数列中探索与存在性问题例析
2016-11-18陈志银
数列探索性问题主要表现为存在型,解答的一般策略:先假设所探求对象存在或结论成立,以此假设为前提条件进行运算或逻辑推理,若由此推出矛盾,则假设不成立,从而得到“否定”的结论,即不存在.若推理不出现矛盾,能求得在范围内的数值或图形,就得到肯定的结论,即得到存在的结果.而要确定范围内的数值,则往往涉及不定方程的正整数解问题.
例1(2014年高考重庆卷理)设a1=1,an+1=a2n-2an+2+b(n∈N*).
(1)若b=1,求a2,a3及数列{an}的通项公式.
(2)若b=-1,问:是否存在实数c使得a2n 解:(1)方法一:a2=2,a3=2+1. 再由题设条件知(an+1-1)2=(an-1)2+1. 从而{(an-1)2}是首项为0,公差为1的等差数列, 故(an-1)2=n-1,即an=n-1+1(n∈N*). 方法二:a2=2,a3=2+1. 可写为a1=1-1+1,a2=2-1+1,a3=3-1+1.因此猜想an=n-1+1. 下面用数学归纳法证明上式. 当n=1时,结论显然成立. 假设n=k时结论成立,即ak=k-1+1,则 ak+1=(ak-1)2+1+1=(k-1)+1+1=(k+1)-1+1, 这就是说,当n=k+1时结论成立. 所以an=n-1+1(n∈N*). (2)方法一:设f(x)=(x-1)2+1-1,则an+1=f(an). 令c=f(c),即c=(c-1)2+1-1,解得c=14. 下面用数学归纳法证明命题a2n 当n=1时,a2=f(1)=0,a3=f(0)=2-1,所以a2<14 假设n=k时结论成立,即a2k 易知f(x)在(-∞,1]上为减函数,从而c=f(c)>f(a2k+1)>f(1)=a2,即1>c>a2k+2>a2. 再由f(x)在(-∞,1]上为减函数,得c=f(c) 故c 综上,存在c=14使a2n 方法二:设f(x)=(x-1)2+1-1, 则an+1=f(an). 先证:0≤an≤1(n∈N*).① 当n=1时,结论明显成立. 假设n=k时结论成立,即0≤ak≤1. 易知f(x)在(-∞,1]上为减函数,从而0=f(1)≤f(ak)≤f(0)=2-1<1. 即0≤ak+1≤1.这就是说,当n=k+1时结论成立.故①成立. 再证:a2n 当n=1时,a2=f(1)=0,a3=f(a2)=f(0)=2-1,所以a2 假设n=k时,结论成立,即a2k 由①及f(x)在(-∞,1]上为减函数,得 a2k+1=f(a2k)>f(a2k+1)=a2k+2, a2(k+1)=f(a2k+1) 这就是说,当n=k+1时②成立.所以②对一切n∈N*成立. 由②得a2n 因此a2n<14.③ 又由①②及f(x)在(-∞,1]上为减函数,得 f(a2n)>f(a2n+1),即a2n+1>a2n+2. 所以a2n+1>a22n+1-2a2n+1+2-1,解得a2n+1>14.④ 综上,由②③④知存在c=14使a2n 点评:存在性问题指的是命题的结论不确定的一类探索性问题,解答此类题型一般是从存在的方面入手,寻求结论成立的条件,若能找到这个条件,则问题的回答是肯定的;若找不到这个条件或……
