题面
20.(15分)(2015•浙江)已知数列{an}满足a1=21且an+1=an−an2(n∈N∗)
(1)证明:1≤an+1an≤2(n∈N∗);
(2)设数列{an2}的前n项和为Sn,证明2(n+2)1⩽nSn⩽2(n+1)1 (n∈N∗)
2015年浙江省高考数学试卷(理科)
解析
分析
(1)通过题意易得0<an≤21(n∈N∗),利用an−an+1=an2可得an+1an≥1,利用an+1an=an−an2an=1−an1≤2,即得结论;
(2)通过an2=an−an+1累加得Sn=21−an+1,利用数学归纳法可证明1+n1≥an≥2n1 (n≥2),从而n21−2(n+1)1≥n21−an+1≥n21−n+21,化简即得结论
解答
证明:(1)由题意可知:0<an≤21(n∈N∗),
又∵a2=a1−a12=21−41=41,∴a2a1=4121=2,
又∵an−an+1=an2,∴an>an+1,∴an+1an≥1,
∴an+1an=an−an2an=1−an1≤2,
∴1≤an+1an≤2(n∈N∗);
(2)由已知,an2=an−an+1,an−12=an−1−an,…,a12=a1−a2,
累加,得Sn=an2+an−12+…+a12=a1−an+1=21−an+1
易知当n=1时,要证式子显然成立;
当n≥2时,nSn=n21−an+1
下面证明:1+n1≥an≥2n1 (n≥2)
易知当n=2时成立,假设当n=k时也成立,则ak+1=−(ak−21)2+41,
由二次函数单调性知:an+1≥−(2k1−21)2+41=4k22k−1≥2(k+1)1,
an+1≤−(k+11−21)2+41=(k+1)2k≤k+21,
∴2(k+1)1≤ak+11≤k+21,即当n=k+1时仍然成立,
故对n≥2,均有1+n1≥an≥2n1,
∴2(n+1)1=n21−2(n+1)1≥n21−an+1≥n21−n+21=2(n+2)1,
即2(n+2)1⩽nSn⩽2(n+1)1(n∈N∗).