证明数列不等式的常用放缩方法技巧证明数列型不等式,因其思维跨度大、构造性强,需要有较高的放缩技巧而充满思考性和挑战性,能全面而综合地考查学生的潜能与后继学习能力,因而成为高考压轴题及各级各类竞赛试题命题的极好素材。
这类问题的求解策略往往是:通过多角度观察所给数列通项的结构,深入剖析其特征,抓住其规律进行恰当地放缩;其放缩技巧主要有以下几种: ⑴添加或舍去一些项,如:aa >+12;n n n >+)1(⑵将分子或分母放大(或缩小)⑶利用基本不等式,如:4lg 16lg 15lg )25lg 3lg (5lg 3lg 2=<=+<⋅; 2)1()1(++<+n n n n⑷二项式放缩: n n n n n n C C C +++=+= 10)11(2,1210+=+≥n C C n n n ,2222210++=++≥n n C C C nn n n )2)(1(2≥->n n n n(5)利用常用结论: Ⅰ.的放缩Ⅱ. 21k 的放缩(1) :2111(1)(1)k k k k k <<+-(程度大) Ⅲ. 21k的放缩(2):22111111()1(1)(1)211kk k k k k <==+-+--+(程度小)Ⅳ. 21k的放缩(3):2214112()412121k k k k <=+--+(程度更小) Ⅴ. 分式放缩还可利用真(假)分数的性质:)0,0(>>>++>m a b ma mb ab 和)0,0(>>>++<m b a ma mb ab记忆口诀“小者小,大者大”。
解释:看b ,若b 小,则不等号是小于号,反之亦然. Ⅵ.构造函数法 构造单调函数实现放缩。
例:()(0)1xf x x x=≥+,从而实现利用函数单调性质的放缩:()()f a b f a b +≤+。
一.先求和再放缩例1.)1(1+⋅=n n a n ,前n 项和为S n ,求证:1<n s例2.nn a )31(= , 前n 项和为S n ,求证:21<n s二. 先放缩再求和 (一)放缩后裂项相消例3.数列{}n a ,11(1)n n a n +=-,其前n 项和为n s,求证:22n s <解:2111111...234212n s n n =-+-++-- 令12(21)n b n n =-,{}n b 的前n 项和为n T当2n ≥时,1111()2(22)41n b n n n n ≤=---2111111111111()()...()2123043445641n n s T n n ∴=≤+++-+-++--71104n =-<点评:本题是放缩后迭加。
放缩的方法是加上或减去一个常数,也是常用的放缩手法。
值得注意的是若从第二项开始放大,得不到证题结论,前三项不变,从第四项开始放大,命题才得证,这就需要尝试和创新的精神。
(二)放缩后转化为等比数列。
例4.{}n b 满足:2111,(2)3n n n b b b n b +≥=--+(1) 用数学归纳法证明:n b n≥(2) 1231111...3333n n T b b b b =++++++++,求证:12n T < 解:(1)略(2) 13()2(3)n n n n b b b n b ++=-++又 n b n≥132(3)n n b b +∴+≥+ , *n N ∈迭乘得:11132(3)2n n n b b -++≥+≥*111,32n n n N b +∴≤∈+234111111111...2222222n n n T ++∴≤++++=-<点评:把握“3n b +”这一特征对“21(2)3n n n b b n b +=--+”进行变形,然后去掉一个正项,递推关系放缩,这是不等式证明放缩的常用手法。
这道题如果放缩后裂项或者用数学归纳法,似乎是不可能的,为什么值得体味! 三、裂项放缩例5.(1)求∑=-n k k 12142的值; (2)求证:35112<∑=nk k.解析:(1)因为121121)12)(12(21422+--=+-=-n n n n n ,所以122121114212+=+-=-∑=n n n k n k (2)因为⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=-=-<12112121444111222n n n n n ,所以35321121121513121112=+<⎪⎭⎫ ⎝⎛+--++-+<∑=n n knk 奇巧积累: (1)⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=-<=1211212144441222n n n n n (2))1(1)1(1)1()1(21211+--=-+=+n n n n n n n C C n n (3))2(111)1(1!11)!(!!11≥--=-<<⋅-=⋅=+r r r r r r n r n r n nC Trr r n r (4)25)1(123112111)11(<-++⨯+⨯++<+n n nn(5)nn nn21121)12(21--=- (6)n n n -+<+221(7))1(21)1(2--<<-+n n nn n (8) nn n n n n n 2)32(12)12(1213211221⋅+-⋅+=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-(9)⎪⎭⎫ ⎝⎛++-+=+++⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=-+k n n k k n n n k k n k n k 11111)1(1,11111)1(1 (10) !)1(1!1!)1(+-=+n n n n (11)21212121222)1212(21-++=-++=--+<n n n n n n n(12) )2(121121)12)(12(2)22)(12(2)12)(12(2)12(21112≥---=--=--<--=----n n n n n n n n n n n n n n (13)111)1(1)1(1)1)(1(11123--+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+-<⋅=n n n n n n n n n n n n11112111111+--<-++⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=n n n n n n n(14) 3212132122)12(332)13(2221nn nn n n n n n <-⇒>-⇒>-⇒>⋅-=⋅=+(15)!)2(1!)1(1)!2()!1(!2+-+=+++++k k k k k k (16) )2(1)1(1≥--<+n n n n n(17) 111)11)((1122222222<++++=+++--=-+-+j i j i j i j i j i ji j i例6.