等差数列判定和证明(精选14篇)
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1.在四边形ABCD中,O是对角线的交点,下列条件中,不能判定四边形ABCD是平行四边形的是()A.AD∥BC, AD=BCB.AB=DC,AD=BC C.AB∥DC,AD=BC
D.OA=OC,OD=OB
2.如图,在平行四边形ABCD中,AD5,AB3,AE平分∠BAD交BC边于点E,则线段BE,EC的长度分别为()A.2和
3B.3和
2C.4和
1D.1和
4E 3.如图,在平行四边形ABCD中,AC,BD相交于点O.下列结论中正确的个数有()结论:①OAOC,②BADBCD,③ACBD,④BADABC180.
A
D.4个
第3题图
A.1个B.2个C.3个
4.能够判别一个四边形是平行四边形的条件是()
A.一组对角相等B.两条对角线互相垂直且相等C.两组对边分别相等D.一组对边平行 5.下列条件中不能确定四边形ABCD是平行四边形的是()
A.AB=CD,AD∥BCB.AB=CD,AB∥CDC.AB∥CD,AD∥BCD.AB=CD,AD=BC 6.一个四边形的三个内角的度数依次如下选项,其中是平行四边形的是()
A.88°,108°,88°B.88°,104°,108°C.88°,92°,92°D.88°,92°,88° 7.四边形ABCD中,AD∥BC,要判别四边形ABCD是平行四边形,还需满足条件()
A.∠A+∠C=180°B.∠B+∠D=180°C.∠A+∠B=180°D.∠A+∠D=180° 8.以不在一条直线上的三点A、B、C为顶点的平行四边形共有()
A.1个B.2个C.3个D.4个
二、填空题
5.如图,四边形ABCD中,AB∥CD,要使四边形ABCD为平行四边形,则应添加的条件是
(添加一个条件即可)
6.在四边形ABCD中,AB=CD,AD=BC,∠B=50,则∠A=_______,∠D=_________。7.如图,平行四边形ABCD中,AC、BD相交于点O,已知AB=8cm,BC=6cm,△AOB的周长为18cm,那么△AOD的周长为__________。
如图2,BD是ABCD的对角线,AE⊥BD于E,CF⊥BD于F,求证:四边形AECF
为平行四边形.
D
第5题图
C
C
A第7题图
9.如图:平行四边形ABCD的对角线AC、BD相交于点O,MN过点O与AB、CD
相交于M、N,你认为OM、ON有什么关系?为什么?
10.如图,△ABC中,BD平分∠ABC,DE∥BC交AB于点E,EF∥AC交BC于F,试说明
BE=CF。
A
12.如图,D、E是△ABC的边AB和AC中点,延长DE到F,使EF=DE,连结CF.四边形BCFD是平行四边形吗?为什么?
13.如图,□ABCD的对角线AC、BD交于O,EF过点O交AD于E,交BC于F,G是OA的中点,H是OC的中点,四边形EGFH是平行四边形,说明理由
.三、如图3,田村有一口呈四边形的池塘,在它的四个角A、B、C、D处均种有一棵大核桃树.田村准备开挖池塘建养鱼池,想使池塘面积扩大一倍,又想保持核桃树不动,并要求扩建后的池塘成平行四边形的形状,请问田村能否实现这一设想?
直线和圆的三种位置关系
由图易知: (1) 当d>r时⇔直线与圆没有交点⇔直线与圆相离;
(2) 当d=r时⇔直线与圆有一个交点⇔直线与圆相切;
(3) 当d<r时⇔直线与圆有两个交点⇔直线与圆相交.
这两种判定直线与圆的位置关系的方法中, 第一种是数据法, 第二种是图形法, 用数据与图形这种“数形结合”的方法判断直线与圆位置关系, 从数学概念理解上较好地体现了“数学结合”的数学思想, 二者相辅相成.但“数”与“形”的两种定义之间有联系吗?当d=r时, 直线与圆确实只有一个交点吗?如何证明?
课本上对此没有详细证明, 在常规学习中, 这“数”、“形”二定义的渊源也不断被忽略, 二者之间真的没有沟通点吗? 如果只是画图证明, 不严谨;如果单凭感觉, 不能说明问题, 我们应该怎么证明“当d=r时, 直线与圆相切”这样一个命题 (及其逆命题) 呢?为了挖掘概念学习之源, 笔者给出以下两个命题的证明, 以帮助同学们深入理解两种方法的相通之处, 并培养严谨的数学学习习惯.
命题1 如果圆心O到直线l的距离d=半径r, 那么直线l是圆O的切线.
已知:如图2, ⊙O中, OP⊥直线l, 垂足为点P, 且OP=圆半径r .
求证:直线l是圆O的切线.
证明:∵OP⊥直线l, 垂足为点P,
∴线段OP表示点O到直线的距离.
根据点到直线的距离定义“直线外一点与直线上各点相连所得的线段中, 垂线段最短”可以得到以下结论:
若在直线l上另取任意一点Q, 则QO>OP.
∵OP=圆半径r,
∴点P是圆上的点.
∵QO>OP (即OQ>r) ,
∴根据点和圆的位置关系即知, 点Q在圆O外.
由Q点的任意性可知, 直线l上除P点外的所有点, 都在圆O外, 此时, 只有点P在圆上, 即直线与圆只有一个交点P, ∴直线和圆相切.命题得证.
