放缩法解数列与不等式综合题

贾广伟

放缩法证明不等式有法可依，但具体到题，又常常没有定法. 它综合性强，形式复杂，运算要求高，往往考查同学们思维的严密性、深刻性以及提取和处理信息的能力，较好地体现高考的甄别功能.本文列举几例放缩法证明数列不等式的方法，以期起到举一反三的作用.

例1  已知数列[an]满足[a1]=[12，]且[an+1=an-an2]（[n∈N*]）.

（1）证明：1[≤anan+1≤2（n∈N*）];

（2）设数列[an2]的前[n]项和为[Sn]，

证明：[12（n+2）≤Snn≤12（n+1）（n∈N*）].

分析  （1）首先根据递推公式可得，[an≤12]，再由递推公式变形可知，[anan+1=anan-an2=11-an∈[1，2]]，从而得证.（2）由[1an+1-1an=anan+1]和[1≤anan+1≤2]得，[1≤1an+1-1an≤2，]由此可得[12（n+1）≤an+1≤1n+2（n∈N*），]从而得证.

解  （1）由题意得，[an+1-an=-an2≤0]，即[an+1≤an]，[an≤12].

由[an=（1-an-1）an-1]得，

[an=（1-an-1）（1-an-2）…（1-a1）][a1>0.]

由[0

（2）由题意得，[an2=an-an+1]，

∴[Sn=a1-an+1]①.

由[1an+1-1an=anan+1]和[1≤anan+1≤2]得，

[1≤1an+1-1an≤2.]

∴[n≤1an+1-1a1≤2n].

因此[12（n+1）≤an+1≤1n+2（n∈N*）]②.

由①②得，[12（n+2）≤Snn≤12（n+1）].

点拨  本题主要考查了数列的递推公式、不等式的证明等知识点，属于较难题. 由于数列综合题常与不等式、函数的最值、归纳猜想、分类讨论等数学思想相结合，技巧性比较强，需要平时多训练与积累，在后续复习时应予以关注.

例2  设[n∈N?]，[xn]是曲线[y=x2n+2+1]在点[（1，2）]处的切线与[x]轴交点的横坐标.

（1）求数列[xn]的通项公式;

（2）记[Tn=x12x32…x22n-1]，证明[Tn≥14n].

分析  （1）对题中所给曲线的解析式进行求导，得出曲线[y=x2n+2+1]在点[（1，2）]处的切线斜率为[2n+2]. 从而写出切线方程为[y-2=（2n+2）（x-1）].令[y=0，]解得切线与[x]轴交点的横坐标[xn=1-1n+1=nn+1].（2）要证[Tn≥14n]，需考虑通项[x22n-1]，通过适当放缩能够使得每项相消即可证明.

解  （1）[y=（x2n+2+1）=（2n+2）x2n+1，]曲线[y=x2n+2+1]在点[（1，2）]处的切线斜率为[2n+2].

从而切线方程为[y-2=（2n+2）（x-1）].

令[y=0，]解得切线与[x]轴交点的横坐标[xn=1-1n+1=nn+1].

（2）由题设和（1）中的计算结果知，

[Tn=x12x32…x22n-1=（12）2（34）2…（2n-12n）2].

当[n=1]时，[T1=14].

当[n≥2]时，

[x22n-1=（2n-12n）2=（2n-1）2（2n）2>（2n-1）2-1（2n）2=n-1n，]

所以[Tn>（12）2×12×23×…×n-1n=14n].

综上可得，对任意的[n∈N?]，均有[Tn≥14n].

点拨  对于数列问题中求和类（或求积类）不等式证明，如果是通过放缩的方法进行证明的，一般有两种类型：一种是能够直接求和（或求积），再放缩;一种是不能直接求和（或求积），需要放缩后才能求和（或求积），求和（或求积）后再进行放缩. 在后一种类型中，一定要注意放缩的尺度和从哪一项开始放缩.

例3  在数列[an]中，[a1=3，an+1an+λan+1+μan2=][0n∈N*].

（1）若[λ=0，μ=-2，]求数列[an]的通项公式;

（2）若[λ=1k0k0∈N*，k0≥2，μ=-1，]

证明：[2+13k0+1

分析  （1）由于[λ=0，μ=-2]，因此把已知等式具体化得，[an+1an=2an2]，显然由于[a1=3]，则[an≠0]（否则会得出[a1=0]），从而[an+1=2an]，所以[an]是等比数列，由其通项公式可得结论.（2）本小题是数列与不等式的综合性问题，数列的递推关系式[an+1an+1k0an+1-an2=0，]经过缩放后可变形为[an+1=][an-1k0+1k0?1k0an+1.]

解  （1）由[λ=0，μ=-2]，有[an+1an=2an2（n∈N*），]

若存在某个[n0∈N*]，使得[an0=0]，则由上述递推公式易得[an0+1=0]，重复上述过程可得[a1=0]，此与[a1=3]矛盾，所以对任意[n∈N*]，[an≠0].

从而[an+1=2an（n∈N*）]，即[an]是一个公比[q=2]的等比数列.

故[an=a1qn-1=3?2n-1].

（2）由[λ=1k0，μ=-1，]数列的递推关系变为[an+1an+][1k0an+1-an2=0，]变形为[an+1（an+1k0）=an2][（n∈N*）].

由上式及[a1=3，]归纳可得，

[3=a1>a2>…>an>][an+1>…>0].

因为[an+1=a2nan+1k0=a2n-1k20+1k20an+1k0]

[=an-1k0+1k0?1k0an+1，]

所以对[n=1，2，…，k0]求和得，

[ak0+1=a1+a2-a1+…+ak0+1-ak0]

[=a1-k0?1k0+1k0?1k0a1+1+1k0a2+1+…+1k0ak0+1]

[>2+1k0?13k0+1+13k0+1+…+13k0+1]

[=2+13k0+1.]

另一方面，由上已证的不等式知[a1>a2>…>ak0][>ak0+1>2]得，

[ak0+1=a1-k0?1k0+1k0?1k0a1+1+1k0a2+1+…+1k0ak0+1]

[<2+1k0?12k0+1+12k0+1+…+12k0+1=2+12k0+1.]

综上，[2+13k0+1

点拨  数列是考查同学们创新意识与实践精神的最好素材.从近几年的高考试题来看，一些构思精巧、新颖别致、极富思考性和挑战性的数列与方程、函数（包括三角函数）、不等式以及导数等的综合性试题不断涌现，这部分试题往往以压轴题的形式出现.数列的问题难度大，往往表现在与递推数列有关. 递推不仅有数列前后项的递推，更有关联数列的递推，更甚的是数列间的“复制”式递推. 从递推形式上看，既有常规的线性递推，又有分式、三角、分段、积（幂）等形式.在考查通性通法的同时，突出考查思维能力、代数推理能力、分析问题和解决问题的能力.