(1)求证:)2()12(2167)12(151311222≥+->-++++n n n (2)求证:n n412141361161412-≤++++ (3)求证:1122642)12(531642531423121-+<⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅++⋅⋅⋅⋅+⋅⋅+n nn(4) 求证:)112(2131211)11(2-+<++++<-+n nn解析:(1)因为⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+->-12112121)12)(12(1)12(12n n n n n ,所以 )12131(211)12131(211)12(112--+>+-+>-∑=n n i ni (2))111(41)1211(414136116141222nnn-+<+++=++++(3)先运用分式放缩法证明出1212642)12(531+<⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅n nn ,再结合nn n -+<+221进行裂项,最后就可以得到答案(4)首先nn n n n++=-+>12)1(21,所以容易经过裂项得到 nn 131211)11(2++++<-+再证21212121222)1212(21-++=-++=--+<n n n n n n n而由均值不等式知道这是显然成立的,所以)112(2131211-+<++++n n例7.求证:35191411)12)(1(62<++++≤++n n n n解析:一方面:因为⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=-=-<12112121444111222n n n n n ,所以35321121121513121112=+<⎪⎭⎫ ⎝⎛+--++-+<∑=n n knk 另一方面:1111)1(143132111914112+=+-=+++⨯+⨯+>++++n n n n n n当3≥n 时,)12)(1(61++>+n n n n n ,当1=n 时,2191411)12)(1(6n n n n ++++=++ ,当2=n 时,2191411)12)(1(6nn n n ++++<++ ,所以综上有35191411)12)(1(62<++++≤++n n n n例8.已知n n n a 24-=,nnn a a a T +++=212,求证:23321<++++nT T T T .解析:)21(2)14(3421)21(241)41(4)222(444421321n n nn n n nT -+-=-----=+++-++++=所以123)2(22232234232323422234342)21(2)14(3422111111+⋅-⋅⋅=+⋅-⋅=-+=-+-=-+-=++++++n n nn n n n n n n n n n n nn T⎪⎭⎫ ⎝⎛---=--⋅⋅=+12112123)12)(122(2231n n n n n 从而231211217131311231321<⎪⎭⎫ ⎝⎛---++-+-=+++++n n nT T T T四、分式放缩姐妹不等式:)0,0(>>>++>m a b ma mb ab 和)0,0(>>>++<m b a ma mb ab记忆口诀”小者小,大者大”解释:看b ,若b 小,则不等号是小于号,反之亦然. 例9. 姐妹不等式:12)1211()511)(311)(11(+>-++++n n 和121)211()611)(411)(211(+<+---n n 也可以表示成为 12)12(5312642+>-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅n n n和1212642)12(531+<⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅n n n解析: 利用假分数的一个性质)0,0(>>>++>m a b ma mb ab 可得 >-⋅⋅122563412n n =+⋅⋅n n 212674523 )12(212654321+⋅-⋅⋅n nn ⇒12)122563412(2+>-⋅⋅n n n 即.12)1211()511)(311)(11(+>-++++n n 例10.证明:.13)2311()711)(411)(11(3+>-++++n n解析: 运用两次次分式放缩: 1338956.232313784512-⋅⋅⋅⋅>--⋅⋅⋅⋅n n n n (加1) nn n n 31391067.342313784512+⋅⋅⋅⋅>--⋅⋅⋅⋅ (加2)相乘,可以得到:)13(1323875421131381057.2423137845122+⋅--⋅⋅⋅⋅=-+⋅⋅⋅⋅>⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅⋅⋅⋅n n n n n n n 所以有.13)2311()711)(411)(11(3+>-++++n n五、均值不等式放缩例11.设.)1(3221+++⋅+⋅=n n S n 求证.2)1(2)1(2+<<+n Sn n n解析: 此数列的通项为.,,2,1,)1(n k k k a k =+=2121)1(+=++<+<k k k k k k ,)21(11∑∑==+<<∴nk n n k k S k ,即.2)1(22)1(2)1(2+<++<<+n n n n Sn n n注:①应注意把握放缩的“度”:上述不等式右边放缩用的是均值不等式2ba ab +≤,若放成1)1(+<+k k k 则得2)1(2)3)(1()1(21+>++=+<∑=n n n k S nk n,就放过“度”了!②根据所证不等式的结构特征来选取所需要的重要不等式,这里 na a na a a a a a n nnn n n22111111++≤++≤≤++其中,3,2=n 等的各式及其变式公式均可供选用。