一类数列不等式的证明

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【数列】放缩证明不等式的4种方法(数列难点)

【数列】放缩证明不等式的4种方法（数
列难点）
数列放缩证明不等式的方法有很多，以下是其中4种方法：
- 直接求和再放缩：通过求和的方式将原式进行化简，再进行放缩证明。

- 先放缩再求和：通过放缩将原式进行化简，再通过求和的方式证明。

- 等差数列：将原式中的数列通过放缩转换为等差数列，再进行证明。

- 等比数列：将原式中的数列通过放缩转换为等比数列，再进行证明。

在使用放缩法证明不等式时，需要根据数列的特点选择合适的放缩方法，并进行严谨的证明。

数列不等式的证明策略

解法探究２０２３年４月上半月㊀㊀㊀数列不等式的证明策略◉江苏省海安市南莫中学㊀刘㊀进㊀㊀摘要:数列不等式的证明与应用问题,是高考数学试卷中经常出现的一类综合性㊁应用性问题,具有很好的选拔性与区分度．合理掌握与应用解决数列不等式证明的常用基本技巧策略,结合实例,从函数法㊁放缩法㊁比较法以及归纳法等不同视角切入,总结规律,引领并指导数学教学与复习备考．关键词:数列;不等式;证明;函数;缩放㊀㊀数列不等式的证明问题,往往是数列知识的深入及其与其他知识的交汇融合,思维跨度大,技巧策略强,整合了数学的知识性㊁思维性㊁能力性和挑战性,可以比较全面综合地考查学生的知识基础㊁思想方法和数学能力等各方面的情况,倍受各方关注,成为高考数列压轴题及各级各类竞赛试题命题的重要素材与背景情境之一．数列不等式的证明问题,可以从多视角切入,剖析题目条件中数列或不等式的结构特征,抓住其式子规律进行恰当化归与变形,进而得以巧思妙证．１函数法从数列不等式中的数列视角切入,数列作为一类特殊的函数,具有函数的基本性质．通过构造函数,利用函数的单调性㊁极值等得出关于正实数的不等式,结合对关于正实数的不等式赋特殊值来证明相应的数列不等式．例１㊀已知数列{a n}的前n项和S n满足a n＋１＝２S n＋６,且a１＝６．(１)求数列{a n}的通项公式;(２)设数列１an{}的前n项和为T n,证明:１３ T１＋１３２ T２＋＋１３n T n＜３．分析:(１)根据数列中的相关公式a n＝S n－S n－１(nȡ２)加以合理变形,进而得到数列的递推关系式,合理确定数列的类型,从而得以求解数列{a n}的通项公式．(２)结合(１)中的结论以及等比数列的求和公式确定数列１a n{}的类型,并构建其前n项和T n的表达式,通过函数的单调性加以合理放缩,综合利用等比数列的求和公式以及不等式的基本性质来分析与转化,得以巧妙证明．解析:(１)由已知可知,当nȡ２时,a n＋１－a n＝(２S n＋６)－(２S n－１＋６)＝２(S n－S n－１)＝２a n．整理可得a n＋１＝３a n．当n＝１时,有a２＝２S１＋６＝２a１＋６＝１８＝３a１,可知数列{a n}是以６为首项,３为公比的等比数列,即a n＝a１q n－１＝６ˑ３n－１＝２ˑ３n．(２)由(１)可得１a n＝１２ˑ３n,所以数列１a n{}是以１a１＝１６为首项,１３为公比的等比数列．故T n＝１６ˑ(１－１３n)１－１３＝１４(１－１３n)．由于函数T n＝１４(１－１３n)在nɪN∗上单调递增,则有T nȡT１＝１６,因此１T nɤ６．故１３ T１＋１３２ T２＋＋１３n T nɤ６(１３＋１３２＋＋１３n)＝６ˑ１３ˑ(１－１３n)１－１３＝３ˑ(１－１３n)＜３．所以１３ T１＋１３２ T２＋＋１３n T n＜３成立．点评:抓住数列不等式中的结构特征,对相关的和式㊁代数式等构建与之相应的函数,利用一些常见函数的基本性质,或利用所构建的函数进行求导处理,从而确定函数的单调性或极值等,利用关于正实数的不等式赋予对应的正整数值加以合理处理,从而从函数视角来巧妙证明数列不等式问题．２放缩法从数列不等式中的不等式视角切入,结合数列的通项公式㊁求和公式或其他相关的关系式进行合理变形处理,对中间过程或者最后的结果,或裂项相消法进行放缩,或利用不等式性质进行放缩,并与结论中０７Copyright©博看网. All Rights Reserved.２０２３年４月上半月㊀解法探究㊀㊀㊀㊀所证明的不等式加以对比,放缩处理,巧妙证明．例２㊀甲㊁乙两同学在复习数列知识时发现原来做过的一道题因纸张被破坏,其中的一个条件看不清了,具体如下:等比数列{a n }的前n 项和为S n ,已知㊀㊀㊀㊀,(１)判断S １,S ２,S ３的关系;(２)若a １－a ３＝３,设b n ＝n１２a n ,记{b n }的前n 项和为T n ,证明:T n ＜４３．甲同学记得缺少的条件是首项的值,乙同学记得缺少的条件是公比的值,第(１)问的答案是S １,S ３,S ２成等差数列．如果两位同学所记答案都正确,请把条件补充完整并解答此题．分析:(１)根据S １,S ３,S ２成等差数列,设出数列{a n }的公比q ,利用等差数列的性质构建关系式,合理转化处理,进而确定公比的值,从而确定需要补充的条件以及乙同学记得的缺少的条件是正确的;(２)结合(１)的结论并利用条件确定b n 的表达式,利用错位相减法合理进行数列求和,结合不等式的性质合理放缩,从而得以证明数列不等式．解析:设等比数列{a n }的公比为q ,则S １＝a １,S ２＝a １＋a １q ,S ３＝a １＋a １q ＋a １q ２．又S １,S ３,S ２成等差数列,所以S １＋S ２＝２S ３,即a １＋a １＋a １q ＝２a １＋２a １q ＋２a １q ２．整理可得a １q (１＋２q )＝０．由于在等比数列{a n }中,a １ʂ０,q ʂ０,因此q ＝－１２．故乙同学记得的缺少的条件是正确的．因此补充的条件为q ＝－１２．(１)由题意,可得S １＝a １,S ２＝a １＋a ２＝a １－１２a １＝１２a １,S ３＝a １＋a ２＋a ３＝a １－１２a １＋１４a １＝３４a １．于是S １＋S ２＝２S ３,即S １,S ３,S ２成等差数列．(２)证明:由a １－a ３＝３,可得a １－１４a １＝３,解得a １＝４,所以b n ＝n １２a n ＝n １２ˑ４ˑ(－１２)n －１＝２３n ˑ(１２)n．故T n ＝２３(１ˑ１２＋２ˑ１４＋３ˑ１８＋＋n ˑ１２n ),１２T n ＝２３(１ˑ１４＋２ˑ１８＋３ˑ１１６＋＋n ˑ１２n ＋１)．上面两式相减,可得１２T n ＝２３(１２＋１４＋１８＋１１６＋＋１２n －n ˑ１２n ＋１)＝２３éëêêê１２(１－１２n )１－１２－n ˑ１２n ＋１ùûúúú．化简可得T n ＝４３(１－n ＋２２n ＋１)．因为１－n ＋２２n ＋１＜１,所以T n ＜４３．点评:合理通过特殊数列(等差数列或等比数列)的通项公式或求和公式等进行合理变形,结合所要证明的数列不等式,通过一些常见不等式性质加以合理变形与放缩,特别是利用裂项相消法加以放缩,是证明数列不等式比较常见的一种方法．３比较法从数列不等式中的不等式视角切入,通过对所证数列不等式的两边合理作差比较(或作商比较,要注意分母不为零),综合数列㊁不等式的相关知识,从而确定作差比较法所对应的差值的正负情况(或作商比较法所对应的比值的与１的大小情况),进而得以证明数列不等式．例３㊀已知{a n }是由正数组成的数列,a １＝１,且点(a n ,a n ＋１)(n ɪN ∗)在函数y ＝x ２＋１的图象上．１)求数列{a n }的通项公式;(２)若数列{b n }满足b １＝１,b n ＋１＝b n ＋２a n ,求证:b n b n ＋２＜b ２n ＋１．分析:(１)利用点在函数的图象上,通过代入法构建数列的递推关系式,结合等差数列的定义来确定数列类型,并得以求解数列{a n }的通项公式;(２)结合(１)的结论,进而确定b n ＋１－b n 的表达式,利用加减变形处理并利用等比数列的求和公式来确定b n 的表达式,结合所证明的数列不等式,通过作差比较法加以分析与处理,进而得以证明数列不等式．解析:(１)由已知,得a n ＋１＝a n ＋１,即a n ＋１－a n ＝１,又a １＝１,所以数列{a n }是以１为首项,１为公差的等差数列．故a n ＝１＋(n －１)ˑ１＝n ．(２)证明:由(１)知,a n ＝n ,从而b n ＋１－b n ＝２n．又b n ＝(b n －b n －１)＋(b n －１－b n －２)＋＋(b ２－b １)＋b １＝２n －１＋２n －２＋＋２＋１＝１－２n１－２＝２n－１,则b n b n ＋２－b ２n ＋１＝(２n －１)(２n ＋２－１)－(２n ＋１－１)２＝(２２n ＋２－２n ＋２－２n ＋１)－(２２n ＋２－２２n ＋１＋１)＝－２n＜０．故b n b n ＋２＜b ２n ＋１．(下转封三)１７Copyright ©博看网. All Rights Reserved.华罗庚（1910—1985），江苏金坛人，祖籍江苏丹阳。

