本题导读
本题考查数列的递推公式与通项公式。核心在于代数法/方程思想、逻辑推理/反证法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2022年北京卷) 已知数列 的各项均为正数,其前 项和 满足 .给出下列四个结论:
① 的第 项小于 ;
② 为等比数列;
③ 为递减数列;
④ 中存在小于 的项.
其中所有正确结论的序号是 .
🔍【思路分析】
破题导航
本题需要对四个结论逐一进行真假判断:
对于①:直接利用基本关系式,分别令 和 ,解出 的具体数值进行大小比较即可。
对于②:利用 的关系式,由已知条件消去 ,得到相邻两项 与 的递推关系。若为等比数列,则比值应为常数,通过推导或反例举证发现矛盾。
对于③:在②的递推关系基础上,利用“数列各项均为正数”这一隐藏的放缩条件(即 ),可以直接证明 。
对于④:这是一个典型的“存在性”问题,通常考虑使用反证法。假设所有项都不小于 ,由此推导前 项和 的下界,当 足够大时,必然会导致 的矛盾。
✅【答案】
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①③④
✍【详细解析】
Abstract
判断①:
当 时,,代入已知条件 ,得 。
因为数列各项均为正数,所以 。
当 时,,代入已知条件得:
解这个一元二次方程,得 。
因为 ,所以取正根:。
由于 ,所以 ,从而 。
故①正确。
判断②:
由已知 ,得 。
当 时,。
利用数列前 项和与通项的核心关系 ,代入上式得:
变形得:
所以:。
若 为等比数列,则 必须为常数 。由上式可知,要想比值为常数,则要求 也必须是常数,即 是常数列。
但由①知 ,并不是常数列,产生矛盾。
故②错误。
判断③:
由判断②中的推导可知,当 时:
因为已知数列各项均为正数,即 ,所以有:
\frac{9}{a_n} - \frac{9}{a_{n-1}} > 0$$$$\implies \frac{9}{a_n} > \frac{9}{a_{n-1}}$$$$\implies \frac{1}{a_n} > \frac{1}{a_{n-1}}$$$$\implies a_n < a_{n-1}
这说明从第二项起,每一项都严格小于前一项,因此 为严格单调递减数列。
故③正确。
判断④:
假设 中不存在小于 的项,即对于任意的正整数 ,都有 。
那么,数列的前 项和 满足:
此时,对于 ,我们有:
只要我们取足够大的 (例如取 ),则:
这与已知条件 恒成立相矛盾!
故原假设不成立,数列 中必然存在小于 的项。
故④正确。
综上所述,正确的结论是:①③④。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
本题是一道非常优秀的数列综合题,逻辑链条紧密,层层递进。难度属于较难题。
考点归纳:
与 的转换法宝:在看到既有通项 又有前 项和 的关系式时,“简化处理”的第一选择始终是 。本题通过 成功将混合关系转化为只含 的纯递推式。
数列单调性的证明:证明 不一定要做差,利用已知等式 结合 的条件,可以巧妙地用不等式传递性完成证明,此为捷径。
反证法与阿基米德公理的结合:第④问是全题的精髓。对于“是否存在无限趋近于0的项”这种极限问题,高中阶段通常采用反证法。如果数列所有项都有一个大于 的下界(如 ),那么累加和 必然会发散到正无穷。再结合乘积为定值的条件,必然会在 足够大时“爆表”产生矛盾。这是处理高等数学中级数敛散性思想在高中数学的巧妙下放。
📖【试题探源与推广】
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试题探源:待补
结论推广:待补
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