本题导读
本题考查非线性递推数列,以及数列的单调性与有界性证明。
📌【题干】
Question
(2023年北京卷)已知数列 满足 (),则( )
A. 当 时, 为递减数列,且存在常数 ,使得 恒成立
B. 当 时, 为递增数列,且存在常数 ,使得 恒成立
C. 当 时, 为递减数列,且存在常数 ,使得 恒成立
D. 当 时, 为递增数列,且存在常数 ,使得 恒成立
🔍【思路分析】
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构造辅助数列:令 ,则递推公式化为 。
分析函数特征:研究函数 与直线 的交点。解 得 。
当 时,,数列绝对值发散。
当 时,,数列绝对值趋向于 0(即 趋向于 6)。
当 时,数列为常数列。
逐项判定:
: 且为负,数列向 发散,无下界。
: 且为负,数列 负向减小(绝对值变小),故 递增趋向 6,有上界 6。
: 且为正,数列 正向减小,故 递减趋向 6,无大于 6 的下界。
: 且为正,数列向 发散,无上界。
✅【答案】
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B
✍【详细解析】
Abstract
令 ,则 。
数列的单调性由 决定。
对于 A 选项:
若 ,则 。
由于 ,则 。
易证 递减且 。
因此 递减且无下界。不存在 使得 恒成立。故 A 错误。
对于 B 选项:
若 ,则 。
由于 ,根据 可知:
恒成立(用数学归纳法易证)。
此时 ,
因为 ,所以 , 为递增数列。
则 为递增数列,且 。
取 ,满足 恒成立。故 B 正确。
对于 C 选项:
若 ,则 。
由于 ,同理可证 且 为递减数列。
趋向于 0,即 趋向于 6。
由于 无限接近 6,不存在常数 使得 恒成立(根据极限定义,总会有项小于任何大于 6 的常数)。故 C 错误。
对于 D 选项:
若 ,则 。
由于 ,则 。
递增且 。
因此 递增且无上界。故 D 错误。
故选:B.
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:非线性高阶迭代递推数列的空间映射规律、通过作差因式分解判定数列单调变动趋势、发散与收敛状态下数列有界性边界的精确控制。
- 核心方法:不动点中心平移变换法、单峰区间符号代数判定法。
- 避坑指南:
- 深陷代数展开泥潭:本题若直接针对 强行做多项式展开,会产生高阶非对称的多项式,在考场极有限时间内极易算崩。应敏锐捕捉到两侧的“”,通过平移变量换元,是打通本题运算能力的核心关键。
- 混淆“上界边界”与“极限值”的开放性(最易错选 C):C 选项极具欺骗性。虽然 确实单调递减,且对任意项都有 。但是题目要求的是“存在常数 ”。由极限思维, 可以做到 ,从而超越并击穿任何大于 6 的固定边界。理解“有界”不等式中临界点的开闭状态是避开压轴题陷阱的高级素养。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 本题具有纯正、深刻的高等数学拓扑动力系统(Topological Dynamical Systems)与一维非线性映射离散迭代背景,在工程及经济数学中同样作为蛛网模型(Cobweb model)的经典骨架出现。其代数迭代过程本质是考查立方迭代映射 的不动点稳定性(Stability of Fixed Points)。
在高等数学中,满足 的点称为不动点,而满足 的点称为稳定吸引子(Attractor)。本题通过平移后的 ,其导数 。在稳定点 处, ,因原点是强吸引点,导致落在 内部的轨迹(如 B、C 选项)全部向其收缩;而在边界点 处, ,成为排斥子(Repeller),导致落在外部的轨迹(如 A、D 选项)彻底发散。
- 结论推广: 对于更为通用的高阶非线性分式或多项式递推数列 。 通过平移代换 ,其核心动力学分界点(临界常数列边界)恒满足方程 的根:
- 当初始偏差 时,数列表现为向中心常数 向心收敛,数列必有界;
- 当初始偏差 时,数列表现为背离中心常数 离心发散,数列必无界。 该推广结论揭示了非线性迭代体系中,物理轨道由内部吸引向外部排斥发生相变、导致数列发散或收敛的刚性数学机理。
🔗【关联脉络】
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