同一骨架 2021 年四川预赛 · P007062
两题研究同一类二阶相加递推,相邻三项的平方差都会随指标交错变号。先证明这个Cassini型不变量,便能把复杂表达式中的相邻乘积换成平方加固定量,再分别控制比值或整数因子。
一个用交错量证明比值受极限常数控制,另一个结合平方差和固定整数有限因子,排除无穷多个指标;不变量用途不同。
给定正整数 。数列 满足
若对任意正整数 ,都有
求实数 的最小值。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
递推f后项为前两项和,特征方程r²=r+1有一大一小两根;相邻乘积差 每步反号,可直接代递推验证。
想法从哪来:要求对每个n成立的最小常数,先把它理解成一个比值序列的上确界。递推数列的前项和可以裂项成末尾项减固定初值,因此归一化比值只需涉及相邻两项。单看相邻项比的极限只能猜到候选常数,不能保证前面某项不超过它;应另外证明该比值单调。通分作差后会遇到相邻三项的乘积差,它随递推交替变号而绝对值不变,这正好控制差的符号。最后用特征根求极限,并分开说明“每一项受界”和“任何较小常数会被后期项超过”;上确界无需在有限项取得。
先用递推式把前 项和写成 。考察相应比值 ,直接作差可把单调性归结为广义 Cassini 恒等式;比值的极限再给出不可降低的最优常数。
由递推关系归纳可得
令
设 。利用 (1) 直接通分,得到
其中
记
由递推式有 ,且
所以
又因 ,有 ,并且 。于是由 (3),
事实上等号不会出现。若 ,则必有 且 :当 为奇数时 ,故 ;当 为偶数时 且 ,故
所以由 (2), 严格递增。
令
令 。该递推数列的通项可写成
由于 ,故
结合 (1),
因此所有 ,取 时题设不等式对任意 成立;而任取更小的 ,由 (4) 总可找到充分大的 使 。
所以最小值为
恒等式 在 时给出 ;作差式 (2) 的分母恒正。最优常数是比值序列的上确界,虽不在有限 处达到,但仍使所有不等式成立。
递推数列的最优常数问题,可先把和式改写成末项,再研究归一化比值。广义 Cassini 恒等式控制相邻比值差,特征根极限则同时证明常数可用且不可再减小。
需先把部分和写为后项减b,再用交错卡西尼量证明归一比值单调,最后借特征根极限确认最小可行常数,界与最优性依赖不同结构。
同一骨架 2021 年四川预赛 · P007062
两题研究同一类二阶相加递推,相邻三项的平方差都会随指标交错变号。先证明这个Cassini型不变量,便能把复杂表达式中的相邻乘积换成平方加固定量,再分别控制比值或整数因子。
一个用交错量证明比值受极限常数控制,另一个结合平方差和固定整数有限因子,排除无穷多个指标;不变量用途不同。
易混 2022 年全国高中数学联赛一试(A 卷) 第 10 题 · P007197
两题都问最小的量,但量词使取等方式不同。对所有指标成立的统一常数可以是只在极限逼近的上确界;固定给定指标的正参数最值,则须构造实际达到均值等号的两条数列。
不要因为有限项没有等号就否认最小统一常数,也不能只给固定指标问题的极限值而不核可达参数。
已记下,谢谢!