数列求和与数列不等式的证明--高考数学【解析版】

专题27 数列求和与数列不等式的证明等差数列、等比数列的性质、通项公式和前n 项和公式构成两类数列的重要内容，在历届高考中属于必考内容，既有独立考查的情况，也有二者与其它知识内容综合考查的情况．一般地，选择题、填空题往往独立考查等差数列或等比数列的基本运算，解答题往往综合考查等差数列、等比数列．数列求和问题是高考数列中的另一个易考类型，其中常见的是“裂项相消法”、“错位相减法”.数列求和与不等式证明相结合，又是，数列考题中的常见题型，关于数列中涉及到的不等问题，通常与数列的最值有关或证明（数列的和）不等式成立或确定参数的范围，对于数列中的最值项问题，往往要依靠数列的单调性，而对于数列的和不等式的证明问题，往往可以利用“放缩法”，要根据不等式的性质通过放缩，达到解题目的.【重点知识回眸】（一）数列的求和 1．公式法(1)等差数列的前n 项和公式： S n ＝n a 1＋a n 2＝na 1＋n n －12d ； (2)等比数列的前n 项和公式： S n ＝⎩⎪⎨⎪⎧na 1，q ＝1，a 11－q n 1－q ＝a 1－a n q1－q ，q ≠1. 2．几种数列求和的常用方法(1)分组求和法：一个数列的通项公式是由若干个等差或等比或可求和的数列组成的，则求和时可用分组求和法，分别求和后相加减．(2)裂项相消法：把数列的通项拆成两项之差，在求和时中间的一些项可以相互抵消(注意消项规律)，从而求得前n 项和．裂项时常用的三种变形： ①111(1)1n n n n =-++；②1111()(21)(21)22121n n n n =--+-+；11n n n n =+++(3)错位相减法：如果一个数列的各项是由一个等差数列和一个等比数列的对应项之积构成的，那么求这个数列的前n 项和即可用错位相减法求解．(4)倒序相加法：如果一个数列{a n }与首末两端等“距离”的两项的和相等或等于同一个常数，那么求这个数列的前n 项和即可用倒序相加法求解．(5)并项求和法：一个数列的前n 项和中，可两两结合求解，则称之为并项求和．形如a n ＝(－1)n f (n )类型，可采用两项合并求解．例如，S n ＝1002－992＋982－972＋…＋22－12 ＝(100＋99)＋(98＋97)＋…＋(2＋1)＝5 050.（6）利用周期性求和：如果一个数列的项按某个周期循环往复，则在求和时可将一个周期内的项归为一组求和，再统计前n 项和中含多少个周期即可. （二）数列中的不等关系1.数列中的最值项，要依靠数列的单调性.如何判断数列的单调性：（1）函数角度：从通项公式入手，将其视为关于n 的函数，然后通过函数的单调性来判断数列的单调性.由于n N *∈ ，所以如果需要用到导数，首先要构造一个与通项公式形式相同，但定义域为()0,+∞ 的函数，得到函数的单调性后再结合n N *∈得到数列的单调性（2）相邻项比较：在通项公式不便于直接分析单调性时，可考虑进行相邻项的比较得出数列的单调性，通常的手段就是作差（与0比较，从而转化为判断符号问题）或作商（与1比较，但要求是正项数列）（3）对于某数列的前n 项和{}12:,,,n n S S S S ，在判断其单调性时可以考虑从解析式出发，用函数的观点解决.也可以考虑相邻项比较.在相邻项比较的过程中可发现：1n n n a S S -=-，所以{}n S 的增减由所加项n a 的符号确定.进而把问题转化成为判断n a 的符号问题. （三）利用放缩法证明不等式 1.与求和相关的不等式的放缩技巧：① 在数列中，“求和看通项”，所以在放缩的过程中通常从数列的通项公式入手② 在放缩时要看好所证不等式中不等号的方向，这将决定对通项公式是放大还是缩小（应与所证的不等号同方向）③ 在放缩时，对通项公式的变形要向可求和数列的通项公式靠拢，常见的是向等比数列与可裂项相消的数列进行靠拢.④ 若放缩后求和发现放“过”了，即与所证矛盾，通常有两条道路选择：第一个方法是微调：看能否让数列中的一些项不动，其余项放缩.从而减小放缩的程度，使之符合所证不等式；第二个方法就是推翻了原有放缩，重新进行设计，选择放缩程度更小的方式再进行尝试. 2.放缩构造裂项相消数列与等比数列的技巧：① 裂项相消：在放缩时，所构造的通项公式要具备“依项同构”的特点，即作差的两项可视为同一数列的相邻两项（或等距离间隔项）② 等比数列：所面对的问题通常为“n S <常数”的形式，所构造的等比数列的公比也要满足()0,1q ∈ ，如果题目条件无法体现出放缩的目标，则可从所证不等式的常数入手，，常数可视为11a q-的形式，然后猜想构造出等比数列的首项与公比，进而得出等比数列的通项公式，再与原通项公式进行比较，看不等号的方向是否符合条件即可.3.与数列中的项相关的不等式问题：① 此类问题往往从递推公式入手，若需要放缩也是考虑对递推公式进行变形② 在有些关于项的不等式证明中，可向求和问题进行划归，即将递推公式放缩变形成为可“累加”或“累乘”的形式，即()1n n a a f n +-<或()1n na f n a +<（累乘时要求不等式两侧均为正数），然后通过“累加”或“累乘”达到一侧为n a ，另一侧为求和的结果，进而完成证明 4.常见的放缩变形：（1）()()211111n n n n n <<+-，其中2,n n N ≥∈：可称21n为“进可攻，退可守”，可依照所证不等式不等号的方向进行选择. 注：对于21n，可联想到平方差公式，从而在分母添加一个常数，即可放缩为符合裂项相消特征的数列，例如：()()22111111111211n n n n n n ⎛⎫<==- ⎪--+-+⎝⎭，这种放缩的尺度要小于（1）中的式子.此外还可以构造放缩程度更小的，如：()()22211411111412121221214n n n n n n n ⎛⎫<==- ⎪--+-+⎝⎭- （2）n n n=+，从而有：212111n n n n n n nn n +=<<<--+++-n2,2,n n n n N n *<--≥∈ （3）分子分母同加常数：()()0,0,0,0b b m b b m b a m a b m a a m a a m++>>>>>>>>++ 此结论容易记混，通常在解题时，这种方法作为一种思考的方向，到了具体问题时不妨先构造出形式再验证不等关系.（4）()()()()()()()121222221212122212121nn n n n n n n n n n--=<=------- ()1112,2121n nn n N *-=-≥∈-- 可推广为：()()()()()()()121111111nn n n n n n n n n n k k k k k k k k k k k k --=<=------- ()1112,2,,11n nn k k n N k k *-=-≥≥∈-- 5.利用导数证明数列不等式（四）数学归纳法证明不等式【典型考题解析】热点一分组求和与并项求和【典例1】（2022·全国·高三专题练习）已知数列{n a }满足11a =，()*121N n n a a n +=+∈．(1)证明{1n a +}是等比数列，并求{n a }的通项公式； (2)求数列{1]n a n ++的前n 项和n S ．【答案】(1)证明见解析；21nn a =-(2)()11222n n n n S ++=+-【分析】（1）根据题意结合等比数列定义可证1121n n a a ++=+，可得{}1n a +是首项为2，公比为2的等比数列，利用等比数列通项公式代入运算；（2）因为2n n b n =+，利用分组求和结合等差、等比数列求和公式整理运算．（1）由题意可得：1120a +=≠∵()11121212111n n n n n n a a a a a a +++==++=+++所以{}1n a +是首项为2，公比为2的等比数列则12nn a +=，即21n n a =-因此{n a }的通项公式为21n n a =-（2）由（1）知21nn a =-，令1n n b a n =++则2n n b n =+所以()()()121221222nn n S b b b n =+++=++++++．()12222(12)nn =++⋯++++⋯+()()2121122n n n -+=+-()11222n n n ++=+-．综上()11222n n n n S ++=+-．【典例2】．（2021·河南·高三开学考试（文））已知等比数列{}n a 的公比大于1，26a =，1320a a +=.(1)求{}n a 的通项公式；(2)若12331log log 22n n n n b a a a ++=+，求{}n b 的前n 项和n T .【答案】(1)123n n a -=⋅(2)131n n -+ 【分析】（1）设出公比q ，根据题目条件列方程求解；（2）先写出n b ，利用裂项求和，分组求和的办法表示出n T . （1）设等比数列{}n a 的公比为()1q q >，由26a =，1320a a +=得6620q q +=，解之得3q =或13q =（舍去），由26a =得，12a =，所以{}n a 的通项公式为123n n a -=⋅.（2）由（1）知，()1112331111232311log log 22n n n n n n b a a an n n n --++=+=⋅+=⋅+-++所以{}n b 的前n 项和为()01111111233312231n n T n n -⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫=++⋅⋅⋅++-+-+⋅⋅⋅+- ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥+⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦13112131311n n n n -=⨯+-=--++ 【总结提升】分组转化法求和的常见类型(1)若a n ＝b n ±c n ，且{b n }，{c n }为等差或等比数列，则可采用分组求和法求{a n }的前n 项和．(2)通项公式为a n ＝⎩⎪⎨⎪⎧b n ，n 为奇数，c n，n 为偶数的数列，其中数列{b n }，{c n }是等比数列或等差数列，可采用分组求和法求和．热点二裂项相消法求和【典例3】（2017·全国·高考真题（理））（2017新课标全国II 理科）等差数列{}n a 的前n 项和为n S ，33a =，410S =，则11nk kS ==∑____________．【答案】21nn + 【解析】【详解】设等差数列的首项为1a ，公差为d ，由题意有1123434102a d a d +=⎧⎪⎨⨯+=⎪⎩ ，解得111a d =⎧⎨=⎩ ，数列的前n 项和()()()111111222n n n n n n n S na d n --+=+=⨯+⨯=，裂项可得12112()(1)1k S k k k k ==-++，所以1111111122[(1)()()]2(1)223111nk knS n n n n ==-+-++-=-=+++∑．