本题导读
本题是一道融导数、数列、不等式于一体的综合压轴题。第一问要求根据切线与 轴的交点建立数列的递推关系;第二问考查一阶非线性递推数列的单调性与初始值的关系,需要灵活运用充要条件的证明逻辑和基本不等式;第三问通过对数构造,利用同构变形证明等比数列并反解出原数列的通项。
📌【题干】
Question
(2007年四川卷(理)) 已知函数 ,设曲线 在点 处的切线与 轴的交点为 (),其中 为正实数。
(1) 用 表示 ;
(2) 求证:对一切正整数 , 的充要条件是 ;
(3) 若 ,记 ,证明数列 成等比数列,并求数列 的通项公式。
🔍【思路分析】
破题导航
- 对于(1),求出 的导数,写出点 处的切线方程,令 即可解出 关于 的表达式;
- 对于(2),必要性可通过取 得到 直接解出 的范围;充分性需利用基本不等式证明当 时,所有项 ,进而通过作差法证明 恒成立;
- 对于(3),将 的表达式代入 进行因式分解与完全平方化简,从而得到 ,确认首项不为0后即可证明等比数列,最后由 的通项公式反解出 。
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对一切正整数 , 的充要条件是
✍【详细解析】
Abstract
解: (1) 易得 ,则曲线 在点 处的切线方程为: 令 ,得 , 化简得 。 因为 ,可递推知 , 所以 。
(2) 证明: 必要性: 若对一切正整数 都有 ,则当 时必有 。 即 。 由 得 。
充分性: 若 ,由(1)知当 时, 当且仅当 时等号成立。 这说明对一切 都有 ,又 ,故对一切正整数 均有 。 此时: 因为 ,所以 ,又 , 所以 ,即 对一切正整数 恒成立。 综上所述,对一切正整数 , 的充要条件是 。
(3) 证明与求解: 将 代入分式中化简: 两边取以 10 为底的对数得: 当 时,。 所以数列 是以 为首项, 为公比的等比数列。
由此可得数列 的通项公式为 。 根据 的定义有: 去分母变形得: 由于 ,解得 的通项公式为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:导数切线几何意义、双曲型一阶递推数列、利用同构手段(代数分式完全平方化)转化等比数列。
- 核心方法:
- 必要性证明常用的“特殊值法”(取 缩窄范围)。
- 证明等比数列的通用步骤 。
- 避坑指南:
- 易错点在第(3)问:在宣布一个数列是等比数列之前,必须计算并明确指出首项 ,否则在严谨的高考阅卷中会被扣除定义分。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题具有深厚的高等数学和计算数学背景,其原型是数值分析中求解方程实根的牛顿迭代法(Newton-Raphson method)。对于方程 ,其牛顿迭代递推式恰为 。第二问本质上是在论证该迭代法从不同初始值出发时的单调收敛性。
- 结论推广:对于任何形如 的分式递推数列,若设 ,均可通过平方同构变形证明 是公比为 的等比数列。
🔗【关联脉络】
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