说明:命题1即圆的切线判定定理——经过半径的外端并且垂直于这条半径的直线是圆的切线.
命题2 如果直线l是圆O的切线, 那么圆心O到直线的距离d=半径r.
已知:如图3, 直线l是圆O的切线, 且过点O的线段OP⊥直线l, 垂足为点P,
求证:OP=半径r.
证明: (以下用反证法证明直线与圆只有点P一个交点)
假设直线与圆的交点是点Q, 连接OQ, 则OQ=r, 此时点Q在圆上.
∵直线l与圆O相切,
∴直线l与圆O只有且只有一个交点, 即点Q.
∵OP⊥直线l, 垂足为P,
∴在直线l上的所有点与点O的连线中, OP最短,
则 OP<OQ, ∴OP<半径r.
∴直线l与圆O相交, 则直线l与圆O有两个交点, 与假设矛盾.
因此直线l与⊙O的唯一交点是点P.
∴点P既在圆上, 又在直线上.
∴OP=半径r, 命题得证.
说明:命题2即圆的切线的性质定理——圆的切线垂直于经过切点的半径.
通过研究各类试题,笔者发现,伪等比数列法亦是数列不等式证明的一种有效方法.本文结合各类试题,谈谈“伪等比数列法”及其应用.1“伪等比数列法”相关结论
对于正项数列{an},若an+1an>q(或an+1an≥q或an+1an 结论对于正项数列{an},有 (1)若an+1an>q(n∈N*),则an>a1·qn-1(n≥2,n∈N*)成立;(2)若an+1an≥q(n∈N*),则an≥a1·qn-1(n∈N*)成立; (3)若an+1an (2)(3)(4)类似可证.2应用于高考试题 例1(2014年新课标全国Ⅱ理17)已知数列{an}满足a1=1,an+1=3an+1. (1)证明{an+12}是等比数列,并求{an}的通项公式; (2)证明:1a1+1a2+…+1an<32. 证明(1)an=3n-12(过程略). (2)当n=1时,所证不等式显然成立(下文同,不再重复); 当n≥2时,由an+1=3an+1,a1=1,得an+1>3an>0,所以1an+1<13·1an,则1an<(13)n-1(n≥2), 所以1a1+1a2+…+1an<1+13+…+13n-1=1-(13)n1-13=32[1-(13)n]<32. 例2(2012年全国高考广东理19)设数列{an}的前n项和为Sn,满足2Sn=an+1-2n+1+1,n∈N*,且a1、a2+5、a3成等差数列. (1)求a1的值;(2)求数列{an}的通项公式; (3)证明:对一切正整数n,有1a1+1a2+…+1an<32. 解(1)a1=1(过程略). (2)由2Sn=an+1-2n+1+1,可得2Sn-1=an-2n+1(n≥2), 两式相减,可得2an=an+1-an-2n,即an+1=3an+2n,即an+1+2n+1=3(an+2n), 所以数列{an+2n}(n≥2)是以a2+4为首项,3为公比的等比数列. 由2a1=a2-3,可得a2=5,所以an+2n=9×3n-2,即an=3n-2n(n≥2), 当n=1时,a1=1,也满足上式,所以数列{an}的通项公式是an=3n-2n. (3)由(2)知an+1=3an+2n,an>0,所以1an+1=13an+2n<13·1an,则1an<(13)n-1(n≥2), 所以1a1+1a2+…+1an<1+13+…+13n-1<32(1-13n)<32. 例3(2008年全国高考安徽理21)设数列{an}满足:a1=0,an+1=ca3n+1-c,n∈N*,其中c为实数. (1)证明:an∈[0,1]对任意n∈N*成立的充分必要条件是c∈[0,1]; (2)设0 (3)略. 证明(1)(略). (2)设0 当n≥2时,因为an=ca3n-1+1-c,所以1-an=c(1-an-1)(1+an-1+a2n-1), 因为0 所以1-an≤3c(1-an-1),1-an≤(1-a1)·(3c)n-1=(3c)n-1,所以an≥1-(3c)n-1(n∈N*). 例4(2006年全国高考浙江理20)已知函数f(x)=x3+x2,数列{xn}(xn>0)的第一项x1=1,以后各项按如下方式取定:曲线y=f(x)在(xn+1,f(xn+1))处的切线与经过(0,0)和(xn,f(xn))两点的直线平行(如图).求证:当n∈N*时: (1)x2n+xn=3x2n+1+2xn+1; (2)12n-1≤xn≤12n-2. 证明(1)略. (2)因为函数h(x)=x2+x当x>0时单调递增, 而x2n+xn=3x2n+1+2xn+1≤4x2n+1+2xn+1=(2xn+1)2+2xn+1,所以xn≤2xn+1,即xn+1xn≥12, 因此xn≥(12)n-1,又因为x2n+xn=3x2n+1+2xn+1≥2(x2n+1+xn+1),则x2n+1+xn+1x2n+xn<12, 所以x2n+xn≤(x21+x1)(12)n-1=(12)n-2,所以xn≤x2n+xn≤(12)n-2. 故(12)n-1≤xn≤(12)n-2.3应用于自主招生试题 例5(2013年“卓越联盟”自主招生试题) 证明(1)由an+1an>q,得an=anan-1·an-1an-2·…·a3a2·a2a1·a1>a1·qn-1(n≥2).
