2>ln (n +1)-ln n .故1+12+⋯+1n +1+14+⋯+1n 2 =2+34+⋯+1n +1n2>(ln2-ln1)+(ln3-ln2)+⋯+[ln (n +1)-ln n ]=ln (n +1)故1+12+⋯+1n +1+14+⋯+1n2>ln (n +1)12.已知函数f x =12ax 2-x -ln x a ∈R ．(1)讨论f x 的单调性；(2)当x ≥1，f x ≥2，求a 的取值范围；(3)证明：nk =21ln k>1-1n ．【答案】(1)答案见解析；(2)a ≤-2或a ≥6；(3)证明见解析.【分析】(1)根据导数的性质，结合一元二次方程根的情况分类讨论进行求解即可；(2)根据(1)的结论，结合函数的单调性和零点存在原理进行求解即可；(3)根据(2)的结论，构造不等式1ln x >1x 2-x，利用裂项相消法进行证明即可.【详解】(1)f x 定义域为(0，+∞)，fx =ax -1-1x =ax 2-x -1xx >0 ．记φx =ax 2-x -1．当a ≤0时，φx <0，即f x <0，所以f x 在(0，+∞)上单调递减．当a >0时，令φx =0，得x 1=1+1+4a 2a ，x 2=1-1+4a2a(舍去)．当x ∈0,x 1 时，φx <0，即fx <0，所以f x 单调递减；当x ∈x 1,+∞ 时，φx >0，即f x >0，所以f x 单调递增，综上，当a ≤0时，f x 在(0，+∞)上单调递减；当a >0时，f x 在0,1+1+4a2a 上单调递减，在1+1+4a2a ,+∞ 单调递增．(2)：由(1)知，当a ≤0时，f x 在[1，+∞)单调递减，所以f x ≤f 1 =12a -1<0．此时f x min =1-a 2．令1-a2≥2，解得a ≤-2．当a >0时，若φ1 =a -2≥0，即a ≥2，由(1)，设φx =0的正根为x 1，则必有x 1≤1，且当x ∈1,+∞ ，φx >0，即fx >0，所以f x 在[1，+∞)单调递增．此时f x ≥f 1 =a 2-1≥0，f x min =a2-1．令a2-1≥2，解得a ≥6．若φ1 =a -2<0，即a <2，则当x ∈1,x 1 时，φx <0，f x 单调递减，当x ∈x 1,+∞ 时，φx >0，f x 单调递增，注意到φx 1 =ax 21-x 1-1=0，知f x min =f x 1 =12ax 21-x 1-ln x 1=12x 1+1 -x 1-ln x 1=121-x 1 -ln x 1<0．又当x →+∞时，f x →+∞，由零点存在定理∃x 0∈x 1,+∞ ，使f x 0 =0，此时f x min =0，不满足题意．综上，a 的取值范围是a ≤-2或a ≥6．(3)由(2)知，当a =2时，对x >1，有f x >f 1 =0，即x 2-x >ln x ．又x >1时，x 2-x >0，ln x >0，所以1ln x >1x 2-x．令x =k k ≥2 ，得1ln k >1k 2-k=1k k -1 =1k -1-1k ．所以1ln2>1-12，1ln3>12-13，1ln4>13-14，⋯，1ln n >1n -1-1n ．故n k =21ln k >1-12 +12-13 +⋅⋅⋅+1n -1-1n =1-1n ，即nk =21ln k>1-1n ．【点睛】关键点睛：构造不等式1ln x >1x 2-x ，利用裂项相消法是解题的关键.13.已知函数f x =ln x -a x -1x +1a ∈R ．(1)若函数f x 在定义域内是单调增函数，求实数a 的取值范围；(2)求证：4ln2+8ln3+12ln4+⋯+4nln (n +1)<n n +5 ，n ∈N ∗．【答案】(1)a ≤2(2)证明见解析【分析】(1)分析可知f x ≥0在0,+∞ 上恒成立，利用参变量分离法结合基本不等式可求得实数a 的取值范围；(2)利用(1)中的结论分析可得出当n ≥2且n ∈N ∗，4n -1 ln n <2n +1 ，推导出4×1ln2<2×3，4×2ln3<2×4，4×3ln4<2×5，⋯，4nln n +1 <2n +2 ，利用不等式的基本性质结合等差数列的求和公式可证得结论成立.(1)解：因函数f x 在定义域为0,+∞ ，f x =1x -2a x +12，因为函数f x 在定义域内是单调增函数，所以f x ≥0在0,+∞ 上恒成立，所以，2a ≤x +12x=x +1x+2，当x >0时，由基本不等式可得x +1x+2≥2x ⋅1x +2=4，当且仅当x =1时，等号成立，所以，2a ≤4，解得a ≤2.(2)证明：由(1)知当a =2时，函数f x 在0,+∞ 上是单调增函数，且当x >1时，f x >f 1 =ln1-21-11+1=0，则ln x >2x -1 x +1，所以，2x +1 >4x -1ln n，所以，当n ≥2且n ∈N ∗，4n -1ln n<2n +1 ，所以，4×1ln2<2×3，4×2ln3<2×4，4×3ln4<2×5，⋯，4n ln n +1 <2n +2 ，将上述不等式相加得4ln2+8ln3+12ln4+⋯+4n ln (n +1)<23+4+5+⋯+n +2 =2×n 3+n +2 2=n n +5 ，即4ln2+8ln3+12ln4+⋯+4n ln n +1 <n n +5 ，故原不等式得证.【点睛】方法点睛：利用导数证明不等式问题，方法如下：(1)直接构造函数法：证明不等式f x >g x (或f x <g x )转化为证明f x -g x >0(或f x -g x <0)，进而构造辅助函数h x =f x -g x ；(2)适当放缩构造法：一是根据已知条件适当放缩；二是利用常见放缩结论；(3)构造“形似”函数，稍作变形再构造，对原不等式同解变形，根据相似结构构造辅助函数.14.已知函数f x =a ln x +1-x ．(1)若f x ≤0，求a 的值；(2)证明：当n ∈N +且n ≥2时，ln222×ln332×ln442×⋯×ln n n2<1n ．【答案】(1)a =1(2)证明见解析【分析】(1)求出f x 的导数f x =a -xx，分类讨论，确定函数的单调性，利用f x ≤0成立，求出a ；(2)由(1)，当a =1时，ln x +1-x ≤0即ln x ≤x -1，令x =n ，则有ln n <n -1，可得ln n n 2<n -1n ，累乘可证得结果.【详解】(1)由题意知，x ∈0,+∞ ，f x =a x -1=a -xx，①当a ≤0时，f x <0，f x 在0,+∞ 上单调递减，所以，当x ∈0,1 时，f x >f 1 =0，不合题意；②当0<a <1时，由f x >0得，x ∈0,a ，则f x 在0,a 上单调递增，由f x <0得，x ∈a ,+∞ ，则f x 在a ,+∞ 上单调递减，所以，f a >f 1 =0，不合题意；③当a =1时，由f x >0得，x ∈0,1 ，则f x 在0,1 上单调递增，由f x <0得，x ∈1,+∞ ，则f x 在1,+∞ 上单调递减，所以，对于任意的x ∈0,+∞ ，f x ≤f 1 =0，符合题意；④当a >1时，由f x >0得，x ∈0,a ，则f x 在0,a 上单调递增，由f x <0得，x ∈a ,+∞ ，则f x 在a ,+∞ 上单调递减，所以，f a >f 1 =0，不合题意．综上所述，a =1．(2)由(1)知，a =1时，ln x +1-x ≤0即ln x ≤x -1，当且仅当x =1时等号成立．令x =n ，其中n ∈N +且n ≥2，则有ln n <n -1，又n -1<n n -1 ，所以，ln n <n n -1 ，即ln n n2<n -1n 所以ln222×ln332×ln442×⋯×ln n n 2<12×23×34×⋯×n -1n =1n ．所以，原不等式得证．15.已知函数f x =ln x +2 +2ax +3-a a ∈R ．(1)求函数f x 的单调区间；(2)求证：13+15+⋯+12n -1+12n +1<ln n +1．【答案】(1)答案见解析(2)证明见解析【分析】(1)对函数求导，构造g x =x 2+6-2a x +9-4a ，讨论参数a ，结合二次函数性质判断导数符号，进而确定单调区间；(2)由(1)知x ∈-1,+∞ 有f x >0，取a =2得ln x +2 >2x +1 x +3，取x +1=1nn ∈N * 则lnn +1n >22n +1，两侧累加即可证结论.【详解】(1)fx =1x +2-2a x +3 2=x 2+6-2a x +9-4a x +2 x +32x >-2 ，令g x =x 2+6-2a x +9-4a ，则Δ=(6-2a )2-49-4a =4a a -2 ．当Δ≤0，即0≤a ≤2时g x ≥0，即f x ≥0恒成立，则f x 在-2,+∞ 上单调递增；当a <0时，y =ln x +2 、y =2ax +3-a 在-2,+∞ 上均单调递增，所以f x 在-2,+∞ 上单调递增；当a >2时，由g x =0得x 1=a -3-a 2-2a ，x 2=a -3+a 2-2a ，则f x 在-2,x 1 和x 2,+∞ 上单调递增，在x 1,x 2 上单调递减．综上，当a ≤2时，f x 的单调递增区间是-2,+∞ ，无递减区间；当a >2时，f x 的单调递增区间是-2,x 1 ，x 2,+∞ ，单调递减区间是x 1,x 2 ．