数列求和中常见放缩方法和技巧(含答案)
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数列求和中常见放缩方法和技巧(含答案)-标准化文件发布号:(9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII数列求和中常见放缩方法和技巧一、放缩法常见公式: (1)()()111112-<<+n n n n n(2)()12122112--=-+<+=<++n n n n n n n n n (3)()()211++<+<n n n n n (4)122+>n n (二项式定理)(5)1+>x e x ,1ln -<x x (常见不等式)常见不等式: 1、均值不等式; 2、三角不等式; 3、糖水不等式; 4、柯西不等式; 5、绝对值不等式;若欲证不等式含有与自然数n 有关的n 项和,可采用数列中裂项求和等方法来解题。
例4. 已知n ∈N*,求n 2n131211<…++++。
2==<=,则()()()1122123221n n n++<+-+-++--1<<例5. 已知*N n ∈且)1n (n 3221a n +++⨯+⨯= ,求证:2)1(2)1(2+<<+n a n n n 对所有正整数n 都成立。
证明:因为n n n n =>+2)1(,所以2)1n (n n 21a n +=+++> , 又2)1()1(+<+n n n n , 所以2)1n (21n 225232)1n (n 232221a 2n +=++++=++++++< ,综合知结论成立。
例6、求证:2222111171234n ++++< 证明:21111(1)1n n n n n<=--- 2222211111111151171()().1232231424n n n n ∴++++<++-++-=+-<- 此题采用了从第三项开始拆项放缩的技巧,放缩拆项时,不一定从第一项开始,须根据具体题型分别对待,即不能放的太宽,也不能缩的太窄,真正做到恰倒好处。
nn n 1211)1ln(113121+++<+<++++⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+++n n n n 31121219181716151413121313121 6533323279189936365111n n n n n =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅++⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛++>---)1*,(4)1(1ln 54ln 43ln 32ln >∈-<+++++n N n n n n n 例6. 已知函数1212)(+-=x x x f ,证明:对于*N n ∈且3≥n 都有1)(+>n n n f 。
证明:由题意知:()2121111211211n n n n n f n n n n -⎛⎫⎛⎫-=-=--- ⎪ ⎪+++++⎝⎭⎝⎭()()()221121n nn n -+=++,又因为*N n ∈且3≥n ,所以只须证122+>n n ,又因为()0121211nn n nn n n n nC C C C C -=+=+++++ ()111212n n n n n -=+++++>+,所以1)(+>n nn f 。
例3. 已知a 、b 、c 为三角形的三边,求证:12<++<a b cb a cc a b+++。
证明:由于a 、b 、c 为正数,所以a b c a a b c +++>,b a c b a b c +++>,c a b c a b c+++>,所以a b c b a c c a ba abc b a b c c a b c +++++>++++++++=1,又a ,b ,c 为三角形的边,故b +c >a ,则a b c +为真分数,则a b c a a b c+++<2,同理b ac b a b c +++<2,c a b c a b c+++<2,故a b c b a cc a ba abc b a b c c a b c+++++++++=++<++2222.综合得12<++<a b cb a cc a b+++。
4、证明:101010111111...12212221++++<++- 证明:101010111010101011111111......221222122122221++++<++++++-++- 1010101010101010101010111111112 (12212222122222)<++++<++++==+++- ∴101010111111 (12212221)++++<++- 5、求证:1111...2112123!n ++++<⨯⨯⨯证明:∵1111!12 2...22n n -<=⨯⨯⨯∴21111()1111111112......221112123!1222212nn n n ---++++<++++==-<⨯⨯⨯- 6、若*n N ∈2(1) (2)n ++<证明12122n n n +++<=∴22(321)3521(2)2(1)2......2222222n n n n n n n n ++++++<+++===<一、运用放大、缩小分母或分子的办法来达到放缩的目的分式的放缩对于分子分母均取正值的分式,如需放大,则只要把分子放大或分母缩小即可;如需缩小,则只要把分子缩小或分母放大即可.