已知数列{an}中,a1=3,an+1=a2n-nan+α,n∈N*,α∈R.
(1)若an≥2n对n∈N*都成立,求α的取值范围;
(2)当α=-2时,证明1a1-2+1a2-2+…+1an-2<2(n∈N*).
解(1)α的取值范围是[-2,+∞)(过程略).
(2)由(1)知,当α=-2时,an≥2n(n∈N*).
所以n≥2时,an+1-2=a2n-nan-4=an(an-n)-4≥nan-4≥2(an-2)>0,
所以1an+1-2≤12·1an-2,从而n≥2时,1an-2≤1a1-2·12n-1=12n-1.
所以1a1-2+1a2-2+…+1an-2≤1+12+122+…+12n-1=2-12n-1<2.4应用于竞赛试题
例6(2013年首届“学数学”奥林匹克试题)设数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=2n-an(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)若数列{bn}满足bn=2n-1an,求证:1b1+1b2+…+1bn<53.
解(1)an=2-12n-1(过程略).
(2)由(1)知,bn=2n-1an=2n-1.
所以bn+1=2n+1-1=2(2n-12)>2(2n-1)=2bn,
所以当n≥3时,bn>b2·2n-2=3×2n-2,所以1bn<13·(12)n-2(n≥3).
所以1b1+1b2+…+1bn<1+13+13(12+122+…+12n-2)=43+13(1-12n-2)=53-13·12n-2<53.
例7(2012年全国高中数学联赛辽宁省预赛)
设递增数列{an}满足a1=1,4an+1=5an+9a2n+16,n∈N*.
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)证明:1a1+1a2+…+1an<2.
解(1)an=23(2n-12n)(过程略).
(2)易知,n≥2时,an+1=23(2n+1-12n+1)=43(2n-12n+2)>43(2n-12n)=2an.
所以an>a1·2n-1,1an<1a1·(12)n-1=(12)n-1(n≥2).
所以1a1+1a2+…+1an<1+12+122+…+12n-1=2(1-12n)<2.5应用于模考试题
例8(2014年安徽省“合肥三模”试题)
已知数列{an},a1=1,an+1=an+1+p1-pa2n(n∈N*,p∈R,p≠1).
(1)求数列{an}为单调递增数列的充要条件;
(2)当p=13时,令bn=11+2an,数列{bn}的前n项和为Sn,求证:12-15n 解(1)数列{an}为单调递增数列的充要条件为-1 (2)当p=13时,an+1=an+2a2n(n∈N*),所以an+1an=1+2an, 所以bn=11+2an=anan+1=2a2n2anan+1=an+1-an2anan+1=12(1an-1an+1), 所以Sn=12[(1a1-1a2)+(1a2-1a3)+…+(1an-1an+1)]=12-12an+1. 由(1)知{an}为单调递增数列,a1=1,所以an+1>0,所以Sn<12. 又an+1-an=(an+2a2n)-(an-1+2a2n-1)=(an-an-1)(1+2an+2an-1)>5(an-an-1), 所以an+1-an>(a2-a1)·5n-1=2×5n-1(n≥2),而a2-a1=2×50, 所以an+1>(an+1-an)+(an-an-1)+…+(a2-a1)+a1>2(5n-1+5n-2+…+50)+1 =2×1-5n1-5+1=5n+12>12×5n. 所以-1an+1>-25n,所以Sn=12-12an+1>12+12(-25n)=12-15n. 综上所述,12-15n 最大数加最小数除以二即 /2=a1+(n-1)d/2 {an}的平均数为 Sn/n=/n=a1+(n-1)d/2 得证 1三个数abc成等差数列,则c-b=b-a c^2(a+b)-b^2(c+a)=(c-b)(ac+bc+ab) b^2(c+a)-a^2(b+c)=(b-a)(ac+bc+ab) 因c-b=b-a,则(c-b)(ac+bc+ab)=(b-a)(ac+bc+ab) 即c^2(a+b)-b^2(c+a)=b^2(c+a)-a^2(b+c) 所以a^2(b+c),b^2(c+a),c^2(a+b)成等差数列 等差:an-(an-1)=常数(n≥2) 等比:an/(an-1=常数(n≥2) 等差:an-(an-1)=d或2an=(an-1)+(an+1),(n≥2) 等比:an/(an-1)=q或an平方=(an-1)*(an+1)(n≥2).2 我们推测数列{an}的通项公式为an=5n-4 下面用数学规纳法来证明: 1)容易验证a1=5*1-4=4,a2=5*2-4=6,a3=5*3-4=11,推测均成立 2)假设当n≤k时,推测是成立的,即有aj=5(j-1)-4,(j≤k) 则Sk=a1+a2+…ak=5*(1+2+…+k)-4k=5k(k+1)/2-4k=k(5k-3)/2 于是S(k+1)=a(k+1)+Sk 而由题意知:(5k-8)S(k+1)-(5k+2)Sk=-20k-8 即:(5k-8)*-(5k+2)Sk=-20k-8 所以(5k-8)a(k+1)-10Sk=-20k-8 即:(5k-8)a(k+1)=5k(5k-3)-20k-8=25k^2-35k-8=(5k-8)(5k+1) 所以a(k+1)=5k+1=5(k+1)-4 即知n=k+1时,推测仍成立。 