(2)由(1)知，当a ≤2时，f x 在-2,+∞ 上单调递增，若x ∈-1,+∞ ，则f x >f -1 =0，即f x =ln x +2 +2ax +3-a >0，取a =2，则f x =ln x +2 +2×2x +3-2=ln x +2 -2x +1 x +3>0，即ln x +2 >2x +1 x +3，取x +1=1n n ∈N * ，则ln n +1n >22n +1，于是有ln n n -1>22n -1，ln n -1n -2>22n -3，⋯，ln 32>25，ln2>23，所以ln n +1n +ln n n -1+ln n -1n -2+⋯+ln 32+ln2>22n +1+22n -1+22n -3+⋯+25+23，即ln n +1n ⋅n n -1⋅n -1n -2⋅⋯⋅32⋅2 >22n +1+22n -1+22n -3+⋯+25+23，整理得13+15+⋯+12n -1+12n +1<ln n +1．【点睛】关键点点睛：第二问，根据x ∈-1,+∞ 有f x >0，取a =2得到不等式恒成立，应用换元法、累加证结论.16.已知函数f x =ln x +axa ∈R ．(1)求函数f x 的极值；(2)求证：12+13+⋯+1n +1<ln n +1 n ∈N * ．【答案】(1)极小值f a =ln a +1，无极大值(2)证明见解析【分析】(1)求出f x ，分a ≤0、a >0讨论，可得答案；(2)当a =1时，f x ≥f 1 =1令x =n +1n >1，可知ln n +1n >1n +1，然后利用累加法可得答案.【详解】(1)f x =1x -a x 2=x -ax2， 当a ≤0时，fx >0，函数f x 在0,+∞ 上单调递增，无极值；当a >0时，当0<x <a 时，f x <0，当x >a 时，f x >0，函数f x 在0,a 上单调递减，在a ,+∞ 上单调递增，函数f x 有极小值f a =ln a +1，无极大值．(2)由(1)知，当a =1时，f x ≥f 1 =1，当且仅当x =1时取等号，令x =n +1n >1，n ∈N *，可知f n +1n >1，即ln n +1n >1-n n +1=1n +1，即12<ln 1+1 -ln1，13<ln 2+1 -ln2，⋯，1n +1<ln n +1 -ln n ，累加得12+13+⋯+1n +1<ln n +1 n ∈N * ．17.已知函数f x =a ln x -2x -1x +1(a >0)．(1)若函数f x 在区间0,+∞ 上为增函数，求a 的取值范围；(2)设n ∈N *，证明：2-12+1+3-23+2+⋯+n +1-n n +1+n<14ln n +1 ．【答案】(1)a ≥1(2)证明见解析【分析】(1)求出函数的导数，根据函数的单调性可得相应不等式恒成立，分离参数，结合基本不等式即可求得答案；(2)集合(1)可得ln x >2x -1 x +1，变形可得ln x >4x -1 x +1，令x =1+1n ，则可得n +1-nn +1+n<14ln n +1n，累加即可证明结论.【详解】(1)由已知得f x =a ln x -2x -1x +1,x ∈0,+∞ ,a >0，则fx =a x -4(x +1)2=a (x +1)2-4x x (x +1)2．因为f x 在0,+∞ 上单调递增，所以a (x +1)2-4x ≥0恒成立，即a ≥4x (x +1)2=4x +2+1x ，由于4x +2+1x ≤42+2x ⋅1x=1，当且仅当x =1时取等号，所以a ≥1，当a =1时，fx =(x +1)2-4x x (x +1)2=(x -1)2x (x +1)2≥0，仅在x =1时取等号，适合题意，故a ≥1.(2)由(1)可知当a =1,x ∈1,+∞ 时，f x >f 1 =0，即ln x >2x -1x +1，即ln x >2x -1 x +1，可得ln x >4x -1x +1．令x =1+1n ，则ln 1+1n >41+1n -1 1+1n +1=4⋅n +1-nn +1+n，即n +1-n n +1+n <14ln n +1n ，所以2-12+1+3-23+2+⋯+n +1-n n +1+n<14ln 21+ln 32+⋯+ln n +1n =14ln n +1 ，即2-12+1+3-23+2+⋯+n +1-n n +1+n<14ln n +1 ．【点睛】难点点睛：第二问利用导数证明不等式，难点在于要结合不等式的结构特征，结合(1)的结论，推出ln x >2x -1 x +1，再变形可得ln x >4x -1 x +1，从而令x =1+1n ，则可得n +1-n n +1+n<14ln n +1n ，进而采用累加法证明.18.已知函数f x =ln x +a -ax ．(1)若f x ≤0恒成立，求实数a 的最大值；(2)设n ∈N *，n ≥2，求证：1+1321+143 1+154 ⋅⋅⋅1+1n +1n<23e 2．【答案】(1)1(2)证明见解析【分析】(1)求出函数得到函数，分a =0、a <0、a >0三种情况讨论，求出函数的最大值，即可得解；(2)由(1)可得ln x +1 ≤x ，利用放缩法得到ln 1+1n +1 n<21n -1n +1，再根据对数的运算法则及裂项相消法计算可得.【详解】(1)f x =ln x +a -ax ，定义域-a ,+∞ ，fx =1x +a -a =-ax -a 2+1x +a．①当a =0时，f x =1x，定义域为0,+∞ ，f x =ln x ，显然f e =1>0不符合题意；②当a <0时，令fx =0，则x =1-a 2a =1a-a <-a ，当x ∈-a ,+∞ 时，f x >0，所以f x 在x ∈-a ,+∞ 上单调递增，又f -a +1 =ln -a +1+a -a -a +1 =-a 1-a >0，所以a <0，不符合题意；③当a >0时，令fx =0，则x =1-a 2a =1a-a >-a ，当x ∈-a ,-a +1a 时，f x >0，f x 单调递增，当x ∈-a +1a,+∞ 时，f x <0，f x 单调递减，所以f x max =f -a +1a =ln 1a -a -a +1a=a 2-1-ln a ≤0．设g a =a 2-1-ln a ，注意到g 1 =0，ga =2a -1a =2a 2-1a =2a +1 2a -1 a，所以a ∈0,22时，g a <0，g a 单调递减；a ∈22,+∞ 时，g a >0，g a 单调递增，所以g a min =g 22 =-12+12ln2=12ln2-1 <0，又g 1e =1e 2>0，由零点存在定理，存在a 0∈1e ,22，使得g a 0 =0，所以g a =a 2-1-ln a ≤0的解集为a 0,1 ，所以a 的最大值为1．(2)在(1)中令a =1，可得ln x +1 ≤x ，从而ln 1+1n +1 n<1n +1n =n +1-nn +1⋅n ×1n +1=n +1-n n +1⋅n ×n +1+n n +1=1n -1n +1 1+n n +1 <21n -1n +1，∴nk =1ln 1+1k +1 k<211-12 +212-13 +⋅⋅⋅+21n -1n +1=21-1n +1<2，⇔1+12 1+132 1+143⋅⋅⋅1+1n +1 n<e 2，⇔1+132 1+143 1+154⋅⋅⋅1+1n +1 n<23e 2．【点睛】方法点睛：导函数中常用的两种常用的转化方法：一是利用导数研究含参函数的单调性，常化为不等式恒成立问题．注意分类讨论与数形结合思想的应用；二是函数的零点、不等式证明常转化为函数的单调性、极(最)值问题处理．19.已知函数f x =ln x +1 -xx +1.(1)求f x 的极值；(2)对任意的n∈N*，求证：1n+1+1n+2+⋯+12n<ln2.【答案】(1)极小值0，无极大值(2)证明见解析【分析】(1)根据导函数求单调性求极值即可；(2)根据(1)结论结合数列求和得证.【详解】(1)因为f(x)=ln(x+1)-xx+1=ln(x+1)+1x+1-1，则f (x)=1x+1-1(x+1)2=x(x+1)2，当x∈(-1，0)时，f (x)<0，x∈(0，+∞)时，f (x)>0，故f(x)在(-1，0)上单调递减，在(0，+∞)上单调递增，故f(x)在x=0处取得极小值f(0)=0，无极大值. (2)由(1)知f(x)在(0，+∞)上单调递增，故x∈(0，+∞)时，f(x)>f(0)=0，即：ln(x+1)>xx+1，令x=1n得，ln1+1n>1n1+1n，化简得：lnn+1n>1n+1，于是有：lnn+1n>1n+1，ln n+2n+1>1n+2，⋅⋅⋅，ln2n2n-1>12n，累加得：lnn+1n+ln n+2n+1+⋅⋅⋅+ln2n2n-1>1n+1+1n+2⋅⋅⋅+12n，ln2nn =ln n+1nn+2n+1⋯2n2n-1>1n+1+1n+2⋅⋅⋅+12n，即1n+1+1n+2+⋅⋅⋅+12n<ln2．20.已知函数f x =12x2-x ln x+t t∈R.(1)g x 是f x 的导函数，求g x 的最小值；(2)证明：对任意正整数n n≥2，都有1+1 22⋅1+132⋅1+142⋯1+1n2<e(其中e为自然对数的底数)【答案】(1)0；(2)证明见解析.