【典例4】（2018·天津·高考真题（理））设{}n a 是等比数列，公比大于0，其前n 项和为()*n S n N ∈，{}n b 是等差数列.已知11a =，322a a =+，435a b b =+，5462a b b =+. （I ）求{}n a 和{}n b 的通项公式；（II ）设数列{}n S 的前n 项和为()*n T n N ∈，（i ）求n T ；（ii ）证明()()()()22*122122n nk k k k T b b n N k k n ++=+=-∈+++∑. 【答案】(Ⅰ)12n n a -=，n b n =；(Ⅱ)（i ）122n n T n +=--.（ii ）证明见解析.【解析】【详解】分析：（I ）由题意得到关于q 的方程，解方程可得2q =，则12n n a -=.结合等差数列通项公式可得.n b n =（II ）（i ）由（I ），有21nn S =-，则()112122nk n n k T n +==-=--∑.（ii ）因为()()()212221221k k k k k T b b k k k k ++++=-++++，裂项求和可得()()()22122122n nk k k k T b b k k n ++=+=-+++∑. 详解：（I ）设等比数列{}n a 的公比为q.由1321,2,a a a ==+可得220q q --=.因为0q >，可得2q =，故12n n a -=.设等差数列{}n b 的公差为d ，由435a b b =+，可得13 4.b d += 由5462a b b =+，可得131316,b d += 从而11,1,b d == 故.n b n =所以数列{}n a 的通项公式为12n n a -=，数列{}n b 的通项公式为.n b n =（II ）（i ）由（I ），有122112nn n S -==--，故()()1112122122212nnnk k n n k k T n n n +==⨯-=-=-=-=---∑∑.（ii ）因为()()()()()()()()1121222222212121221k k k k k k k k k k T b b k k k k k k k k k +++++--+++⋅===-++++++++，所以()()()32432122122222222123243212n n n nk k k k T b b k k n n n ++++=+⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+-++-=- ⎪ ⎪⎪+++++⎝⎭⎝⎭⎝⎭∑. 【典例5】（2022·湖北·襄阳五中高三阶段练习）已知数列{}n a 满足()*1232311113333n n a a a a n n ++++=∈N . (1)求数列{}n a 的通项公式；(2)设3log n n b a =，求数列121n n n b b b ++⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和为n T .【答案】(1)()*3N n n a n =∈(2)()()1112212n T n n ⎡⎤=-⎢⎥++⎢⎥⎣⎦【分析】(1)由递推关系取1n =可求1a ，当2n ≥时，取递推关系中的1n n 可求(2)n a n ≥，由此可得数列{}n a 的通项公式；(2)由(1)可得n b n =，利用裂项相消法求数列121n n n b b b ++⎧⎫⎨⎬⎩⎭的前n 项和为n T .（1）当1n =时，13a =，当2n 时，1232311113333n na a a a n ++++=①1231231111113333n n a a a a n --++++=-② 由①-②得()1113n n a n n =--=，即()32n n a n =. 当1n =时也成立，所以数列{}n a 的通项公式为()*3N n n a n =∈（2）因为33log log 3nn n b a n ===，所以()()()()()1211111122112n n n b b b n n n n n n n ++⎡⎤==-⎢⎥+++++⎢⎥⎣⎦，所以()()()()()11111111112122323341122212n T n n n n n n ⎡⎤⎡⎤=-+-++-=-⎢⎥⎢⎥⋅⋅⋅⋅+++++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦. 【规律方法】裂项相消法的步骤、原则及规律 (1)基本步骤：裂项、累加、消项； (2)裂项原则一般是前边裂几项，后边就裂几项，直到发现被消去项的规律为止． (3)消项规律消项后前边剩几项，后边就剩几项，前边剩第几项，后边就剩倒数第几项．热点三错位相减法求和【典例6】（2020·天津·高考真题）已知{}n a 为等差数列，{}n b 为等比数列，()()115435431,5,4a b a a a b b b ===-=-．（Ⅰ）求{}n a 和{}n b 的通项公式；（Ⅱ）记{}n a 的前n 项和为n S ，求证：()2*21n n n S S S n ++<∈N ；（Ⅲ）对任意的正整数n ，设()21132,,,.n nn n n n n a b n a a c a n b +-+⎧-⎪⎪=⎨⎪⎪⎩为奇数为偶数求数列{}n c 的前2n 项和．【答案】（Ⅰ）n a n =，12n n b -=；（Ⅱ）证明见解析；（Ⅲ）465421949n n n n +--+⨯. 【解析】【分析】(Ⅰ)由题意分别求得数列的公差、公比，然后利用等差、等比数列的通项公式得到结果； (Ⅱ)利用(Ⅰ)的结论首先求得数列{}n a 前n 项和，然后利用作差法证明即可；(Ⅲ)分类讨论n 为奇数和偶数时数列的通项公式，然后分别利用指数型裂项求和和错位相减求和计算211nk k c -=∑和21nk k c =∑的值，据此进一步计算数列{}n c 的前2n 项和即可.【详解】(Ⅰ)设等差数列{}n a 的公差为d ，等比数列{}n b 的公比为q . 由11a =，()5435a a a =-，可得d =1. 从而{}n a 的通项公式为n a n =. 由()15431,4b b b b ==-，又q ≠0，可得2440q q -+=，解得q =2，从而{}n b 的通项公式为12n n b -=.(Ⅱ)证明：由(Ⅰ)可得(1)2n n n S +=，故21(1)(2)(3)4n n S S n n n n +=+++，()()22211124n S n n +=++，从而2211(1)(2)02n n n S S S n n ++-=-++<，所以221n n n S S S ++<.(Ⅲ)当n 为奇数时，()111232(32)222(2)2n n n n n n n n a b n c a a n n n n-+-+--===-++，当n 为偶数时，1112n n n n a n c b -+-==，对任意的正整数n ，有222221112221212121k k nnnk k k c k k n --==⎛⎫=-=- ⎪+-+⎝⎭∑∑，和223111211352321444444nnk k n n k k k n n c -==---==+++++∑∑① 由①得22314111352321444444n k n n k n n c +=--=+++++∑ ②由①②得22111211312221121441444444414n nk n n n k n n c ++=⎛⎫- ⎪--⎝⎭=+++-=---∑，由于11211121221121156544144334444123414n n n n n n n n ++⎛⎫- ⎪--+⎝⎭--=-⨯--⨯=-⨯-，从而得：21565994nk nk n c =+=-⨯∑. 因此，2212111465421949n nnnk k k n k k k n c c c n -===+=+=--+⨯∑∑∑. 所以，数列{}n c 的前2n 项和为465421949n n n n +--+⨯. 【典例7】（2022·云南·高三阶段练习）已知数列{}n a 的前n 项和为n S ，且243n n S a =-． (1)求数列{}n a 的通项公式； (2)令83n n nb a =⨯，求数列{}n b 的前n 项和n T ．【答案】(1)232n n a -=⋅(2)24(1)2n n T n +=+-⨯【分析】（1）根据n a 和n S 的关系式，即可求得数列{}n a 的通项公式. （2）由（1）中结论可得数列{}n b 的通项公式，再由错位相减法即可求得n T . （1）由已知得243n n S a =-． ①当1n =时，11132432S a a =-⇒=；当2n ≥时，11243243n n n n S a S a --=-⎧⎨=-⎩①②，-①②得12(2)n n a a n -=≥，所以{}n a 是以32为首项，2为公比的等比数列；所以1232322n n n a --=⨯=⋅．（2）由（1）得1823n n n nb a n +=⨯=⋅，所以21341222322n n T n +=⨯+⨯+⨯+⨯+⋅⋅⋅，①所以341221222(1)22n n n T n n ++=⨯+⨯+⋅⋅⋅+-⨯+⨯，②则-①②得：()234142222n n n T n ++-=-⨯+++⋅⋅⋅+，化简得24(1)2n n T n +=+-⨯．【典例8】(2020·全国卷Ⅰ)设{a n }是公比不为1的等比数列，a 1为a 2，a 3的等差中项． (1)求{a n }的公比；(2)若a 1＝1，求数列{na n }的前n 项和．【答案】【解析】(1)设{a n }的公比为q ，由题设得2a 1＝a 2＋a 3，即2a 1＝a 1q ＋a 1q 2. 所以q 2＋q －2＝0，解得q ＝1(舍去)或q ＝－2. 故{a n }的公比为－2.(2)记S n 为{na n }的前n 项和．由(1)及题设可得，a n ＝(－2)n －1. 所以S n ＝1＋2×(－2)＋…＋n ×(－2)n －1，－2S n ＝－2＋2×(－2)2＋…＋(n －1)×(－2)n －1＋n ×(－2)n . 可得3S n ＝1＋(－2)＋(－2)2＋…＋(－2)n －1－n ×(－2)n ＝1(2)3n--－n ×(－2)n .所以S n ＝19－(31)(2)9nn +-.【规律方法】错位相减法求和的具体步骤：热点四其它求和方法【典例9】（2022·湖南·麻阳苗族自治县第一中学高三开学考试）德国大数学家高斯年少成名，被誉为数学界的王子.在其年幼时，对123100++++的求和运算中，提出了倒序相加法的原理，该原理基于所给数据前后对应项的和呈现一定的规律生成;因此，此方法也称之为高斯算法.现有函数4()42xx f x =+，则1232018()()()()2019201920192019f f f f ++++等于（） A ．