在新的数列中 An=S =a(4n-4)+a(4n-3)+a(4n-2)+a(4n-1)+a(4n) A(n-1)=S =a(4n-8)+a(4n-7)+a(4n-6)+a(4n-5)+a(4n-4) An-A(n-1)=a(4n-4)+a(4n-3)+a(4n-2)+a(4n-1)+a(4n)-a(4n-8)+a(4n-7)+a(4n-6)+a(4n-5)+a(4n-4) =4d+4d+4d+4d+4d =20d(d为原数列公差) 20d为常数,所以新数列为等差数列上,an=5n-4即为数列的通项公式,故它为一等差数列。 A(n+1)-2An=2(An-2An-1)A(n+1)-2An=3*2^(n-1)两边同时除2^(n+1)得-An/2^n=3/4即{An/2^n}的公差为3/4An除以2的n次方为首项为1/2公差为3/4的等差数列 那么你就设直角三角形地三条边为a,a+b,a+2b 于是它是直角三角形得到 a²+(a+b)²=(a+2b)² 所以a²+a²+2ab+b²=a²+4ab+4b² 化简得a²=2ab+3b² 两边同时除以b² 解得a/b=3即a=3b 所以三边可以写为3b,3b+b。3b+2b 所以三边之比为3:4:5 设等差数列an=a1+(n-1)d 最大数加最小数除以二即 /2=a1+(n-1)d/2 {an}的平均数为 Sn/n=/n=a1+(n-1)d/2 1.已知数列{a}中,anan15且2an12n1(n2且nN*).an1(Ⅰ)证明:数列2n为等差数列;(Ⅱ)求数列{an}的前n 项和S.n 2.已知数列{a}中,an12且an1an2n30(n2且nN*).证明:数列an2n为等差数列; 3.已知数列{a}中,an14且2an1an2n50(n2且nN*).证明:数列an2n1为等比数列; 4.数列{an}满足a12,a25,an23an12an.(1)求证:数列{an1an}是等比数列;(2)求数列{an}的通项公式; 5.已知各项均为正数的数列an前n项和为 1a且n是和S2Sn,首项为a1,n的等差中项.求数列a的通项公式; n 6.已知数列{an}的前n项和为Sn,且对任意的n∈N*有an+Sn= n.(1)设bn=an-1,求证:数列{bn}是等比数列; 7.设数列an的各项都是正数,且对任意 nN*,都有 aaaaS 为数列的前n项和.3132333n2n,其中S n (I)求证: a2Snan; n (II)求数列an的通项公式; 8.数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,Sn+1=4an+2(n∈N*),a(1)设bn=an+1-2an,求证:{bn}是等比数列;(2).证明数列{n-2} 是等差数列 (3)设cn= 9.已知正项数列{an}的前n项和Sn满足 2Sn=an+1.求证:{an}是等差数列. 10.设数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,a{cn}是等比数列. 3n-1 Sn* an=2(n-1)(n∈N). n (1) 求证:数列{an}为等差数列,并求{an}的通项公式; (2)求数列{的前n项和Tn,an·an+1 11.设Sn是数列{an}(nN*)的前n项和,已知a14,an1Sn3n,设bnSn3n.(Ⅰ)证明:数列{bn}是等比数列,并求数列{bn}的通项公式;(Ⅱ)令cn 12.已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足a1,an+2SnSn1=0(n2). 问:数列{1是否为等差数列?并证明你的结论; Sn 2log2bn n 2,求数列{cn}的前n项和Tn.bn 13.已知等差数列{an}的公差大于0,且a3,a5是方程x214x450的两根,数列{bn}的前n项的和为Sn,且Sn= an·bn。求数列{an},{bn}的通项公式; 1bn (n∈N*),Cn= 14.已知数列{an}与{bn}满足 n1 3+-1 bn+1an+bnan+1=(-2)n+1,bn=n∈N*,且a1=2.- 设cn=a2n+1-a2n-1,n∈N*,证明{cn}是等比数列 15.已知在正项数列{an}中,a1=2,点An(an,an+1)在双曲线y-x=1上,数列{bn}中,点(bn,Tn)在直线y=-x+1上,其 中Tn是数列{bn}的前n项和. 求证:F为AB中点. 三角形重心 证明:根据燕尾定理,S△AOB=S△AOC,又S△AOB=S△BOC,∴S△AOC=S△BOC,再应用燕尾定理即得AF=BF,命题得证。 1、重心到顶点的距离与重心到对边中点的距离之比为2:1. 2、重心和三角形3个顶点组成的3个三角形面积相等。 3、重心到三角形3个顶点距离的平方和最小。 