【分析】(1)由题意得g x =f x =x-ln x-1,x>0，求导判断单调性即可求解；(2)由(1)可得可知x-1≥ln x，当且仅当x=1时等号成立，令x=1+1k2≠1，则ln1+1k2<1k2<1k k-1 =1k-1-1k,k=2,3,4⋯,n.借助数列的裂项求和的方法和对数的运算性质即可证明.【详解】(1)由题意，f x =12x2-x ln x+t，g x =f x =x-ln x-1,x>0，g x =1-1x =x-1x，令g x =0，解得x=1，又x∈0,1时，g x <0,x∈1,+∞时，g x >0，所以g x 在0,1 上单调递减，在1,+∞ 单调递增，∴g x ≥g 1 =0，即g x 的最小值为0.(2)证明：由(1)得，g x =x -1-ln x ≥0，可知x -1≥ln x ，当且仅当x =1时等号成立，令x =1+1k 2≠1，则ln 1+1k 2<1k2<1k k -1 =1k -1-1k ,k =2,3,4⋯,n .∴ln 1+122 +ln 1+132 +ln 1+142 +⋯+ln 1+1n 2<1-12 +12-13 +13-14 +⋯+1n -1-1n =1-1n <1，即ln 1+122 +ln 1+132 +ln 1+142 +⋯+ln 1+1n2<1，也即ln 1+122 1+132 1+142 ⋯1+1n 2<ln e ，所以1+122 1+132 1+142 ⋯1+1n2<e ，故对任意正整数n n ≥2 ，都有1+122⋅1+132 ⋅1+142 ⋯1+1n2<e.【点睛】方法点睛：利用导数证明不等式常见类型及解题策略：(1)构造差函数h (x )=f (x )-g (x )，根据差函数导函数符号，确定差函数单调性，利用单调性得不等量关系，进而证明不等式；(2)根据条件，寻找目标函数，一般思路为利用条件将所求问题转化为对应项之间大小关系，或利用放缩、等量代换将多元函数转化为一元函数.。

数列与不等式结合的题型解析一、数列不等式恒成立问题例1 已知数列{an}满足a1=1，an+1=14a2n+p.（1）若数列{an}是常数列，求p的值;（2）求最大的正数p，使得an2对一切整数n恒成立，并证明你的结论.解析（1）若数列{an}是常數列，则a2=14a1+p=14+p=1，p=34.（2）因为ak+1-ak=14a2k-ak+p=14（ak-2）2+p-1≥p-1，所以an=a1+（a2-a1）+。

+（an-an-1）1+（n-1）（p-1），这说明，当p1时，an越来越大，不满足an2，所以要使得an2对一切整数n恒成立，只可能p≤1.下面证明当p=1时，an2恒成立.用数学归纳法证明：当n=1时，a1=1显然成立;假设当n=k时成立，即ak2，则当n=k+1时，ak+1=14a2k+114×22+1=2成立，由上可知对一切正整数n 恒成立，因此，正数p的最大值是1.点评求解数列不等式恒成立问题的常用方法有：先利用等差数列与等比数列等知识化简不等式，再通过解不等式解得，或转化利用最值法解得.本题是在数列不等式恒成立的条件下，求参数p的最大值问题，首先将数列作差递推，利用累差法得到数列通项的不等关系，然后在讨论范围的基础上确定出参数p的最大值，进而运用数学归纳法给出证明的.二、数列不等式证明问题例2 已知数列{an]的前n项和记为Sn，且满足Sn=2an-n，n∈N*.（1）求数列{an}的通项公式;（2）证明：n2-13解析（1）因为Sn=2an-n（n∈N+），所以Sn-1=2an-1-n+1（n≥2），两式相减得：an=2an-1+1，变形可得：an+1=2（an-1+1）.又因为a1=2a1-1，即a1=1，所以数列{an+1}是首项为2、公比为2的等比数列，所以an+1=2·2n-1=2n，an=2n-1.（2）由akak+1=2k-12k+1-12k-12k+1-2=12，（k=1，2，。

1/20高考数学大题精做之解答题题型全覆盖高端精品第二篇数列与不等式专题07数列与不等式相结合问题【典例1】记n S 为数列{}n a 的前n 项和.已知12n n S a +=.（1）求{}n a 的通项公式；（2）求使得22020n n a S >+的n 的取值范围.【思路引导】（1）根据11,1,2n nn S n a S S n -=⎧=⎨-≥⎩计算可得；（2）由（1）可得2122n n a -=，21nn S =-，从而得到不等式解得.2/20【典例2】已知等比数列{}n a 的前n 项和为n S ，且当*n N ∈时，n S 是12n +与2m 的等差中项(m 为实数).（1）求m 的值及数列{}n a 的通项公式；（2）令()*21log n n b a n N=+∈，是否存在正整数k ，使得1111210n n n kb b b n ++⋅⋅⋅+>+++对任意正整数n 均成立？若存在，求出k 的最大值；若不存在，说明理由.【思路引导】（1）根据等差中项的性质列方程，求得n S 的表达式.利用11,1,2n nn S n a S S n -=⎧=⎨-≥⎩，结合{}n a 是等比数列，求得m 的值及数列{}n a 的通项公式.（2）由（1）求得n b 的表达式，将不等式1111210n n n kb b b n ++⋅⋅⋅+>+++左边看成()f n ，利用差比较法判断出()f n 的单调性，由此求得()f n 的最小值，进而求得k 的最大值.【典例3】已知等差数列{}n a 中，公差0d ≠，735S =，且2a ，5a ，11a 成等比数列．()1求数列{}n a 的通项公式；()2若n T 为数列11n n a a +⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和，且存在*n N ∈，使得10n n T a λ+-≥成立，求实数λ的取值范围．【思路引导】（1）由题意可得()()()1211176735,2410,a d a d a d a d ⨯⎧+=⎪⎨⎪+=++⎩解得1a d ，即可求得通项公式；(2)111112n n a a n n +=-++,裂项相消求和n T =()112222n n n -=++，因为存在*N n ∈，使得10n n T a λ--≥成立，所以存在*N n ∈，使得()()2022n n n λ-+≥+成立，即存在*N n ∈，使得()222n n λ≤+成立.求出()222n n +的最大值即可解得λ的取值范围.3/20【典例4】已知{}n a 是递增的等比数列，若3520a a +=，且12354a a a ，，成等差数列.（1）求{}n a 的前n 项和n S ；（2）设12n nb S =+，且数列{}n b 的前n 项和为n T ，求证：113n T ≤<.【思路引导】（1）利用等差中项可得21352a a a =+,再利用等比数列的通项公式代入求得q ,可代回3520a a +=中求得1a ,进而由公式求解即可；（2）由（1）可得121n nb =-,则1132nnb ≤<,从而求和即可证明【典例5】已知数列{}n a 为等差数列.（1）求证：()212n n n a a a ++ ；（2）设21n a n =-，且其前n 项和n S ，1n S ⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和为n T ，求证：2n T <.【思路引导】(1)利用等差数列的性质122n n n a a a ++=+,再根据基本不等式即可证明.(2)由等差数列的求和公式求解n S ,再由裂项相消的缩放法求证即可.4/20【典例6】已知等比数列{}n a 的各项均为正数，5462,,4a a a 成等差数列，且满足2434a a =，数列{}n b 的前n 项和(1)2n nn S b +=，*n N ∈，且11b =.（1）求数列{}n a 和{}n b 的通项公式；（2）设,,n n n b n c a n ⎧⎪=⎨⎪⎩为奇数为偶数，求数列{}n c 的前n 项和n P .（3）设252123n n n n n b d a b b +++=，*n N ∈，{}n d 的前n 项和n T ，求证：13n T <.【思路引导】(1)根据题意列出方程组，求出1a 、q ，从而得到{}n a 的通项公式，当2n ≥时，11122n n n n n nb n b S S b --+=-=-，化简可得{}n b n是首项为1的常数列，即可求得{}n b 的通项公式；(2)分类讨论，当n 为偶数时，()()13124n n n p b b b a a a -=++⋯++++⋯+，分别利用等差数列、等比数列的前n 项和公式求和即可，当n 为奇数时，由1n n n P P b -=+可求得结果；(3)裂项法可得【典例7】已知数列{}n a 满足125a =，且*113220,N n n n n a a a a n ++-+=∈，数列{}n b 为正项等比数列，且123b b +=，34b =.（1）求数列{}n a 和{}n b 的通项公式；（2）令2n n n b c a =，12n n S c c c =+++ ，求证：101nS <<.【思路引导】（1）变形已知等式得数列2n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭为等差数列，从而可求通项公式，数列{}n b 是等比数列，用基本量法可求得通项公式；（2）用错位相减法求得和n S ，即可证结论成立．5/201.