1008 B ．1009 C ．2018 D ．2019【答案】B【分析】根据()(1)1f x f x +-=，利用倒序相加法求解.【详解】解：因为4()42xx f x =+，且114444()(1)1424242244--+-=+=+=+++⨯+x x x xx x x f x f x ，令1232018()()()()2019201920192019=++++S f f f f , 又 2018201720161()()()()2019201920192019=++++S f f f f ，两式相加得：212018=⨯S ，解得1009S =，故选：B【典例10】（2022·全国·高三专题练习（文））1202年意大利数学家列昂那多－斐波那契以兔子繁殖为例，引人“兔子数列”，又称斐波那契数列.即1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,该数列中的数字被人们称为神奇数，在现代物理，化学等领域都有着广泛的应用.若此数列各项被3除后的余数构成一新数列{}n a ，则数列{}n a 的前2022项的和为________. 【答案】2276【分析】由数列1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,各项除以3的余数，可得{}n a 为1,1,2,0,2,2,1,0,1,1,2,0,2,2,1，知{}n a 是周期为8的数列，即可求出数列{}n a 的前2022项的和.【详解】由数列1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,各项除以3的余数，可得{}n a 为1,1,2,0,2,2,1,0,1,1,2,0,2,2,1，{}n a ∴是周期为8的数列，一个周期中八项和为112022109+++++++=，又202225286=⨯+，∴数列{}n a 的前2022项的和2022252982276S =⨯+=. 故答案为：2276.【典例11】（2016·全国·高考真题（文））等差数列{n a }中，34574,6a a a a +=+=.（Ⅰ）求{n a }的通项公式；（Ⅱ）设[]n n b a =，求数列{}n b 的前10项和，其中[]x 表示不超过x 的最大整数，如[0.9]=0,[2.6]=2. 【答案】（Ⅰ）235n n a +=；（Ⅱ）24. 【解析】【详解】试题分析：（Ⅰ）根据等差数列的通项公式及已知条件求1a ，d ，从而求得n a ；（Ⅱ）由（Ⅰ）求n b ，再求数列{}n b 的前10项和.试题解析：（Ⅰ）设数列{}n a 的公差为d ，由题意有112+54,+53a d a d ==. 解得121,5a d ==.所以{}n a 的通项公式为235n n a +=. （Ⅱ）由（Ⅰ）知235n n b +⎡⎤=⎢⎥⎣⎦. 当n=1,2,3时，2312,15n n b +≤<=；当n=4,5时，2323,25n n b +≤<=；当n=6,7,8时，2334,35n n b +≤<=；当n=9,10时，2345,45n n b +≤<=. 所以数列{}n b 的前10项和为1322334224⨯+⨯+⨯+⨯=. 热点五与裂项相消法相关的不等式证明【典例12】（2022·全国·高考真题）记n S 为数列{}n a 的前n 项和，已知11,n n S a a ⎧⎫=⎨⎬⎩⎭是公差为13的等差数列．(1)求{}n a 的通项公式； (2)证明：121112na a a +++<．【答案】(1)()12n n n a +=(2)见解析【解析】【分析】（1）利用等差数列的通项公式求得()121133n n S n n a +=+-=，得到()23n n n a S +=，利用和与项的关系得到当2n ≥时，()()112133n n n n n n a n a a S S --++=-=-,进而得：111n n a n a n -+=-，利用累乘法求得()12n n n a +=，检验对于1n =也成立，得到{}n a 的通项公式()12n n n a +=；（2）由（1）的结论，利用裂项求和法得到121111211n a a a n ⎛⎫+++=- ⎪+⎝⎭，进而证得.(1)∵11a =，∴111S a ==,∴111S a =, 又∵n n S a ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是公差为13的等差数列，∴()121133n n S n n a +=+-=,∴()23n n n a S +=, ∴当2n ≥时，()1113n n n a S --+=，∴()()112133n n n n n n a n a a S S --++=-=-,整理得：()()111n n n a n a --=+, 即111n n a n a n -+=-, ∴31211221n n n n n a a a a a a a a a a ---=⨯⨯⨯⋯⨯⨯ ()1341112212n n n n n n ++=⨯⨯⨯⋯⨯⨯=--，显然对于1n =也成立， ∴{}n a 的通项公式()12n n n a +=； (2)()12112,11n a n n n n ⎛⎫==- ⎪++⎝⎭ ∴12111na a a +++1111112121222311n n n ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+-+-=-< ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥++⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦ 【典例13】（2022·安徽·高三开学考试）已知数列{}n a 满足(12122n n a a a a n -+++-=-且)*N n ∈，且24a =.(1)求数列{}n a 的通项公式;(2)设数列()()1211n n n a a +⎧⎫⎪⎪⎨⎬--⎪⎪⎩⎭的前n 项和为n T ，求证：213n T <. 【答案】(1)()*2n n a n =∈N(2)证明见解析【分析】（1）将已知条件与1212n n a a a a ++++-=-两式相减，再结合等比数列的定义即可求解；（2）利用裂项相消求和法求出n T 即可证明. （1）解：因为1212n n a a a a -+++-=-，所以1212n n a a a a ++++-=-，两式相减得12(2)n n a a n +=，当2n =时，122a a -=-，又24a =，所以1212,2a a a ==，所以()*12n n a a n +=∈N ，所以{}n a 是首项为2，公比为2的等比数列，所以()*2n n a n =∈N ；（2）证明：()()()()11122111121212121n n n n n n n n a a +++==-------，所以2231111111111121212121212121n n n n T ++⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-+-++-=-<⎪ ⎪ ⎪-------⎝⎭⎝⎭⎝⎭，由1n ，得124n +，所以1121213n +--，综上，213n T <. 【总结提升】(1)与不等式相结合考查裂项相消法求和问题应分两步：第一步，求和；第二步，利用作差法、放缩法、单调性等证明不等式．(2)放缩法常见的放缩技巧有： ①21111(1)1k k k kk <=---. ②2211111()2111k k k k <=--+-.③21111111k k k kk -<<-+-. ④2(12(1)n n n n n+<<--．热点六与错位相减法相关的不等式证明【典例14】（2021·全国·高考真题（文））设{}n a 是首项为1的等比数列，数列{}n b 满足3nn na b =．已知1a ，23a ，39a 成等差数列．（1）求{}n a 和{}n b 的通项公式；（2）记n S 和n T 分别为{}n a 和{}n b 的前n 项和．证明：2nn S T <．【答案】（1）11()3n n a -=，3n nn b =；（2）证明见解析. 【解析】【分析】（1）利用等差数列的性质及1a 得到29610q q -+=，解方程即可；（2）利用公式法、错位相减法分别求出,n n S T ，再作差比较即可. 【详解】（1）因为{}n a 是首项为1的等比数列且1a ，23a ，39a 成等差数列，所以21369a a a =+，所以211169a q a a q =+，即29610q q -+=，解得13q =，所以11()3n n a -=，所以33n n n na nb ==. （2）[方法一]：作差后利用错位相减法求和211213333n n nn nT --=++++， 012111111223333-⎛⎫=++++ ⎪⎝⎭n n S ， 230121123111112333323333n n n n S n T -⎛⎫⎛⎫-=++++-++++= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭012111012222333---++++111233---+n nn n ．设0121111101212222Γ3333------=++++n n n ， ⑧则1231111012112222Γ33333-----=++++n nn ． ⑨由⑧-⑨得1121113312111113322Γ13233332313--⎛⎫--- ⎪⎛⎫⎝⎭=-++++-=-+- ⎪⎝⎭-n n n n n n n ．所以211312Γ432323----=--=-⨯⨯⨯n n n n n n ．因此10232323--=-=-<⨯⨯n n n n nS n n nT ．故2nn S T <． [方法二]【最优解】：公式法和错位相减求和法证明：由（1）可得11(1)313(1)12313n n n S ⨯-==--，211213333n n n n nT --=++++，① 231112133333n n n n nT +-=++++，② ①-②得23121111333333n n n n T +=++++-1111(1)1133(1)1323313n n n n n n ++-=-=---，所以31(1)4323n n nnT =--⋅，所以2n n S T -=3131(1)(1)043234323n n n n n n ----=-<⋅⋅，所以2nn S T <. [方法三]：构造裂项法由（Ⅰ）知13⎛⎫= ⎪⎝⎭n n b n ，令1()3αβ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭n n c n ，且1+=-n n n b c c ，即1111()[(1)]333αβαβ+⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭n n n n n n ，通过等式左右两边系数比对易得33,24αβ==，所以331243n n c n ⎛⎫⎛⎫=+⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭．则12113314423nn n n n T b b b c c +⎛⎫⎛⎫=+++=-=-+ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭，下同方法二．[方法四]：导函数法设()231()1-=++++=-n nx x f x x x x x x，由于()()()()()()1221'111'11(1)'1(1)1n n n n nx x x x x x x x nx n x x x x +⎡⎤⎡⎤⎡⎤----⨯--+-+⎣⎦⎣⎦⎢⎥==---⎢⎥⎣⎦，则12121(1)()123(1)+-+-+=++++='-n nn nx n x f x x x nxx ．又1111333-⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭n n n b n n ，所以2112311111233333n n n T b b b b n -⎡⎤⎛⎫⎛⎫=++++=+⨯+⨯++⋅=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦12111(1)11133333113n nn n f +⎛⎫⎛⎫+-+ ⎪ ⎪⎛⎫⎝⎭⎝⎭⋅=⨯ ⎪⎝⎭⎛⎫- ⎪⎝⎭' 13113311(1)4334423n nnn n n +⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-+=-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦，下同方法二．【整体点评】本题主要考查数列的求和，涉及到等差数列的性质，错位相减法求数列的和，考查学生的数学运算能力，是一道中档题，其中证明不等式时采用作差法，或者作商法要根据式子得结构类型灵活选择，关键是要看如何消项化简的更为简洁.（2）的方法一直接作差后利用错位相减法求其部分和，进而证得结论；方法二根据数列的不同特点，分别利用公式法和错位相减法求得,n n S T ,然后证得结论,为最优解；方法三采用构造数列裂项求和的方法，关键是构造1()3αβ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭nn c n ，使1+=-n n n b c c ，求得n T 的表达式，这是错位相减法的一种替代方法，方法四利用导数方法求和，也是代替错位相减求和法的一种方法.【典例15】（2021·天津·高考真题）已知{}n a 是公差为2的等差数列，其前8项和为64．{}n b 是公比大于0的等比数列，1324,48b b b =-=．（I ）求{}n a 和{}n b 的通项公式；（II ）记2*1,n n nc b b n N =+∈，（i ）证明{}22n n c c -是等比数列；（ii ）证明)*12222nk k kk k a n N c a c +=∈-【答案】（I ）21,n a n n N *=-∈，4,n n N b n *=∈；（II ）（i ）证明见解析；（ii ）证明见解析.【解析】【分析】（I ）由等差数列的求和公式运算可得{}n a 的通项，由等比数列的通项公式运算可得{}n b 的通项公式；（II ）（i ）运算可得2224nn n c c =⋅-，结合等比数列的定义即可得证；（ii ）放缩得21222422n n n n n a n c a c +<-⋅，进而可得1112222n k k n k k k k a k c c a +-==-，结合错位相减法即可得证. 【详解】（I ）因为{}n a 是公差为2的等差数列，其前8项和为64．所以12818782642a a a a ⨯++⋅⋅⋅+=+⨯=，所以11a =，所以()12121,n n n n N a a *=+-=-∈；设等比数列{}n b 的公比为(),0q q >，所以()221321484q b b b q q b q ==-=--，解得4q =（负值舍去），所以114,n n n b q n N b -*==∈；（II ）（i ）由题意，221441n n nn n b c b =++=，所以22224211442444n n nn nnn c c ⎛⎫⎛⎫=+-+=⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭-，所以220nn c c ≠-，且212222124424n n n n nn c c c c +++⋅==⋅--，所以数列{}22nn c c -是等比数列；（ii ）由题意知，()()22122222121414242222n n n n n n n n n a n n c c a +-+-==<-⋅⋅⋅， 2122124222222n n n nn nna n anc c +--⋅⋅，所以1112222nk k n k k k k k a kc c a +-==-，设10121112322222nn k n k k n T --===+++⋅⋅⋅+∑，则123112322222n nn T =+++⋅⋅⋅+，两式相减得21111111122121222222212nn n n nn n n n T -⎛⎫⋅- ⎪+⎝⎭=+++⋅⋅⋅+-=-=--，所以1242n n n T -+=-，所以11112224222222nn k k n k k k k a k n c c a +--==+⎫-<⎪-⎭ 【规律方法】等差数列的判定与证明的方法方法解读适合题型定义法若a n －a n －1(n ≥2，n ∈N *)为同一常数⇔{a n }是等差数列解答题中证明问题等差中项法 2a n ＝a n ＋1＋a n －1(n ≥2，n ∈N *)成立⇔{a n }是等差数列通项公式法 a n ＝pn ＋q (p ，q 为常数)对任意的正整数n 都成立⇔{a n }是等差数列选择、填空题中的判定问题前n 项和公式法验证S n ＝An 2＋Bn (A ，B是常数)对任意的正整数n 都成立⇔{a n }是等差数列【精选精练】一.单选题1．（2021·全国·高三专题练习）数列{}n a 满足11a =，1(1)(1)n n na n a n n +=+++，若2cos 3=πn n n b a ，且数列{}n b 的前n 项和为n S ，则11S =（） A ．64 B ．80 C ．64- D ．80-【答案】C【分析】由已知可得111n n a a n n +-=+，即数列n a n ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是等差数列，由此求出22cos 3n n b n π=，分别令 1,2,3,,11n =可求出11S .【详解】数列{}n a 满足11a =，()()111n n na n a n n +=+++，则111n na a n n+=++，可得数列n a n ⎧⎫⎨⎬⎩⎭是首项为1、公差为1的等差数列，即有na n n=，即为2n a n =，则222cos cos 33n n n n b a n ππ==，则()()2222222222211112457810113692S =-++++++++++()22222222222222112334566789910112=-+--++--++--++ ()15234159642=-⨯+++=-. 故选：C.2．（2022·全国·高三专题练习（文））斐波那契数列因以兔子繁殖为例子而引入，故又称为“兔子数列”.此数列在现代物理､准晶体结构､化学等领域都有着广泛的应用.斐波那契数列{}n a 可以用如下方法定义：21n n n a a a ++=+，且121a a ==，若此数列各项除以4的余数依次构成一个新数列{}n b ，则数列{}n b 的前2022项和为（） A ．2698 B ．2697 C ．2696 D ．2695【答案】C【分析】根据()*12123,,1n n n a a a n n a a --=+⋯∈==N , 递推得到数列{}n a ,然后再得到数列{}n b 是以6为周期的周期数列求解.【详解】因为()*12123,,1,n n n a a a n n a a --=+⋯∈==N所以数列{}n a 为 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,⋯此数列各项除以 4 的余数依次构成的数列{}n b 为:1,1,2,3,1,0,1,1,2,3,1,0,是以 6 为周期的周期数列, 所以20222022=(1+1+2+3+1+0)=26966S . 故选：C.3.（2018·浙江·高考真题）已知1234,,,a a a a 成等比数列，且1234123ln()a a a a a a a +++=++．若11a >，则 A ．1324,a a a a << B ．1324,a a a a >< C ．1324,a a a a <> D ．1324,a a a a >>【答案】B 【解析】【分析】先证不等式ln 1x x ≥+，再确定公比的取值范围，进而作出判断. 【详解】令()ln 1,f x x x =--则1()1f x x'=-，令()0,f x '=得1x =，所以当1x >时，()0f x '>，当01x <<时，()0f x '<，因此()(1)0,ln 1f x f x x ≥=∴≥+，若公比0q >，则1234123123ln()a a a a a a a a a a +++>++>++，不合题意；若公比1q ≤-，则212341(1)(1)0,a a a a a q q +++=++≤但212311ln()ln[(1)]ln 0a a a a q q a ++=++>>，即12341230ln()a a a a a a a +++≤<++，不合题意；因此210,(0,1)q q -<<∈，22113224,0a a q a a a q a ∴>=<=<，选B.【点睛】构造函数对不等式进行放缩，进而限制参数取值范围，是一个有效方法.如ln 1,x x ≥+ 2e 1,e 1(0).x x x x x ≥+≥+≥二、填空题4．（2021·内蒙古呼和浩特·高三阶段练习（理））已知{}n a 是等比数列，公比大于1，且2420a a +=，38a =.记m b 为{}n a 在区间()*(0,]m m N ∈中的项的个数，则数列{}m b 的前60项的和60S 的值为______.【答案】243【分析】第一步求出{}n a 是等比数列的通项公式，第二步计算m b 为{}n a 在区间()*(0,]m m N ∈中的项的个数，列举求值即可。