4、在平面直角坐标系中,重心的坐标是顶点坐标的算术平均,即其坐标为((X1+X2+X3)/3, (Y1+Y2+Y3)/3);空间直角坐标系——横坐标:(X1+X2+X3)/3 纵坐标:(Y1+Y2+Y3)/3 竖坐标(Z1+Z2+Z3)/3 5、重心和三角形3个顶点的连线的任意一条连线将三角形面积平分. 证明:刚才证明三线交一时已证。 解:∵a>0, ∴0 a/ (n-1) a+1而a1=a适合此式 故:a≤a/ (n-1) a+1得证 点评: (1) 抓住递推关系的结构特点, 构建特殊数列, 然后运用迭代法使问题得证。 (2) 数学归纳法也是证明不等式的一种重要方法, 此题不再证明。 例2.已知数列{an}对一切n∈N*都有an∈ (0, 1) , 且ana2n+1+2an+1-an=0 求证: (1) 2a2n+1 分析与简解:由于2an+1-an=-an a2n+1<0故2an+1 而要证明sn<2a1, 数学归纳法是不能直接进行传递的, 故需利用 (1) 的结论构建特殊数列。方法1:由建特殊数列。 方法2:由2an+1 方法3:数学归纳法 (1) 当n=1时, a1=s1<2a1成立 (2) 假设n=k时sk<2a1成立 ∴n=k+1时不等式成立 由 (1) (2) 不等式sn<2a1对一切正整数都成立 点评:已知中所给的递推关系较繁杂, 是无法直接构建特殊关系的, 第一问为下面问题的解答做了铺垫, 我们应敏锐地抓住这一特点, an+1<21an类似等比型, 可用迭代的方法达到an<12n-1a1的效果, 利于求和型的不等式证明。 例f (x) = (x≠1) , 设数列{an}满足a1=1, an+1=f (an) , 数列{bn}满足bn=|an- 3|, sn=b1+b2+···+bn 分析与简解:在例2、例3可知, 此题的关键在于要构建一个形如 的递推关系 三角形的重心,外心,垂心,内心和旁心称之为三角形的五心。三角形五心定理是指三角形重心定理,外心定理,垂心定理,内心定理,旁心定理的总称。 作∠B、∠C的角平分线于AC、AB交于F、D CD与BF交于I,连接AI交BC并延长至E 由塞瓦定理有: BF、CD为角平分线 由角平分线定理有: 菱形的中点四边形是矩形(对角线互相垂直的四边形的中点四边形定为菱形,对角线相等的四边形的中点四边形定为矩形。) 菱形是在平行四边形的前提下定义的,首先它是平行四边形,但它是特殊的平行四边形,特殊之处就是“有一组邻边相等”,因而就增加了一些特殊的性质和不同于平行四边形的判定方法。 菱形的面积计算:1.对角线乘积的一半。(只要是对角线互相垂直的四边形都可用);由把菱形分解成2个三角形,化简得出;2.底乘高;3.设菱形的边长为a,一个夹角为θ,则面积公式是:S=a^2·sinθ。 1、在同一平面内,一组邻边相等的平行四边形是菱形。 2、在同一平面内,对角线互相垂直的平行四边形是菱形。 3、在同一平面内,四条边均相等的四边形是菱形。 4、在同一平面内,对角线互相垂直平分的四边形是菱形。 5、在同一平面内,两条对角线分别平分每组对角的四边形是菱形。 6、在同一平面内,有一对角线平分一个内角的平行四边形是菱形。 菱形是在平行四边形的前提下定义的,首先它是平行四边形,而且是特殊的平行四边形,特殊之处就是“有一组邻边相等”,因而增加了一些特殊的性质和判定方法。 纵观近几年高考试题,我们不难发现很多省市都把数列不等式的证明作为压轴题.由于这类考题将数列与不等式有机地结合起来,因而它的证明既需要证明不等式的基本思路和方法,又要结合数列本身的结构特点,有着较强的技巧性,对学生的要求较高,具有很高的区分度.本文结合近几年的一些高考试题谈谈数列不等式的证明方法. 1 利用两个简单等式证明数列不等式 对于任意数列{an},当n≥2时总有 运用上述两个结论,不仅能推导等差、等比数列的通项公式,而且结合具体条件运用它还能得到一些与通项相关的不等式,进而证明一些数列不等式. 例1 (2005年高考湖北卷)已知不等式 证明 因为当n≥2时, 所以 即 例2 (2007年高考四川卷)已知函数f(x)=x2-4,设曲线y=f(x)在点(xn,f(xn))处的切线与x轴的交点为(xn+1,0)(n∈N*),其中x1为正实数. (Ⅰ)用xn表示xn+1; Ⅱ)若x1=4,记 (Ⅲ)若x1=4,bn=xn-2,Tn是数列{bn}的前n项和,证明Tn<3. 解 (Ⅰ),(Ⅱ)略. (Ⅲ)由(Ⅰ),(Ⅱ)知 当n=1时,显然T1=b1=2<3. 当n≥2时, 综上所述,Tn<3(n∈N*). 评注 类比数列递推公式,充分利用已知的递推不等式和两个简单等式(1),(2)可得到与数列通项相关的不等式,如 2 利用裂项法证明数列不等式 例3 (2006年高考全国卷Ⅰ)设数列{an}的前n项的和 (Ⅰ)求首项a1与通项an; (Ⅱ)设 解 (Ⅰ)首项a1=2,通项an=4n-2n,n∈N*. (Ⅱ)将an=4n-2n代入 所以 评注 要充分利用数列通项本身的特征将通项变成“连续差”的形式,将和式化简求出,后面就水到渠成了. 3 利用函数性质证明数列不等式 例4 (2007年高考山东卷)设函数f(x)=x2+bln(x+1),其中b≠0.证明对任意的正整数n,不等式 证明 当b=-1时,函数f(x)=x2-ln(x+1). 令函数h(x)=x3-f(x)=x3-x2+ln(x+1), 则 当x∈[0,+∞)时,f′(x)>0,所以函数h(x)在[0,+∞)上单调递增. 