已知等差数列{}n a 满足13428,4a a a a +=-=.（1）求数列{}n a 的通项公式及前n 项和n S ；（2）记数列1{}n S 的前n 项和为n T ，若99100n T >，求n 的最小值.2.已知数列{}n a 是公比大于1的等比数列(*)n N ∈，24a =，且21+a是1a 与3a 的等差中项．I.求数列{}n a 的通项公式；II.设2log n n b a =，n S 为数列{}n b 的前n 项和，记1231111=++++ n nT S S S S ，证明：12n T ≤<．3.已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，()*21n n S a n N +=∈.（1）求数列{}n a 的通项公式；（2）若11111n n n c a a +=++-，n T 为数列{}n c 的前n 项和.求证：123n T n >-.6/204.已知数列{}n a ,是一个等差数列,且22a=,145a a +=,数列{}n b 是各项均为正数的等比数列,且满足:112b =,24164b b ⋅=.（1）求数列{}n a 与{}n b 的通项公式;（2）求证:11222n n a b a b a b ++⋅⋅⋅+<.5.已知数列{}n a 中，11a =，其前n 项的和为n S ，且当2n ≥时，满足21nn n S a S =-．（1）求证：数列1n S ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是等差数列；（2）证明：2221274n S S S +++<．6.设数列{}n a 的前n 项和n S ，数列{}n S 的前n 项和为{}n T ，满足*32,n n T S n n N =-∈.（Ⅰ）求数列{}n a 的通项公式；（Ⅱ）求证：*1,n S n N ≥∈.7/207.已知数列{}n a 的前n 项和12n n S a a =-，且满足1a ，212a +，3a 成等差数列.（1）求数列{}n a 的通项公式；（2）设数列1{}n a 的前n 项和为n T ，求使1|2|500n T -<成立n 的最小值.8.若数列{an}是的递增等差数列，其中的a 3=5，且a 1，a 2，a 5成等比数列，（1）求{a n }的通项公式；（2）设b n=，求数列{b n }的前项的和T n ．（3）是否存在自然数m ，使得＜T n ＜5m对一切n ∈N*恒成立？若存在，求出m 的值；若不存在，说明理由．8/209.已知nS 为数列na 的前n 项和，已知0n a >，2243n n n a a S +=+，且1n n a b =.(1)求数列{}n b 的通项公式n b ；(2)求满足122311...7n n b b b b b b ++++<的n 的最大值.10.设()()1122,,,A x y B x y 是函数()21log 21xf x x =+-的图象上任意两点，且1()2OM OA OB =+ ，已知点M 的横坐标为12．（1）求证：M 点的纵坐标为定值；（2）若*121...,,2n n S f f f n N n n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+++∈≥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭且求n S ；（3）已知=12131 2(1)(1)nn n n S S +⎧⎪⎪⎨=≥++⎪⎪⎩，其中*n N ∈，n T 为数列{}n a 的前n 项和，若()11n n T S λ+<+对一切*n N ∈都成立，试求λ的取值范围．9/20参考答案【典例1】解：（1）由题知，12n n S a +=①，当1n =时，11a =当2n ≥时，1112n n S a --+=②①减②得，12n n a a -=，故{}n a 是以1为首项，2为公比的等比数列，所以12n n a -=（2）由（1）知，2122n n a -=，21nn S =-22020n n a S >+即210221202n n --+>等价于()2224038nn->易得()222n n -随n 的增大而增大而6n =，()2224038nn-<，7n =，()2224038n n ->故7n ≥，n N∈【典例2】解：(1) n S 是12n +与2m 的等差中项，∴1222n n S m +=+，即2n n S m =+，当1n =时，112S a m ==+，当2n ≥时，112n n n n a S S --=-=， {}n a 是等比数列，∴11a =，则21m +=，∴1m =-，且数列{}n a 的通项公式为12n n a -=.(2)存在正整数k ，使不等式恒成立，k 的最大值为4.21log n n b a n =+=()*.n N ∈()11111112122n n n f n b b b n n n n=++=++++++++ ，()()1111110212212122f n f n n n n n n +-=+-=->+++++ ∴()()1.f n f n +>∴数列(){}f n 单调递增，()()min 112f n f ∴==，由不等式恒成立得：1102k <，∴5k <.故存在正整数k ，使不等式恒成立，k 的最大值为4.【典例3】解：（1）由题意可得()()()1211176735,2410,a d a d a d a d ⨯⎧+=⎪⎨⎪+=++⎩即12135,2.a d d a d +=⎧⎨=⎩又因为0d ≠，所以12,1.a d =⎧⎨=⎩所以1n a n =+.（2）因为()()111111212n n a a n n n n +==-++++，所以10/20111111233412n T n n =-+-++-=++ ()112222n n n -=++.因为存在*N n ∈，使得10n n T a λ--≥成立，所以存在*N n ∈，使得()()2022nn n λ-+≥+成立，即存在*N n ∈，使得()222n n λ≤+成立.又()21114416222424nn n n n n =⋅≤⎛⎫⎛⎫+++++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（当且仅当2n =时取等号）.所以116λ≤，即实数λ的取值范围是1,16⎛⎤-∞ ⎥⎝⎦.【典例4】解：（1）设递增数列{}n a 的公比为()1q q >,由1a ,254a ,3a 成等差数列,可得21352a a a =+,即2111522a q a a q =+,则22520q q -+=,解得12q =（舍）或2q =,又因为3520a a +=,可得24112220a a +=,所以11a =,所以()1212121n n nS ⨯-==--（2）证明：由（1）可得11021221n n nb ==>-++,所以数列{}n T 是递增数列,所以1111213n T T b ≥===+,又因为11212n n nb =<+,2111221111111222212nnnn T ⎡⎤⎛⎫⨯-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎣⎦∴<+++==-< ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭-…,综上所述：113n T ≤<【典例5】证明：（1）因为数列{}n a 为等差数列,所以122n n n a a a ++=+∴()()()()222212222424n n n n n n n n n a a a a a a a a a +++++=+=++11/20即()212n n n a a a ++ ,故结论成立.或：设数列{}n a 的公差为d ,则()()()()22221111n n n n n n a a a d a d a d a +++++=-+=- 即()212n n n a a a ++ ,故结论成立.（2）∵212(211)2n n n n S a a a n -+=+++== ∴211n S n=2n ≥时：211(1)n n n <-1n =时：11112T S ==<2n ≥时：211111(1)1n S n n n n n =<=---1211111111112231n n T S S S n n =++⋯+<+-+-++-- ，∴122n T n<-<.