本题导读
本题是 2015 年广东理科数学的压轴大题,是一道极具综合性的数列与导数结合题。前两问侧重于基础的通项公式求解与求和(涉及错位相减),第三问则要求学生具备高超的放缩技巧与函数构造能力,通过调和级数与对数函数的关联实现不等式的证明。
📌【题干】
Question
(2015年广东卷(理)) 数列 满足 ,.
(1) 求 的值;
(2) 求数列 的前 项和 ;
(3) 令 ,(),证明:数列 的前 项和 满足 .
🔍【思路分析】
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- 第一问:直接代入 逐步求出 进而得到 。
- 第二问:利用“”思想处理已知式,求出 的通项。经检验发现 为等比数列,利用等比数列求和公式得出 。
- 第三问:
- 化简 :代入 和 ,通过代数变形简化项的表达。
- 放缩求和:由于 包含调和级数项 ,直接求和困难,需进行合理放缩。
- 构造函数证明:将数列求和后的余项与对数函数 进行对比,通过构造导数函数 证明 ,从而完成证明。
✅【答案】
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综上所述, 成立
✍【详细解析】
Abstract
(1) 解: 当 时,。 当 时,,解得 。 当 时,,解得 ,故 。
(2) 解: 由题意,记 。 当 时,。 所以 。 又 符合上式,故 ()。 易知 是首项为 1,公比为 的等比数列。 。
(3) 证明: 当 时,。 分析 : 当 时,,成立。 当 时,由于 ,且 项极小。 进行放缩:当 时,(参考解析图中的组合项放缩)。 通过错位相减法求得部分和 。 累计求和得 。 要证 ,只需证 。 构造函数 ()。 。 当 时,, 单调递减。 (因为 )。 所以 恒成立,即 。 综上所述, 成立。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心技巧:由 求 时,必须验证 是否符合。
- 计算难点:第三问的 结构极为复杂,直接求和几乎不可能,必须通过观察各项的量级进行有效放缩。
- 避坑指南:证明 时,构造函数后一定要检查初始值(如 )是否小于 0。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 结论推广: 调和级数 与 的关系满足 。
- 方法推广:
- 错位相减法:处理“等差 等比”数列求和的标准流程。
- 相关知识点:
- **欧拉常数**:$\gamma = \lim_{n \to \infty} (H_n - \ln n) \approx 0.577$。
🔗【关联脉络】
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