又h(0)=0,故x∈(0,+∞)时,恒有h(x)>h(0)=0,即x3>x2-ln(x+1)恒成立. 故当x∈(0,+∞)时,有ln(x+1)>x2-x3. 对任意正整数n取 例5 (2007高考重庆卷)已知各项均为正数的数列{an}的前n项和Sn满足S1>1,且6Sn=(an+1)(an+2),n∈N*. (Ⅰ)求{an}的通项公式; (Ⅱ)设数列{bn}满足an(2bn-1)=1,并记Tn为{bn}的前n项和,求证:3Tn+1>log2(an+3),n∈N*. 解 (Ⅰ)a1=2,an=3n-1.(解略) (Ⅱ)由an(2bn-1)=1可解得 令 由于 特别地, 3Tn+1-log2(an+3)=log2f(n)>0. 即 3Tn+1>log2(an+3). 评注 利用函数的性质证明数列不等式往往先要结合结论构造函数,再利用其单调性、奇偶性、周期性等性质来证明.其中函数的单调性应用较多,经常也要用到导数法、比较法等来判断其单调性. 5 利用放缩法证明数列不等式 以下用放缩法证明例5. 证明 由二项式定理知,当c>0时,不等式(1+c)3>1+3c成立.由此不等式有 即原不等式成立. 评注 放缩法是证明不等式中一种常用方法,也是一种很重要的方法,在证明过程中适当放缩往往可以事半功倍.但放缩的度往往不容易把握,在放缩过程中要牢牢抓住放缩的目标(结论),再充分利用数列通项本身的特点(条件),不断尝试方能成功. 6 数学归纳法证明数列不等式 以下再用数学归纳法证明例5. 因此3T1+1>log2(a1+3),结论成立. 假设结论当n=k(k∈N*)时成立,即 3Tk+1>log2(ak+3), 则当n=k+1时, 因为 (3k+3)3-(3k+5)(3k+2)2=9k+7>0, 故 从而3Tk+1+1>log2(ak+1+3). 这就是说,当n=k+1时结论也成立. 综上所述,3Tn+1>log2(an+3)对任何n∈N*成立. 评注 由于数列问题与自然数密切相关,因而有效的利用数学归纳法是一种基本方法.但在证题时步骤要完整,一定要充分利用假设,如何构造和利用假设往往是关键. 这里例5我们运用了3种不同的证明方法,这也反映了这类题型的一种命题趋势,它往往一题多解,给考生更广阔的思维空间. 等差、等比数列的判定与证明 【例2】已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足:an-2SnSn-1=0(n≥2,n∈ 11N+,Sn≠0),a1=2,判断S与{an}是否为等差数列,并说明你的理由. n [审题导引] 因为已知关系式中包含an,Sn,Sn-1,所以应根据an与Sn的关系式:an=Sn-Sn-1(n≥2)将已知条件转化为关于Sn与Sn-1之间的关系,从而判1断S是否为等差数列,并求出nSn的表达式,然后求出数列{an}的通项公式,并判断其是否为等差数列. [规范解答] 因为an=Sn-Sn-1(n≥2),所以由an-2SnSn-1=0,可得Sn-Sn-1-2SnSn-1=0(n≥2),111所以-S=2(n≥2),又因为S1=a1=2 Sn-1n 1所以S是以2为首项,2为公差的等差数列. n 11所以S2+(n-1)×2=2n,故Sn=2nn 11所以当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n- 2n-1 -1=,2nn-1 -1所以an+1= 2nn+1 -1-1而an+1-an=2nn+12nn-1 1-111-=2nn+1n-1=nn-1n+1 所以当n≥2时,an+1-an的值不是一个与n无关的常数,故数列{an}不是一个等差数列. 1综上,S是等差数列,{an}不是等差数列. n 【规律总结】 判断数列是否为等差(比)数列的方法 在判断一个数列是否为等差(比)数列时,应该根据已知条件灵活选用不同的an+1,方法,一般是先建立an+1与an的关系式或递推关系式,表示出an+1-an或an 然后验证其是否为一个与n无关的常数.另外,常数列{an}的通项公式an=a,它是一个首项a1=a,公差d=0的等差数列,若a≠0,则该数列也是一个首项a1=a,公比q=1的等比数列.如果一个数列中包含有0的项,那么这个数列一定不是等比数列. 【变式训练】 3.(2012·西安模拟)已知数列{an}满足:a1=2,an+1=2an+2.(1)求证:数列{an+2}是等比数列(要求指出首项与公比); (2)求数列{an}的前n项和Sn.解析(1)证明 由an+1=2an+2,得an+1+2=2an+4,an+1+2即an+1+2=2(an+2),即2(n∈N+),an+2 又由a1=2得a1+2=4,所以数列{an+2}是以4为首项,以2为公比的等比数列. (2)由(1)知an+2=4·2n-1=2n+1,所以an=2n+1-2,所以Sn=22+23+…+2n+1-2n 221-2n=-2n=2n+2-2n-4.1-2 【押题2】在数列{an}中,a1=1,an+1=2an+2n.(1)设bn=an{bn}是等差数列; 2-(2)求数列{an}的前n项和Sn.