【典例6】解：（1）因为0n a >，所以0q >，24562431224210414a a a q q a a a q ⎧=+⎧+-=⎪⇒⎨⎨==⎪⎩⎩，解得11212q a ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩所以12n n a ⎛⎫= ⎪⎝⎭，当2n ≥时，11122n n n n n nb n b S S b --+=-=-，即11n n b b n n -=-，∴{}n b n 是首项为1的常数列，1n bn=，∴n b n =；（2）,1,2nn n n C n ⎧⎪=⎨⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭⎩为奇数为偶数当n 为偶数时，()()13124n n n p b b b a a a -=++⋯++++⋯+24111[13(1)][()()()]222n n =+++-++++ 22111441112(11)12433214nnn n n ⎛⎫⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭⎛⎫⎝⎭=+-+=+⋅ ⎪⎝⎭-12/20当n 为奇数时，11221(1)111(1)11143324332n n n n n n n P P b n ----+⎛⎫⎛⎫=+=+-+=+-⋅ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭（3）125111(21)(23)2(21)2(23)2n n n nn d n n n n -+=⋅=-++++211111113525272(21)2(23)2n n n T n n -=-+-++-⋅⋅⋅++ 1113(23)23n n =-<+【典例7】解：（1）∵113220n n n n a a a a ++-+=，∴*1223,n n n N a a +-=∈∴2n a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭为等差数列，首项为125a =，公差为3∴253(1)32n n n a =+-=+，2,N *32n a n n =∈+∵{}n b 为正项等比数列，设公比为()0q q >，则121(1)3b b b q +=+=，2314b b q ==整理得23440q q --=，解得2q =，11b =，∴1*2,Nn n b n -=∈（2）12(32)2n nn nb c n a -==+⋅21582112(32)2n n S n -=+⨯+⨯+++⋅ ①2125282(31)2(32)2n n n S n n -=⨯+⨯++-⋅++⋅ ②①-②得215323232(32)2n n n S n --=+⨯+⨯++⨯-+⋅ 53(22)(32)2n n n =+--+⋅,∴(31)21nn S n =-⋅+∵*N n ∈，∴1n S >，∴101nS <<，得证.1.【思路引导】(1)根据等差数列的通项公式列出方程组结合前n 项和公式求解即可得到数列{}n a 的通项公式及前n 项和13/20n S ；(2)利用裂项求和得到111nT n =-+，解不等式即可得到最小值.解：（1）设等差数列{}n a 的公差为d .依题意有13428,4.a a a a +=⎧⎨-=⎩解得12,2.a d =⎧⎨=⎩所以22,n n a n S n n ==+.（2）因为211111n S n n n n ==-++，所以12111111111(1)((122311n n T S S S n n n =+++=-+-++-=-++L L .因为99100n T >，即19911100n ->+，所以99n >.所以n 的最小值为1002.【思路引导】I.根据等差中项性质得到()21321a a a +=+，再根据等比数列通项公式构造方程求得q ，从而可求得通项公式；II.根据n a 求得n b ，利用等差数列求和公式得到n S ；再根据裂项相消法求得n T ，根据2011n <≤+证得结论.解：I.由题意得：()21321a a a +=+设数列{}n a 公比为q ，则()22221a a a q q+=+，即22520q q -+=解得：12q =（舍去）或2q =则212a a q ==()1*12n n n a a q n N -∴==∈II.由I.得：2log 2nn b n ==，可知{}n b 为首项为1，公差为1的等差数列则()()1122n n n b b n n S ++==()1211211n S n n n n ⎛⎫∴==⨯- ⎪++⎝⎭1111111122121222334111n T n n n n ⎛⎫⎛⎫∴=⨯-+-+-+⋅⋅⋅+-=⨯-=- ⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭14/202011n <≤+ ，21221n ∴≤-<+，即12n T ≤<3.【思路引导】（1）利用11,1,2n nn S n a S S n -=⎧=⎨-≥⎩求得数列{}n a 的通项公式.（2）先将n c 缩小即111233n n n c +⎛⎫>--⎪⎝⎭，由此结合裂项求和法、放缩法，证得不等式成立.解：（1）∵()*21n n S a n N+=∈，令1n =，得113a=.又()11212n n S a n --+=≥，两式相减，得113n n a a -=.∴13nn a ⎛⎫= ⎪⎝⎭.（2）∵111111133n nn c +=+⎛⎫⎛⎫+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭1113311231313131n n n n n n +++=+=-++-+-11123131n n +⎛⎫=-- ⎪+-⎝⎭.又∵11313n n <+，1111313n n ++>-，∴111233n n n c +⎛⎫>-- ⎪⎝⎭.∴22311111112333333n n n T n +⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫>--+-+⋅⋅⋅+- ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦111122333n n n +=+->-.∴123n T n >-.4.【思路引导】（1）因为{}n a 为等差数列,设公差为d ,则1112,35,a d a a d +=⎧⎨++=⎩即可求得首项和公差,即可求得{}n a .因为{}n b 为等比数列,2243164b b b ⋅==,23118b b q ==,即可求得公比,进而求得{}n b .（2）因为n a n =,12nn b ⎛⎫= ⎪⎝⎭,所以()23111111123122222n nn T n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯+⨯+⨯+⋅⋅⋅+-⨯+⨯ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭,根据数列求和错位相减法,即可求得n T ,进而求得答案.15/20解：（1）{}n a 为等差数列,设公差为d ,∴1112,35,a d a a d +=⎧⎨++=⎩∴11,1,a d =⎧⎨=⎩∴()11n a a n d n =+-=. {}n b 为等比数列,0n b >,设公比为q ,则0q >,∴2243164b b b ⋅==,23118b b q ==,∴12q =,1111222n nn b -⎛⎫⎛⎫=⋅= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭.（2）令112233n n n T a b a b a b a b =+++⋅⋅⋅+,∴()23111111123122222n nn T n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯+⨯+⨯+⋅⋅⋅+-⨯+⨯ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭——①可得:()2311111112122222nn n T n n +⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯+⨯+⋅⋅⋅+-⨯+⨯ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭——②∴由①-②得:23111112211111111222222212nn n n n T n n ++⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎝⎭=+++⋅⋅⋅+-⨯=-⨯ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭-,∴1112222n nn T n -⎛⎫⎛⎫=--⨯< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭.故11222n n a b a b a b ++⋅⋅⋅+<.5.【思路引导】（1）当n ≥2时，S n ﹣S n ﹣121nn S S =-⇒S n ﹣S n ﹣1＝S n •S n ﹣1（n ≥2），取倒数，可得111n n S S --=1，利用等差数列的定义即可证得：数列{1nS }是等差数列；（2）利用222111111211n S n n n n ⎛⎫=<=- ⎪--+⎝⎭进行放缩并裂项求和即可证明解：（1）当2n ≥时，211nn n n S S S S --=-，11n n n n S S S S ---=，即1111n n S S --=从而1n S ⎧⎫⎨⎬⎩⎭构成以1为首项，1为公差的等差数列．16/20（2）由（1）可知，()11111n n n S S =+-⨯=，1n S n∴=．则当2n ≥时222111111211n S n n n n ⎛⎫=<=- ⎪--+⎝⎭．