导数数列型不等式证明问题

导数数列型不等式的证明涉及到导数的概念、性质和运算，通常需要运用放缩、构造辅助函数、微分中值定理等方法。

以下是一些常见的导数数列型不等式的证明方法：
放缩法：通过放缩不等式，使得不等式的证明变得更加容易。

例如，可以利用导数的性质，将原不等式转化为容易证明的等式或不等式。

构造辅助函数法：根据导数的性质，构造出一个辅助函数，通过研究该函数的性质，证明不等式。

例如，可以构造一个函数，使其在指定区间上单调递增或递减，从而证明不等式。

微分中值定理法：利用微分中值定理，将不等式转化为一个容易证明的等式或不等式。

例如，可以根据微分中值定理，将原不等式转化为一个关于某个变量的函数，然后对该函数求导，证明其单调性，从而证明不等式。

需要注意的是，在证明导数数列型不等式时，需要充分理解导数的性质和运算规则，并能够灵活运用。

同时，还需要注重证明过程中的严谨性和准确性，避免出现错误。

不等式的常见证明方法

不等式常见的三种证明方法渠县中学刘业毅一用基本不等式证明设c b a ,,都是正数。

求证：.c b a cab b ac a bc ++≥++ 证明：.22c bac a bc b ac a bc =•≥+ .22b cab a bc c ab a bc =•≥+ .22a cab b ac c ab b ac =•≥+ ).(2)(2c b a cab b ac a bc ++≥++ .c b a cab b ac a bc ++≥++ 点评：可用综合法分析乘积形式运用不等式可以转化为所求。

思维训练：设c b a ,,都是正数。

求证：.222c b a c b a a c b ++≥++ 二放缩法证明不等式已知，对于任意的n 为正整数，求证： 1+221+321+ +n 21<47 分析：通过变形将数列{n 21}放缩为可求数列。

解： n 21=n n •1<)1(1-n n =11-n —n1（n ≥2） ∴1+221+321+ +n 21<1+221+231⨯+341⨯+ +)1(1-n n =1+41+(21—31+31—41+ +11-n —n1) =45+21—n1 =47—n 1 点评：放缩为可求和数列或公式是高考重要思想方法。

思维训练：设c b a ,,都是正数，a+b>c,求证：a a +1+b b +1>cc +1三构造函数法证明证明不等式3ln 3121112ln <+++++<nn n （n 为正整数）分析：显然要构造一个含n 的不等式，然后用叠加法证明。

我们构造一个函数,1)(',ln 1)(2xx x f x x x x f -=+-=可得这个函数在x=1时取得最小值0.及对x>0有不等式x x 11ln -≥，如果令x=k k 1+，则有111ln +>+k k k ，如果令x=1+k k ，则kk k ->+11ln ，即kk k k 1ln )1ln(11<-+<+，然后叠加不等式即可。