还可利用真分数的分子和分母加上同一个正数,则分数值变大;假分数的分子和分母加上同一个正数,则分数值变小来进行放缩. 1、若a ,b ,c ,d 是正数.求证:12a b c d a b c a b d b c d a c d <+++<++++++++2、求证:213121112222<++++n3、求证:1)1...<+<4、证明:101010111111 (12212221)++++<++-【练习】求证:1111...1(1)2122m m m m<+++<>++5、求证:1111...2112123!n ++++<⨯⨯⨯二、放缩法常见技巧式:(数列求和中常见放缩方法和技巧--放缩后能求和如放缩后是等比或可裂项求和)1、添加或舍弃一些正项(或负项)例1、已知*21().n n a n N =-∈求证:*122311...().23n n a a an n N a a a +-<+++∈证明:111211111111.,1,2,...,,2122(21)2 3.222232k k k k k kk k a k n a +++-==-=-≥-=--+- 1222311111111...(...)(1),2322223223n n n n a a a n n n a a a +∴+++≥-+++=-->-*122311...().232n n a a a n nn N a a a +∴-<+++<∈ 若多项式中加上一些正的值,多项式的值变大,多项式中加上一些负的值,多项式的值变小。
由于证明不等式的需要,有时需要舍去或添加一些项,使不等式一边放大或缩小,利用不等式的传递性,达到证明的目的。
本题在放缩时就舍去了22k -,从而是使和式得到化简. 例2、函数f (x )=xx 414+,求证:f (1)+f (2)+…+f (n )>n +)(2121*1N n n ∈-+. 证明:由f (n )=nn 414+=1-1111422n n>-+⋅ 得f (1)+f (2)+…+f (n )>n22112211221121⋅-++⋅-+⋅-)(2121)2141211(41*11N n n n n n ∈-+=++++-=+- .此题不等式左边不易求和,此时根据不等式右边特征, 先将分子变为常数,再对分母进行放缩,从而对左边可以进行求和. 若分子, 分母如果同时存在变量时, 要设法使其中之一变为常量,分式的放缩对于分子分母均取正值的分式。
如需放大,则只要把分子放大或分母缩小即可;如需缩小,则只要把分子缩小或分母放大即可。
例3、已知a n =n ,求证:∑nk=1 k a 2k<3. 证明:∑nk=12k a =∑nk=11+∑nk=21(k -1)k (k +1)<1+∑nk=22(k -1)(k +1) ( k +1 +k -1 ) =1nk =+=1+ ∑nk=2 (1(k -1) -1(k +1))=1+1+2-1(n +1) <2+2<3.本题先采用减小分母的两次放缩,再裂项,最后又放缩,有的放矢,直达目标.三. 单调函数放缩根据题目特征,通过构造特殊的单调函数,利用其单调性质进行放缩求解。
例10. 已知a ,b ∈R ,求证b1b a1a ba 1b a +++≤+++。
证明:构造函数)0x (x1x)x (f ≥+=,首先判断其单调性,设21x x 0<≤,因为0)x 1)(x 1(x x x 1x x 1x )x (f )x (f 2121221121<++-=+-+=-,所以()()21x f x f <,所以)x (f 在],0[+∞上是增函数,取b a x 1+=,b a x 2+=,显然满足21x x 0≤≤,所以|)b ||a (|f )b a (f +≤+, 即|b |1|b ||a |1|a ||b ||a |1|b ||b ||a |1|a ||b ||a |1|b ||a ||b a |1|b a |+++≤+++++=+++≤+++。
证毕。
二、函数放缩例8.求证:)(665333ln 44ln 33ln 22ln *N n n n nn∈+-<++++ .解析:先构造函数有xxx x x 11ln 1ln -≤⇒-≤,从而)313121(1333ln 44ln 33ln 22ln n n nn+++--<++++ cause ⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+++n n n n 3112121918171615141312131312193636511n n ⎝⎛++>--例10.所以有nn 1211)1ln(+++<+ ,所以综上有nn n 1211)1ln(113121+++<+<++++例13.证明:)1*,(4)1(1ln 54ln 43ln 32ln >∈-<+++++n N n n n n n解析:构造函数)1(1)1()1ln()(>+---=x x x x f ,求导,可以得到: 12111)('--=--=x x x x f ,令0)('>x f 有21<<x ,令0)('<x f 有2>x ,所以0)2()(=≤f x f ,所以2)1ln(-≤-x x ,令12+=n x 有,1ln 22-≤n n所以211ln -≤+n n n,所以)1*,(4)1(1ln 54ln 43ln 32ln >∈-<+++++n N n n n n n例3(市模拟)定义数列如下:*+∈+-==N n a a a a n n n ,1,2211 证明:(1)对于*∈N n 恒有n n a a >+1成立。