故当2n ≥时22212111111111123224211n S S S n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫+++<+-+-++- ⎪⎪ ⎪-+⎝⎭⎝⎭⎝⎭1111137111221224n n ⎛⎫=++--<+⋅= ⎪+⎝⎭又当1n =时，21714S =<满足题意，故2221274n S S S +++< ．法二：则当2n ≥时22211111n S n n n n n=<=---，那么222121111111717142334144n S S S n n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫+++<++-+-+-=-< ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 又当1n =时，21714S =<，当时，21714S =<满足题意.6.【思路引导】（Ⅰ）由1n =得出11a =，由1n n T T --得出32n n S a =-，再由1n n S S --得出133n n n a a a -=-，由等比数列的定义，得出数列{}n a 是等比数列，即可写出数列{}n a 的通项公式；（Ⅱ）求出等比数列{}n a 的前n 项和，由函数3212n n S ⎡⎤⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦为*n N ∈上的单调增函数，由函数n S 的最值，即可证明不等式.解：(Ⅰ)当1n =，由已知有，11321a a =-⨯∴11a =当2n ≥时，32nn T S n =-①1132(1)n n T S n --=--②①-②得：133232n n n n S S S a -=--=-③故1132n n S a --=-④③-④得：133n n n a a a -=-，则132n n a a -=∴{}n a 是以1为首项，公比为32的等比数列.132n n a -⎛⎫∴= ⎪⎝⎭，*()n N ∈17/20（Ⅱ）31123213212n nnS ⎡⎤⎛⎫⋅-⎢⎥ ⎪⎡⎤⎝⎭⎢⎥⎛⎫⎣⎦==-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦-312> ，∴函数3212n n S ⎡⎤⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦为*n N ∈上的单调增函数∴33212(1)122n n S ⎡⎤⎛⎫=-≥-=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦故*1,n S n N ≥∈成立.7.【思路引导】(1)根据数列{}n a 的通项公式与前n 项和公式的关系求解即可.(2)由(1)有1112n n a -=,再根据等比数列求和可得n T ,再分析1|2|500n T -<的情况即可.解：（1）由已知12n n S a a =-有1122,(2)n n n n n a S S a a n --=-=- 即12(2)n n a a n -= ，从而213212,24a a a a a ===，又1231,,2a a a + 成等差数列.即13221a a a +=+，111441a a a ∴+=+，解得：11a =，{}n a ∴的通项公式12n n a -=.（2）由（1）得：1112n n a -=，所以1111221212nn n T -⎛⎫- ⎪⎛⎫⎝⎭==- ⎪⎝⎭-，由12500n T -<，即1112500n -⎛⎫<⎪⎝⎭.12500n -∴>，即21000n >，n ∴的最小值为10.8.【思路引导】（1）由于{n a }为等差数列，35a =,1 a ,2 a ,5 a 成等比数列，可设出数列{n a }的公差为d ，列方程组即可求出1d a ，;（2）在求出{n a }的通项公式后，求出{n b }的通项公式，再应用裂项相消法即可求n T ;(3)需先求T n 的值域，要使得245n m m T -<<恒成立，则需区间(2,45m m-)包含T n 的值域即可.解：（1）在等差数列中，设公差为d≠0，18/20由题意215235a a a a ⎧=⎨=⎩，∴()()21111425a a d a d a d ⎧+=+⎪⎨+=⎪⎩，解得112a d =⎧⎨=⎩．∴a n =a 1+（n ﹣1）d=1+2（n ﹣1）=2n ﹣1．（2）由（1）知，a n =2n ﹣1．则b n =()()()1111111122141n n a a n n n n +⎛⎫==-⎪++++⎝⎭所以T n =()1111111111422314141nn n n n ⎛⎫⎛⎫-+-+⋯+-=-= ⎪+++⎝⎭⎝⎭（3）T n+1﹣T n =()()()()1104241412n n n n n n +-=>++++,∴{T n }单调递增，∴T n ≥T 1=18．∵T n =()1414n n <+∴18≤T n ＜14,使得245n m m T -<<恒成立,只需1452148mm ⎧≤⎪⎪⎨-⎪<⎪⎩解之得55m 42≤<,又因为m 是自然数，∴m=2．9.【思路引导】（1）根据n a 与n S 的关系可推出12n n a a --=，写出等差数列的通项公式即可；（2）利用裂项相消法求和，解不等式即可.解：(1)当1n =时，13a =；当2n ≥时，2243n n n a a S +=+①2111243n n n a a S ---+=+②①-②整理得12nn a a --=21n a n =+，所以121n b n =+.(2)设111(21)(21)n n n c b b n n --==-+，所以122311111111......235572121n n b b b b b b n n +⎛⎫+++=-+-++- ⎪-+⎝⎭19/201112321n ⎛⎫=- ⎪+⎝⎭令1111023217n⎛⎫--< ⎪+⎝⎭，解得10n <所以n 的最大值为9.10.【思路引导】（1）利用中点坐标公式的表示，得到，然后代入求中点的纵坐标的过程，根据对数运算法则，可以得到常数；（2）利用上一问的结果，当时，，可以采用倒序相加法，求和；（3）根据上一问的结果，代入，求，然后跟形式，采用裂项相消法求和，并反解，转化为恒成立求最值的问题．（1）证明：设(),M x y 1()2OM OA OB =+12122{2x xx y y y +=+=由知，()()1222121212121222221211log log 112221log 1log log 1222x xf x f x y y x x y x x x xx x x x ++++--∴===⎛⎫+⋅++ ⎪⎝⎭===∴M 点的纵坐标为定值（2）由（1）知()()12121,1x x f x f x +=+=121...n n S f f f n n n -⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭121n n n S f f f n n n --⎛⎫⎛⎫⎛⎫=++⋯+⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,两式相加得：2n S =112211...n n n ff ff f f n n n n n n ⎡⎤⎡⎤⎡⎤---⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫++++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦⎣⎦1n =-……7分∴()*12,2n n S n n N -=≥∈20/20（2）当2n ≥时,114114().(1)(1)(1)(2)12n n n a S S n n n n +===-++++++123...n n T a a a a =++++==（112.322nn n -=++由()11n n T S λ+<+得＜λ·∴λ＞∵4n n+≥4,当且仅当时等号成立,∴当1n =时,49λ>因此λ＞，即λ的取值范围是（+∞）。