浅谈用数学归纳法证明数列不等式的技巧

小的（或大的）代数式子ｇｎ（ｉｎ（）１ｍｇ（）：ｃ代换，）把
加强不等式” 即＿ｎ＜（），厂）ｇｎ（（假当＝１，式１÷（要证明的不等式转化为“ 设ｎ（）不（）一 ≥时等一１
）（专＋立．１１成。．一．
）＞（１＋
Ｕ
证：＞１一切ｎ都成立。０对 ∈Ｎ
ｆ中生之友２０．０上半月：］２１高０９１．ＦＪｉ
数学导学ｏｉｇｉ３ｍｈｘ编ｇｕａｙ周责ｏｘ ∞ ｎ
点拨：用数字纲让明任当ｎ＝利＋１盯，
满要。把不式化：＋１… 足求故原等强为＋＋古ｌ
１
ｌ＝ ÷ ，一＋ ÷
（）略。１解
＝故不式强ｏ把等①化，
（ｎ＋１、（２）４ｎ＋１。）证明：。略
为１）一．１＞＋。（÷（）（）１１ ② 一１＿一－
点拨：１条件变形为１旦：（一（）一１
Ⅱ ｊ
）则１，
原不等式得证。
ｎｎｌ
一
求１号所＝．１＝，例ｎＮ，证寺＋＋＋＝，（）主２设：１ … ２
ｌ
…
，
１
（ｎ＋１、４。２１
（）明：ｉ当ｎ＝１时，等式②成立，２证（）不
点评：由例１２知，ｃ与ｎ无关的常量，用、若是如
数学归纳法证明／ｎ（）＜ｃ或ｎｃ一类的不等式（）＞）

第41招数列不等式的证明方法

【知识要点】证明数列不等式常用的有数学归纳法、放缩法和分析法.一、数学归纳法一般地，证明一个与自然数n 有关的命题()P n ，有如下步骤：（1）证明当n 取第一个值0n 时命题成立.0n 对于一般数列取值为0或1，但也有特殊情况；（2）假设当n k =（0k n ³，k 为自然数）时命题成立，证明当1n k =+时命题也成立. 综合（1）（2），对一切自然数n （n 0n ³），命题()P n 都成立. 二、放缩法证明不等式时，有时根据需要把需证明的不等式的值适当放大或缩小，使其化繁为简，化难为易，达到证明的目的，这种方法称为放缩法. 放缩的技巧：a n n >>< ②将分子或分母放大或缩小，如：2211111111,(1)1(1)1k k k k k k k k k k <=->=---++(1)2n n ++< 三、分析法证明不等式时，从待证命题出发，分析使其成立的充分条件，利用已知的一些基本原理，逐步探索，最后将命题成立的条件归结为一个已经证明过的定理、简单事实或题设的条件，这种证明的方法称为分析法，它是执果索因的方法.用分析法证明时，要注意格式，一般格式是“要证明，只需证明……”. 一般用分析法寻找思路，用综合法写出证明过程. 【方法点评】【例1】用数学归纳法证明:),2(241321312111*N n n n n n n ∈≥>+⋯++++++【点评】利用数学归纳法证明不等式时，关键在于第二步，证明这一步时，一定要利用前面的假设和已知条件.【反馈检测1】已知2012(1)(1)(1)(1)n n n x a a x a x a x +=+-+-++-，（其中n N *∈）（1）求0a 及12n n s a a a =+++；（2）试比较n s 与2(2)22n n n -⋅+的大小，并说明理由．【例2】已知函数（1）当45a =时，求函数()f x 在(0,)+∞上的极值；（2）证明：当0x >时，2ln(1)x x +<；（3）证明：444111(1)(1)(1)23e n+++< (,2,n N n e *∈≥为自然对数的底数）.（2）令)1ln()(2x x x g +-=则01)1(121)(222'≥+-=+-=x x x x x g ()∞+∴，在0)(x g 上为增函数.0)0()(=>∴g x gx x <+∴)1ln(2（3）由（2）知x x <+)1ln(2令41n x =得，n n n n n n 111)1(11)11ln(24--=-<<+)11ln()311ln()211ln(444n ++++++∴ 11111141313121211<-=--++-+-+-<n n n∴e n <+++)11()311)(211(444【点评】(1)本题就是利用放缩法证明不等式，是高考的难点和重点.(2)利用放缩法证明不等式，有时需要放缩通项，有时是需要放缩求和的结果，本题两种放缩都用上了.(3)放缩要得当，所以放的度很重要，有时需要把每一项都放缩，有时需要把前面两项不放缩，后面的都放缩，有时需要把后面的项不放缩，所以要灵活调整，以达到证明的目的. 学科*网【反馈检测2】已知数列{}n a 满足2112222(21)22n n n a a a n ++++=-⋅+．（1）求1a 及通项公式n a ；（22114a ++<【反馈检测3】将正整数按如图的规律排列，把第一行数1，2，5，10，17，记为数列{}()+∈N n a n ，第一列数1，4，9，16，25，记为数列{}()+∈N n b n（1）写出数列{}n a ，{}n b 的通项公式；（2）若数列{}n a ，{}n b 的前n 项和分别为n n T S ,，用数学归纳法证明：()()+∈+=+N n n n S T n n 4233；（3）当3≥n 时，证明：47111145321<++++<n b b b b ．【反馈检测4】已知函数)(ln 1)(R a x x ax f ∈++=（1）当2=a 时，比较)(x f 与1的大小；（2）当29=a 时，如果函数k x f x g -=)()(仅有一个零点，求实数k 的取值范围；（3）求证：对于一切正整数n ，都有121715131)1ln(+++++>+n n【反馈检测5】已知函数21()ln (1)2f x a x x a x =+-+(1)a ≥. （1）讨论()f x 的单调性与极值点；（2）若21()1(1)2g x x x x =-->，证明：当1a =时，()g x 的图象恒在()f x 的图象上方；（3）证明：2222ln 2ln 3ln 21234(1)n n n n n --+++<+*(,2)n N n ∈≥.对数的底数）．（1）求实数a 、b 的值；（2）若k Z ∈，且()1f x k x <-对任意1x >恒成立，求k 的最大值；（3）当1(,)m n m n Z >>∈时，证明：()()nmm n nmmn >．（2）当1>x 时，设1ln 1)()(-+=-=x xx x x x f x g ，则2/)1(ln 2)(---=x xx x g 设x x x h ln 2)(--=，则011)(/>-=xx h ，)(x h 在) , 1(∞+上是增函数因为03ln 1)3(<-=h ，04ln 2)4(>-=h ，所以)4 , 3(0∈∃x ，使0)(0=x h) , 1(0x x ∈时，0)(<x h ，0)(/<x g ，即)(x g 在) , 1(0x 上为减函数；同理)(x g 在0( , )x +∞上为增函数从而)(x g 的最小值为0000001ln )(x x x x x x g =-+=所以)4 , 3(0∈<x k ，k 的最大值为3【点评】本题的第3问，由于结论比较复杂，一下子看不出证明的方向，所以要采用分析法来证明. 【反馈检测6】已知函数()()1ln f x a x a R x=-∈. （1）当1a =-时，试确定函数()f x 在其定义域内的单调性；（2）求函数()f x 在(]0,e 上的最小值；（3）试证明：()111 2.718,n e e n N n +*⎛⎫+>=∈ ⎪⎝⎭.高中数学常见题型解法归纳及反馈检测第41讲：数列不等式的证明方法参考答案【反馈检测1答案】（1）02n a =，32n nn s =-；（2）当1n =或4n ≥时，23(1)22n n n n >-⋅+,当2,3n =时，23(1)22n n n n <-⋅+．【反馈检测1详细解析】（1）取1x =，则02n a =；取2x =，则013n n a a a +++=，1232n n n n s a a a ∴=++=-．∵4k ≥时，(3)20k k ->，22442444420k k --≥⋅-⋅-> ∴2(3)24420k k k k -+--> ∴1123k 22(1)k k k ++>⋅++．即1n k =+时结论也成立，∴当4n ≥时，23(1)22n n n n >-⋅+成立.综上得，当1n =或4n ≥时，23(1)22n n n n >-⋅+；当2,3n =时，23(1)22n n n n <-⋅+．【反馈检测2答案】（1）13a =，21n a n =+；（2）见解析.【反馈检测3答案】（1）222n a n n =-+，2n b n =；（2）证明见解析；（3）证明见解析. 学科*网【反馈检测3详细解析】（1）由121n n a a n +-=-，得：21132322n a a n n n =++++-=-+，2n b n =．① 当1n =时，111T S ==，∴()1136T S +=，又3246n n +=，∴1n =时等式成立； ② 假设n k =时等式成立，即()3324k k T S k k +=+，则1n k =+时，()()()()()()223111133324311212k k k k k k T S T S b a k k k k k ++++⎡⎤+=+++=+++++-++⎣⎦()()232466161k k k k =++++-+ ()()()2216161k k k k k =-++++()()22461k k k =+++()()22141k k ⎡⎤=+++⎣⎦()()32141k k =+++，∴1n k =+时等式也成立．根据①②，()()33+24n n T S n n n N +=+∈都成立．【反馈检测4答案】（1）3ln 2k >-或3ln 22k <+；（2）见解析. 【反馈检测4解析】（1）当2=a 时，x x x f ln 12)(++=，其定义域为),0(+∞因为0)1(11)1(2)(222>++=++-='x x x x x x f ，所以)(x f 在),0(+∞上是增函数故当1>x 时，1)1()(=>f x f ；当1=x 时，1)1()(==f x f ；当1<x 时，1)1()(=<f x f （2）当29=a 时，x x x f ln )1(29)(++=，其定义域为),0(+∞ 22)1(2)2)(12(1)1(29)(+--=++-='x x x x x x x f ，令0)(='x f 得211=x ，22=x 因为当210<<x 或2>x 时，0)(>'x f ；当221<<x 时，0)(<'x f 所以函数)(x f 在)21,0(上递增，在)2,21(上递减，在),2(+∞上递增且)(x f 的极大值为2ln 3)21(-=f ，极小值为2ln 23)2(+=f又当+→0x 时，-∞→)(x f ；当+∞→x 时，+∞→)(x f因为函数k x f x g -=)()(仅有一个零点，所以函数)(x f y =的图象与直线k y =仅有一个交点.所以2ln 3->k 或2ln 23+<k（3）方法二：用数学归纳法证明：①当1=n 时，不等式左边2ln =，右边31= 因为18ln 2ln 3>=，所以312ln >，即1=n 时，不等式成立 ②假设当)(*∈=N k k n 时，不等式成立，即121715131)1ln(+++++>+k k那么，当1+=k n 时，]12)1ln[()2ln()1ln(++⋅+=+=+k k k k n 12ln)1ln(++++=k k k 12ln)121715131(++++++++>k k k 由（1）的结论知，当1>x 时，112ln >++x x ，即11ln +->x x x 所以3211121121212ln +=+++-++>+-k k k k k k k即1)1(21121715131)2ln(++++++++>+k k k 即当1+=k n 时，不等式也成立综合①②知，对于一切正整数n ，都有121715131)1ln(+++++>+n n 【反馈检测5答案】（1）()f x 在(0,1)和(,)a +∞上单调递增，在(1,)a 上单调递减. 1x =为极大值点，x a =为极小值点；（2）见解析；（3）见解析.（2）当1a =时，令()()()1ln F x g x f x x x =-=--，'11()1x F x x x-=-=，当1x >时，'()0F x >，01x <<时，'()0F x <， ∴()F x 在(0,1)上递减，在(1,)+∞上递增，∴()(1)0F x F ≥=，∴1x >时，()0F x >恒成立. 即1x >时，()()g x f x >恒成立，∴当1x >时，()g x 的图象恒在()f x 的图象上方.（3）由（2）知()(1)0F x F ≥=，即ln 1x x ≤-，∵0x >，∴ln 11x x x≤-，令2*()x n n N =∈，则222ln 11n n n ≤-，∴22ln 11(1)2n n n ≤- ∴222222ln 2ln 3ln 1111(111)23223n n n+++≤-+-++- 22211111()2223n n -=-+++ 11111()222334(1)n n n -<-+++⨯⨯+ 11111111()2223341n n n -=--+-++-+2111121()22214(1)n n n n n ---=--=++∴不等式成立. 【反馈检测6答案】（1）()f x 的单调递减区间为()0,1，单调递增区间为()1,+∞；（2）()()min 11,1ln ,ae a e e f x a a a a e -⎧≥-⎪⎪=⎨⎪-+-<-⎪⎩；（3）见解析. 学科*网【反馈检测6详细解析】（1）函数()f x 的定义域为()0,+∞，当1a =-时，()1ln f x x x =+，则 ()22111x f x x x x-'=-+=，解不等式()0f x '<，得01x <<；解不等式()0f x '>，得1x >，故函数()f x 的单调递减区间为()0,1，单调递增区间为()1,+∞；当10e a <-<，即当1a e <-时，当10x a <<-，()0f x '<，当1x e a-<<时，()0f x '>，此时函数()f x 在1x a =-处取得极小值，亦即最小值，即()()min 11ln ln f x f a a a a a a a ⎛⎫⎛⎫=-=---=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，综上所述，()()min 11,1ln ,ae a e e f x a a a a e -⎧≥-⎪⎪=⎨⎪-+-<-⎪⎩；由（1）知，当1a =-时，函数()1ln f x x x =+在区间()1,+∞上单调递增，即函数()f x 在区间(]1,2上单调递增，故()()11f x f >=，故有1ln 1x x+>，因此不等式1ln 10x x +->在(]1,2上恒成立，故原不等式得证，即对任意n N *∈，111n e n +⎛⎫+> ⎪⎝⎭.。

