本题导读
本题考查函数的基本性质。核心在于分类讨论法、构造不等式证明法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2013年上海卷(理)) 给定常数 ,定义函数 ,数列 满足 .
(1)若 ,求 及 ;
(2)求证:对任意 ,;
(3)是否存在 ,使得 成等差数列?若存在,求出所有这样的 ,若不存在,说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(基础运算):
- 直接代入 求 得到 ,再将 代入求 。注意根据 判断绝对值内的正负号。
- 第二问(增长性证明):
- 目标是证明 恒成立。
- 去绝对值:根据 与 及 的位置关系分区间讨论。
- 不等式性质:在每个区间上分别证明 。
- 第三问(等差数列存在性):
- 必要性分析:由(2)可知,若数列成等差数列,公差 。这意味着当 时,。
- 远端规律:当 足够大时(),。即数列在远端一定是公差为 的等差数列。
- 回归首项:要使整列成等差数列,公差必须恒为 。即需满足 。
- 分类讨论:代入 求解 ,并验证每种情况是否能保证后续项始终落在 的线性区间内。
✅【答案】
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情况 A:;情况 B:
✍【详细解析】
Abstract
(1)解: 因为 ,。 。 。 由于 ,故 。 。
(2)证明: 只需证明 对任意 都成立。 。
- 若 ,则 。可知 成立。
- 若 ,则等式右边为 。 不等式变为 (此处绝对值内为正),可知 成立。 综上, 恒成立。故对任意 ,。
(3)解: 若 为等差数列,由(2)知公差 。 故当 无限增大时, 最终会大于 。 当 时,。 即公差 。 要使整列成等差,必须有 ,即 。
- 情况 A: 此时 式左边为 ,恒成立。 此时 ,由上文分析可知 恒成立。 故 满足题意。
- 情况 B:
- 若 ,即 : 。 这属于情况 A 的边界,已包含。
- 若 ,即 : 。 此时需验证 是否满足。 此时 ,。 且 从 起均大于 ,公差保持 。满足题意。
综上所述,满足题意的 取值范围是 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:绝对值不等式的性质及分区讨论法;递推数列的长期行为分析(远端趋势)。
核心方法:“先局部后整体”。第三问中先通过 较大时的行为锁定唯一可能的公差,再回头约束首项。
避坑指南:- 第二问:不要只讨论三个区间,可以利用 的性质巧妙简化证明过程。 - 第三问:容易漏掉孤立点 。在处理绝对值方程时,必须在对应的区间前提下解方程。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:分段函数的连续性、数列的单调性与有界性。
结论推广:对于形如 的递推数列,若存在等差数列,其公差往往与 时的渐近斜率有关。
方法推广:“先局部后整体”。第三问中先通过 较大时的行为锁定唯一可能的公差,再回头约束首项。
🔗【关联脉络】
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