递推数列与函数、方程综合的有关问题有关数列问题,递推数列常常是高考命题的热点之一.递推数列常常与函数、方程及不等式等相结合，构成综合性题目，为提高分析问题、解决问题的能力，有必要对其做一番探讨. 1 递推数列与方程之间的关系由方程给出的关系，求这类递推数列的通项公式一般是用公式法,即利用1(2)n n n x S S n -=-≥等而构造方程组解之.[例1]设数列{n x }满足2122(2)2n n n n n n S x S x n x x S =-≥=，，求及．[解析]将1n n n x S S -=-代入题设，得112n n n n S S S S --=-． （这是关于n S 的递推式，所以只能先求出n S ，再求n x ） ∵2n x =，∴0n S ≠，∴11112(2)n n nn S S S --=≥，　即数列｛｝是以2为公差，1112S =为首项的等差数列．故有11432(1)22n n n S -=+-=，∴ 243n S n =-． 从而1228(2)434(1)3(43)(47)n n n x S S n n n n n -=-=-=-≥-----， ∵2n x =不满足此式，故2(18(2)(43)(47)n n x n n n =⎧⎪=⎨-≥⎪--⎩），　．例1：已知函数2()(,)x af x b c N bx c+=∈+中，1(0)0,(2)2,(2)2f f f ==-<-， （1） 求函数()f x 的解析式；（2）各项均不为零的数列{}n a 满足：14()1n nS f a = ，求通项n a ？（3）在条件（2）下，令2n n n b a = ，求数列{}n b 的前n 项和？分析：由题知：0,2a b c ===，所以2()22x f x x =-，所以可求得：2112()(1)0n n n n n n n n S a a a a a a a n ++=-⇒+-+=⇒=-例3：函数[)()2,2,f x x x =-∈+∞；（1）求()f x 的反函数1()f x -；（2）数列{}n a 满足：11()n n S f S --=，且12a =，求数列{}n a 的通项公式；（3）在条件（2）下，令22*11()2n nn n na ab n N a a +++=∈ ，求数列{}n b 的前n 项和？分析：（1）由题知：12(),0f x x -=≥；（242n a n ==-（3）22211111()2111()222121n nn n n n n n n n n a a a a a a b a a a a n n ++++++--===+--+例4、设函数()241+=x x f ，(1) 证明：对一切R x ∈，f(x)+f(1-x)是常数；(2)记()()()+∈+⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=N n f n n f n f n f f a n,11......210，求n a ,并求出数列{a n }的前n 项和。

数列与不等式的交汇题型分析及解题策略【命题趋向】数列与不等式交汇主要以压轴题的形式出现，试题还可能涉及到与导数、函数等知识综合一起考查.主要考查知识重点和热点是数列的通项公式、前n 项和公式以及二者之间的关系、等差数列和等比数列、归纳与猜想、数学归纳法、比较大小、不等式证明、参数取值范围的探求，在不等式的证明中要注意放缩法的应用.此类题型主要考查学生对知识的灵活变通、融合与迁移，考查学生数学视野的广度和进一步学习数学的潜能．近年来加强了对递推数列考查的力度，这点应当引起我们高度的重视．如08年北京文20题(12分)中档偏上，考查数列与不等式恒成立条件下的参数问题、08年湖北理21题(12分)为中档偏上，考查数列与不等式交汇的探索性问题、08年江西理19题(12分)中等难度，考查数列求和与不等式的交汇、08年全国卷Ⅰ理22(12分)压轴题，难说大，考查数学归纳法与不等式的交汇，等等.预计在2009年高考中,比较新颖的数列与不等式选择题或填空题一定会出现.数列解答题的命题热点是与不等式交汇,呈现递推关系的综合性试题.其中,以函数与数列、不等式为命题载体,有着高等数学背景的数列与不等式的交汇试题是未来高考命题的一个新的亮点,而命题的冷门则是数列与不等式综合的应用性解答题.【考点透视】1．以客观题考查不等式的性质、解法与数列、等差数列、等比数列的简单交汇.2．以解答题以中档题或压轴题的形式考查数列与不等式的交汇，还有可能涉及到导数、解析几何、三角函数的知识等，深度考查不等式的证明(主要比较法、综合法、分析法、放缩法、数学归纳法、反证法)和逻辑推理能力及分类讨论、化归的数学思想，试题新颖别致，难度相对较大.3．将数列与不等式的交汇渗透于递推数列及抽象数列中进行考查，主要考查转化及方程的思想.【典例分析】题型一 求有数列参与的不等式恒成立条件下参数问题求得数列与不等式绫结合恒成立条件下的参数问题主要两种策略：(1)若函数f (x )在定义域为D ，则当x ∈D 时，有f (x )≥M 恒成立⇔f (x )min ≥M ；f (x )≤M 恒成立⇔f (x )max ≤M ；(2)利用等差数列与等比数列等数列知识化简不等式，再通过解不等式解得.【例1】 等比数列{a n }的公比q ＞1，第17项的平方等于第24项，求使a 1＋a 2＋…＋a n ＞1a 1＋1a 2＋…＋1a n恒成立的正整数n 的取值范围. 【分析】 利用条件中两项间的关系，寻求数列首项a 1与公比q 之间的关系，再利用等比数列前n 项公式和及所得的关系化简不等式，进而通过估算求得正整数n 的取值范围.【解】 由题意得：(a 1q 16)2＝a 1q 23，∴a 1q 9＝1.由等比数列的性质知：数列{1a n }是以1a 1为首项，以1q为公比的等比数列，要使不等式成立， 则须a 1(q n －1)q －1＞1a 1[1－(1q )n ]1－1q，把a 21＝q -18代入上式并整理，得q -18(q n －1)＞q (1－1q n )， q n ＞q 19，∵q ＞1，∴n ＞19，故所求正整数n 的取值范围是n ≥20.【点评】 本题解答数列与不等式两方面的知识都用到了，主要体现为用数列知识化简，用不等式知识求得最后的结果.本题解答体现了转化思想、方程思想及估算思想的应用.【例2】 （08·全国Ⅱ）设数列{a n }的前n 项和为S n ．已知a 1＝a ，a n +1＝S n ＋3n ，n ∈N *．(Ⅰ)设b n ＝S n －3n ，求数列{b n }的通项公式；（Ⅱ）若a n +1≥a n ，n ∈N *，求a 的取值范围．【分析】 第（Ⅰ）小题利用S n 与a n 的关系可求得数列的通项公式；第（Ⅱ）小题将条件a n +1≥a n 转化为关于n 与a 的关系，再利用a ≤f (n )恒成立等价于a ≤f (n )min 求解．【解】 (Ⅰ)依题意，S n +1－S n ＝a n +1＝S n ＋3n ，即S n +1＝2S n ＋3n ，由此得S n +1－3 n +1＝2(S n －3n )．因此，所求通项公式为b n ＝S n －3n ＝(a －3)2 n -1，n ∈N *, ①(Ⅱ)由①知S n ＝3n ＋(a －3)2 n -1，n ∈N *，于是，当n ≥2时，a n ＝S n －S n -1＝3n ＋(a －3)2 n -1－3n -1－(a －3)2 n -2＝2×3n -1＋(a －3)2 n -2，a n +1－a n ＝4×3 n -1＋(a －3)2 n -2＝2 n -2·[12·(32)n -2＋a －3]， 当n ≥2时，a n +1≥a n ，即2 n -2·[12·(32)n -2＋a －3]≥0，12·(32)n -2＋a －3≥0，∴a ≥－9， 综上，所求的a 的取值范围是[－9，＋∞]．【点评】 一般地，如果求条件与前n 项和相关的数列的通项公式，则可考虑S n 与a n 的关系求解.本题求参数取值范围的方法也一种常用的方法，应当引起重视.题型二 数列参与的不等式的证明问题此类不等式的证明常用的方法：(1)比较法，特别是差值比较法是最根本的方法；(2)分析法与综合法，一般是利用分析法分析，再利用综合法分析；(3)放缩法，主要是通过分母分子的扩大或缩小、项数的增加与减少等手段达到证明的目的.【例3】 已知数列{a n }是等差数列，其前n 项和为S n ，a 3＝7，S 4＝24．(Ⅰ)求数列{a n }的通项公式；(Ⅱ)设p 、q 都是正整数，且p ≠q ，证明：S p +q ＜12(S 2p ＋S 2q )． 【分析】 根据条件首先利用等差数列的通项公式及前n 项公式和建立方程组即可解决第(Ⅰ)小题；第(Ⅱ)小题利用差值比较法就可顺利解决.【解】 （Ⅰ）设等差数列{a n }的公差是d ，依题意得，⎩⎨⎧ a 1＋2d ＝74a 1＋6d ＝24，解得⎩⎨⎧ a 1＝3d ＝2， ∴数列{a n }的通项公式为a n ＝a 1＋(n －1)d ＝2n ＋1.（Ⅱ）证明：∵a n ＝2n ＋1，∴S n ＝n(a 1＋a n )2＝n 2＋2n ． 2S p +q －(S 2p ＋S 2q )＝2[(p ＋q )2＋2(p ＋q )]－(4p 2＋4p )－(4q 2＋4q )＝－2(p －q )2，∵p ≠q ，∴2S p +q －(S 2p ＋S 2q )＜0，∴S p +q ＜12(S 2p ＋S 2q )． 【点评】 利用差值比较法比较大小的关键是对作差后的式子进行变形，途径主要有：（1）因式分解；（2）化平方和的形式；（3）如果涉及分式，则利用通分；（4）如果涉及根式，则利用分子或分母有理化.【例4】 (08·安徽高考)设数列{a n }满足a 1＝0，a n +1＝ca n 3＋1－c ，c ∈N *，其中c 为实数.(Ⅰ)证明：a n ∈[0，1]对任意n ∈N *成立的充分必要条件是c ∈[0，1]；(Ⅱ)设0＜c ＜13，证明：a n ≥1－(3c )n -1，n ∈N *；（Ⅲ）设0＜c ＜13，证明：a 12＋a 22＋…＋a n 2＞n ＋1－21－3c，n ∈N *. 【分析】 第（1）小题可考虑用数学归纳法证明；第（2）小题可利用综合法结合不等关系的迭代；第（3）小题利用不等式的传递性转化等比数列，然后利用前n 项和求和，再进行适当放缩.【解】（Ⅰ）必要性：∵a 1＝0，a 2＝1－c ，又∵a 2∈[0，1]，∴0≤1－c ≤1，即c ∈[0，1].充分性：设c ∈[0，1]，对n ∈N *用数学归纳法证明a n ∈[0，1].(1)当n ＝1时，a 1∈[0，1].