解析(1)证明 由已知an+1=2an+2n,得 an+12an+2nanbn+1=2=2=-+1=bn+1.2 又b1=a1=1,因此{bn}是首项为1,公差为1的等差数列. (2)由(1)知a-2n1,-=n,即an=n·2 Sn=1+2×21+3×22+…+n×2n-1,两边乘以2得 2Sn=2+2×22+3×23+…+n×2n,两式相减得 过C作AB的平行线交DE的延长线于G点。 ∵CG∥AD ∴∠A=∠ACG∵∠AED=∠CEG、AE=CE、∠A=∠ACG(用大括号) ∴△ADE≌△CGE (A.S.A) ∴AD=CG(全等三角形对应边相等) ∵D为AB中点 ∴AD=BD ∴BD=CG 又∵BD∥CG ∴BCGD是平行四边形(一组对边平行且相等的四边形是平行四边形) ∴DG∥BC且DG=BC 一、构造组合数证明数列恒等式 有些等式中含有多个连续自然数的乘积, 若能把等式的各项用组合数表示, 就可以用组合数求和的方法求解. 评注:本题的常规解法是数学归纳法.但是我们如果将左边每项的三个因子 (三个连续整数) 作为组合数的三项, 就可以借助组合数的运算性质快速解题.这样的证法突破定势, 具有奇异美, 对训练思维的灵活性、广阔性大有裨益. 二、构造常数列证明数列恒等式 在数列的恒等式证明中, 利用等式左边和右边相等关系构造出常数列, 然后利用常数列的特性, 便有如下解法: 例2:求证: (n+1) (n+2) … (n+n) =2n·1·3… (2n-1) (n∈N*) . 所以{an}为常数数列, 且an=a1=1 即: (n+1) (n+2) … (n+n) =2n·1·3… (2n-1) (n∈N*) 评注:对于与自然数有关的恒成立问题, 可设待证等式两边的差为an, 然后证明an+1-an=0, 得到{an}是首项a1=0的常数列, 从而有an=0或设待证等式两边的商为an, 然后证明an+1/an=1 (an≠0) , 得到{an}是首项a1=1的常数列 , 从而有an=1, 则等式左边等于右边对任意的自然数恒成立, 命题得证.从而使解题过程大大简化, 起到事半功倍的作用. 三、构造函数证明数列的单调性 在求解某些数列问题时, 根据题目的条件, 构想组合一种新的函数关系, 使问题在新的观念下转化并利用函数的有关性质解决原问题. 例3:对任意的n, 设an是方程x3+x/n=1的实数根, 求证an+1>an. 下面求导数研究其单调性. 所以可得随着增大而增大, 则随单调递增, 故an+1>an. 评注: (1) 构造函数证数列问题是一种创造性的思维过程, 具有较强的灵活性和技巧性.在运用过程中, 应有目的、有意识地进行构造, 始终“盯住”要证、要解的目标. (2) 导数是解决函数问题的强有力工具.数列是特殊的函数, 因而可以将数列嵌入到一个可导函数中, 利用函数的性质研究数列的单调性. 四、构造方程证明数列不等式 方程是中学数学的重要内容之一, 与数、式、函数等诸多知识密切相关.根据问题条件中的数量关系和结构特征, 构造出一个新的方程, 然后依据方程的理论, 往往能使问题在新的关系下得以转化而获解. 例4:若{an}是由正数组成的等比数列 , Sn是它的前n项的和, 证明:Sn·Sn+2<S2n+1. 解析:把结论化为4Sn·Sn+2< (2Sn+1) 2, 其结构形式很类似一元二次方程的判别式b2-4ac, 因此可以尝试构造一元二次方程解决. 构造一元二次方程Snx2+2Sn+1x+Sn+2=0, ① ∵Sn是正项数列前n项的和, 故Sn>0, 欲证SnSn+2<S2n+1, 只需 (2Sn+1) 2-4SnSn+2>0 (*) , 为此只需证明方程①有两个不等实根即可. (I) 当q=1时, 不妨令a1=1, 则①为nx2+2 (n+1) x+ (n+2) =0, ② 即[nx+ (n+2) ] (x+1) =0, 可见方程②有两个不同实根, 即①有两个异实根, 则 (*) 成立; (II) 当q≠1时, 方程①即为 (1-qn) x2+2 (1-qn+1) x+ (1-qn+2) =0, 即 (x+1) 2-qn (x+q) 2=0, 显然它也有两个异实根, 故 (*) 成立. 综上, Sn·Sn+2<S2n+1成立. 评注: 对于较复杂的问题, 需要根据条件进行框架的设计.为了运用判别式证明不等式, 要构思一个“一元二次方程”框架, 使Sn, Sn+1, Sn+2以其系数或常数项的面目出现, 再由△≥0得到不等式. 综上可知, 构造法体现了数学发现的思维特点, “构造”不是“胡思乱想”, 不是凭空“臆造”, 而是要以所掌握的知识为背景, 以具备的能力为基础, 以观察为先导, 以分析为武器, 通过仔细地观察、分析, 发现问题的各个环节及其中的联系, 从而为寻求解法创造条件.需要指出, 构造法并非是上述题型的唯一解法, 并且构造法也不只限于本文提到的几种.对于同一道题既可以有几种构造法, 又可以用其他方法求解, 应注意在学习研究的过程中培养学生的创造性思维, 使学生体会到知识间的内在联系和互相转化, 能创造性地构造解决问题的有利条件, 巧妙地解决问题, 从而获得学习的愉悦感和成功体验. 参考文献 [1]周昌炯.努力提高数学课堂教学中学生的智力参与程度.