例析数列不等式的若干证明方法

用 “ 板法＂求解无差异元素的分配问题插
陈红旗河南省汝阳一高（７０４０）ｌ２
无差异元素的分配问题，是排列组合问题中的基本类型，是对排列组合思想的充分体现．认真研究，大有裨益．本文将例析该类题目的类型及解法．例１将１０个相同的小球分别装入４个不同的盒子中，且每盒至少一个小球，问有多少种不同的装
当ｎ＝ｋ１，＋时
一
一２．４
＝日４川
一
也就是说，当＝ｋ时，结论成立．＋１
（ — ｘ）＋（～）３２ｆｂ４３２ｋ
２，＋３ａ
５１
／筹一５＝＝
—
根据（ｉ）和（ｉｉ）知
，
／２＜６ａ，，＝１２， … ．４ｚ，３，
１１ｒ１
一
求：于，知１，证证对６已（＜求一］（－一２， …
分析此不等式在结构上类似于贝努利不等式
１、１１５
６一一１一一一’ ＋Ｉ一＋Ｊ６４１２２＋２＼Ｊ＜
解将ｌ０个小球排成一排，在其两两之间的９
个空挡中任意插入三个板，这样就将１小球分成０个
例４方程Ｘ＋＋Ｙ＝４有多少组自然数解？解本题可理解为将４个… ’ 配给、Ｙ、ｚ１分三个字母，由于、Ｙ、ｚ自然数，所以、Ｙ、ｚ是可以不分配到… ’然而“ １．插板法 ” 所解决的问题是 “ 个每位置上至少一个元素” ，因此，我们可以先添加４个 “ ” 相当于把８个“ ” 插板法” 给ＸＹ、ｚ１，１用“ 、三个字母至少分配一个 “” 然后再各取一个 “” １，１，就实

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一类数列不等式的证明
发表时间：2012-07-09T16:22:54.403Z 来源：《学习方法报.语数教研周刊》2012年第32期供稿作者：余书胜[导读] 评注：数列不等式的证明方法很多，比如数学归纳法，构造函数单调性法，放缩法，等等。

湖北荆州中学余书胜
分析：即证：
解法1：（数学归纳法）
当 n=1时，成立
假设当n=k 时成立，既成立当n=k+1 时，则有
即证显然成立，得证．
解法2：（利用单调性）即证
令
则
上单调递减，，得证．解法3：（构造对称式）
解法4（构造对偶式）
评注：数列不等式的证明方法很多，比如数学归纳法，构造函数单调性法，放缩法，等等，对于与数列中项的乘积有关的不等式的证明是近几年高考的热点之一，对于与A=x1.x3.x5...x2n-1 有关的不等式，结合其形式特点，构造形式相似，具有某种对称关系的一对对偶式B=x2.x4.x6...x2n ，通过AXB 使问题得以解决．对于要证明与//// 有关的不等式，通过构造）．。