(2)假设当n ＝k 时，a k ∈[0，1](k ≥1)成立，则a k ＋1＝ca k 3＋1－c ≤c ＋1－c ＝1，且a k ＋1＝ca k 3＋1－c ≥1－c ≥0，∴a k ＋1∈[0，1]，这就是说n ＝k ＋1时，a n ∈[0，1].由（1）、（2）知，当c ∈[0，1]时，知a n ∈[0，1]对所胡n ∈N *成立.综上所述，a n ∈[0，1]对任意n ∈N *成立的充分必要条件是c ∈[0，1].（Ⅱ）设0＜c ＜13，当n ＝1时，a 1＝0，结论成立. 当n ≥2时，由a n ＝ca n -13＋1－c ，∴1－a n ＝c (1－a n -1)(1＋a n -1＋a n -12)∵0＜c ＜13，由(Ⅰ)知a n -1∈[0，1]，所以1＋a n -1＋a n -12≤3，且1－a n -1≥0，∴1－a n ≤3c (1－a n -1)，∴1－a n ≤3c (1－a n -1)≤(3c )2(1－a n -2)≤…≤(3c ) n -1(1－a 1)＝(3c ) n -1，∴a n ≥1－(3c )n -1，n ∈N *.(Ⅲ)设0＜c ＜13，当n ＝1时，a 12＝0＞2－21－3c，结论成立. 当n ≥2时，由（Ⅱ）知a n ≥1－(3c )n -1＞0，∴a n 2≥[(1－(3c )n -1)] 2＝1－2(3c )n -1＋(3c )(n -1)＞1－2(3c )n -1，a 12＋a 22＋…＋a n 2＝a 22＋…＋a n 2＞n －1－2[3c ＋(3c )2＋…＋(3c )n -1]＝n －1－2[1＋3c ＋(3c )2＋…＋(3c )n -1－1]＝n ＋1－2[1－(3c)n ]1－3c ＞n ＋1－21－3c. 【点评】 本题是数列与不等式、数学归纳法的知识交汇题，属于难题，此类试题在高考中点占有一席之地，复习时应引起注意.本题的第(Ⅰ)小题实质也是不等式的证明，题型三 求数列中的最大值问题求解数列中的某些最值问题，有时须结合不等式来解决，其具体解法有：(1)建立目标函数，通过不等式确定变量范围，进而求得最值；(2)首先利用不等式判断数列的单调性，然后确定最值；(3)利用条件中的不等式关系确定最值.【例5】 (08·四川高考)设等差数列{a n }的前n 项和为S n ，若S 4≥10，S 5≤15，则a 4的最大值为______.【分析】 根据条件将前4项与前5项和的不等关系转化为关于首项a 1与公差d 的不等式，然后利用此不等关系确定公差d 的范围，由此可确定a 4的最大值.【解】 ∵等差数列{a n }的前n 项和为S n ，且S 4≥10，S 5≤15，∴⎩⎨⎧ S 4＝4a 1＋4×32d≥10S 5＝5a 1＋5×42d≤15，即⎩⎨⎧ a 1＋3d≥5a 1＋2d≤3，∴⎩⎨⎧ a 4＝a 1＋3d≥5－3d 2＋3d ＝5＋3d 2a 4＝a 1＋3d ＝(a 1＋2d)＋d≤3＋d ， ∴5＋3d 2≤a 4≤3＋d ，则5＋3d ≤6＋2d ，即d ≤1. ∴a 4≤3＋d ≤3＋1＝4，故a 4的最大值为4.【点评】 本题最值的确定主要是根据条件的不等式关系来求最值的，其中确定数列的公差d 是解答的关键，同时解答中要注意不等式传递性的应用.【例6】 等比数列{a n }的首项为a 1＝2002，公比q ＝－12．(Ⅰ)设f (n )表示该数列的前n 项的积，求f (n )的表达式；(Ⅱ)当n 取何值时，f (n )有最大值．【分析】 第(Ⅰ)小题首先利用等比数列的通项公式求数列{a n }的通项，再求得f (n )的表达式；第(Ⅱ)小题通过商值比较法确定数列的单调性，再通过比较求得最值.【解】 (Ⅰ)a n ＝2002·(－12)n -1，f (n )＝2002n ·(－12)n(n-1)2(Ⅱ)由(Ⅰ)，得|f(n ＋1)||f(n)|＝20022n ，则 当n ≤10时，|f(n ＋1)||f(n)|＝20022n ＞1，∴|f (11)|＞|f (10)|＞…＞|f (1)|， 当n ≥11时，|f(n ＋1)||f(n)|＝20022n ＜1，∴|f (11)|＞|f (12)|＞|f (13)|＞…， ∵f (11)＜0，f (10)＜0，f (9)＞0，f (12)＞0，∴f (n )的最大值为f (9)或f (12)中的最大者．∵f(12)f(9)＝200212·(12)6620029·(12)36＝20023·(12)30＝(2002210)3＞1， ∴当n ＝12时，f (n )有最大值为f (12)＝200212·(12)66． 【点评】 本题解答有两个关键：(1)利用商值比较法确定数列的单调性；(2)注意比较f (12)与f (9)的大小.整个解答过程还须注意f (n )中各项的符号变化情况.题型四 求解探索性问题数列与不等式中的探索性问题主要表现为存在型，解答的一般策略：先假设所探求对象存在或结论成立，以此假设为前提条件进行运算或逻辑推理，若由此推出矛盾，则假设不成立，从而得到“否定”的结论，即不存在.若推理不出现矛盾，能求得在范围内的数值或图形，就得到肯定的结论，即得到存在的结果.【例7】 已知{a n }的前n 项和为S n ，且a n ＋S n ＝4.(Ⅰ)求证：数列{a n }是等比数列；(Ⅱ)是否存在正整数k ，使S k+1－2S k －2＞2成立. 【分析】 第(Ⅰ)小题通过代数变换确定数列a n +1与a n 的关系，结合定义判断数列{a n }为等比数列；而第(Ⅱ)小题先假设条件中的不等式成立，再由此进行推理，确定此不等式成立的合理性.【解】 (Ⅰ)由题意，S n ＋a n ＝4，S n +1＋a n +1＝4，由两式相减，得(S n +1＋a n +1)－(S n ＋a n )＝0，即2a n +1－a n ＝0，a n +1＝12a n ， 又2a 1＝S 1＋a 1＝4，∴a 1＝2，∴数列{a n }是以首项a 1＝2，公比为q ＝12的等比数列. (Ⅱ)由(Ⅰ)，得S n ＝2[1―(12)n ]1―12＝4－22-n . 又由S k+1－2S k －2＞2，得4－21-k －24－22-k －2＞2，整理，得23＜21-k ＜1，即1＜2 k -1＜32， ∵k ∈N *，∴2k -1∈N *，这与2k -1∈(1，32)相矛盾，故不存在这样的k ，使不等式成立. 【点评】 本题解答的整个过程属于常规解法，但在导出矛盾时须注意条件“k ∈N *”，这是在解答数列问题中易忽视的一个陷阱.【例8】 (08·湖北高考)已知数列{a n }和{b n }满足：a 1＝λ，a n +1＝23a n ＋n －4，b n ＝(－1)n (a n －3n ＋21)，其中λ为实数，n 为正整数.（Ⅰ）对任意实数λ，证明数列{a n }不是等比数列；（Ⅱ）试判断数列{b n }是否为等比数列，并证明你的结论；（Ⅲ）设0＜a ＜b ,S n 为数列{b n }的前n 项和.是否存在实数λ，使得对任意正整数n ，都有a ＜S n ＜b ?若存在，求λ的取值范围；若不存在，说明理由.【分析】 第(Ⅰ)小题利用反证法证明；第(Ⅱ)小题利用等比数列的定义证明；第(Ⅲ)小题属于存在型问题，解答时就假设a ＜S n ＜b 成立，由此看是否能推导出存在存在实数λ.【解】 （Ⅰ）证明：假设存在一个实数λ，使{a n }是等比数列，则有a 22＝a 1a 3，即 (23λ－3)2＝λ(49λ－4)⇔49λ2－4λ＋9＝49λ2－4λ⇔9＝0，矛盾，所以{a n }不是等比数列. (Ⅱ)解：因为b n +1＝(－1)n +1[a n +1－3(n ＋1)＋21]＝(－1)n +1(23a n －2n ＋14)＝－23(a n －3n －21)＝－23b n ， 又b 1＝－(λ＋18)，所以当λ＝－18时，b n ＝0(n ∈N *)，此时{b n }不是等比数列；当λ≠－18时，b 1＝－(λ＋18)≠0，由上可知b n ≠0，∴b n+1b n ＝－23(n ∈N *). 故当λ≠－18时，数列{b n }是以－(λ＋18)为首项，－23为公比的等比数列. (Ⅲ)由（Ⅱ）知，当λ＝－18，b n ＝0(n ∈N *)，S n ＝0，不满足题目要求；.∴λ≠－18，故知b n ＝－(λ＋18)×(－23)n -1，于是S n ＝－35(λ＋18)·[1－(－23)n ] 要使a ＜S n ＜b 对任意正整数n 成立，即a ＜－－35(λ＋18)·[1－(－23)n ]＜b ，(n ∈N *). 得a 1－(－23)n ＜－35(λ＋18)＜b 1－(－23)n ，(n ∈N *) ① 令f (n )＝1－(－23)n ，则当n 为正奇数时，1＜f (n )≤53，当n 为正偶数时59≤f (n )＜1； ∴f (n )的最大值为f (1)＝53，f (n )的最小值为f (2)＝59, 于是，由①式得59a ＜－35(λ＋18)＜35b ，∴－b －18＜λ＜－3a －18，(必须－b ＜－3a ，即b ＞3a ).当a ＜b ＜3a 时，由－b －18≥－3a －18，不存在实数满足题目要求；当b ＞3a 存在实数λ，使得对任意正整数n ，都有a ＜S n ＜b ,且λ的取值范围是(－b －18，－3a －18).【点评】 存在性问题指的是命题的结论不确定的一类探索性问题，解答此类题型一般是从存在的方面入手，寻求结论成立的条件，若能找到这个条件，则问题的回答是肯定的；若找不到这个条件或找到的条件与题设矛盾，则问题的回答是否定的.其过程可以概括为假设——推证——定论.本题解答注意对参数λ及项数n 的双重讨论.。