数学教学通讯, 2006 (1) . (Ⅰ)求数列an的通项公式; (Ⅱ)若数列bn满足4b114b214b314bn1(an1)bn,证明:bn是等差数列;(Ⅲ)证明:1112nN aa3an13 2分析:本例(1)通过把递推关系式转化成等比型的数列;第(2)关键在于找出连续三项间的关系;第(3)问关键在如何放缩。 解:(1)an12an1,an112(an1) 故数列{an1}是首项为2,公比为2的等比数列。 an12n,an2n 1(2)4b114b214b314bn1(an1)bn,4(b1b2bnn)2nbn 2(b1b2bn)2nnbn① 2(b1b2bnbn1)2(n1)(n1)bn1② ②—①得2bn12(n1)bn1nbn,即nbn2(n1)bn1③ (n1)bn12nbn2④ ④—③得2nbn1nbnnbn1,即2bn1bnbn1 所以数列{bn}是等差数列 11111(3) n1n1an21222an1 11111111111设S,则S()(S)a2a3an1a22a2a3ana22an1 21212S a2an13an1 3点评:数列中的不等式要用放缩来解决难度就较大了,而且不容易把握,对于这样的题要多探索,多角度的思考问题。 2.已知函数f(x)xln1x,数列an满足0a11,an1fan;数列bn满足b1,bn1(n1)bn, nN*.求证: (Ⅰ)0an1an1;1212 an2;(Ⅱ)an12 (Ⅲ)若a1则当n≥2时,bnann!.分析:第(1)问是和自然数有关的命题,可考虑用数学归纳法证明;第(2)问可利用函数的单调性;第(3)问进行放缩。 *解:(Ⅰ)先用数学归纳法证明0an1,nN.(1)当n=1时,由已知得结论成立;(2)假设当n=k时,结论成立,即0ak1.则当n=k+1时, 因为0 又f(x)在0,1上连续,所以f(0) ln(1x)x, 0 x2 0,知g(x)在(0,1)上增函数.由g(x)1x 又g(x)在0,1上连续,所以g(x)>g(0)=0.an2an2 fan>0,从而an1.因为0an1,所以gan0,即22 11n1b (Ⅲ)因为 b1,bn1(n1)bn,所以bn0,n1 ,222bn bbb1 所以bnnn12b1nn!————① ,bn1bn2b12 an2aaaaaaaaa,知:n1n,所以n=23n12n1 , 由(Ⅱ)an122an2a1a1a2an122, n≥2, 0an1an1.2 a1n2a121a1a2an1 a1 222222 由①② 两式可知: bnann!.因为a1 点评:本题是数列、超越函数、导数的学归纳法的知识交汇题,属于难题,复习时应引起注意。 3.已知数列an满足a1 (Ⅰ)求数列an的通项公式an;(Ⅱ)设bn an1 1(n2,nN).,ann 41an1 21an,求数列bn的前n项和Sn; (Ⅲ)设cnansin (2n1),数列cn的前n项和为Tn.求证:对任意的nN,2 Tn 4. 7 分析:本题所给的递推关系式是要分别“取倒”再转化成等比型的数列,对数列中不等式的证明通常是放缩通项以利于求和。解:(Ⅰ)又 1211,(1)n(1)n(2(1)n1],anan1anan1 11n 1,数列(1)3是首项为3,公比为2的等比数列. a1an (1)n11nn1 .(1)3(2),即ann1an321 (Ⅱ)bn(32n11)294n162n11. 1(14n)1(12n)Sn96n34n62nn9. 1412(2n1) (1)n1,(Ⅲ)sin 2(1)n11 .cnn1nn1 3(2)(1)321 1111当n3时,则Tn 2n1 31321321321 n21 [1(1]1111111)23n11 47322813232111111147484[1()n2]. 286228684847 T1T2T3,对任意的nN,Tn. 7点评:本题利用转化思想将递推关系式转化成我们熟悉的结构求得数列an的通项 4.已知函数f(x)= 52x,设正项数列an满足a1=l,an1fan. 168x (1)写出a2、a3的值;(2)试比较an与的大小,并说明理由; 4n 51n (3)设数列bn满足bn=-an,记Sn=bi.证明:当n≥2时,Sn<(2-1). 44i 1分析:比较大小常用的办法是作差法,而求和式的不等式常用的办法是放缩法。 52an7 3解:(1)an1,因为a11,所以a2,a3.168an84(2)因为an0,an10,所以168an0,0an2.5 548(an)an 552an53, an1 4168an432(2an)22an 因为2an0,所以an1与an同号,44 515555 因为a10,a20,a30,„,an0,即an.444444 531531 (an1)bn1(3)当n2时,bnan 422an1422an1 31bn12bn1,224 所以bn2bn122bn22n1b12n3,(12n) 1111 所以Snb1b2bn(2n1) 421242 点评:本题是函数、不等式的综合题,是高考的难点热点。如何证明等差数列 篇4
等差等比数列的证明 篇5
证明三角形重心判定性质 篇6
递推数列中的不等式证明 篇7
证明三角形内心判定方法 篇8
证明四边形是菱形判定方法 篇9
等差数列判定和证明 篇10
构造法证明等差 篇11
证明三角形中位线判定定理 篇12
构造法在数列证明中的应用赏析 篇13
数列不等式的证明举例 篇14