专题地图 › 递推数列
2016 年辽宁预赛 · 第 12 题
F3解答题递推数列
已知数列 {an} 满足
a0=k1,an=an−1+n21an−12,
其中 k 为正整数.如果对于所有的 n∈N∗,都有 an<1,求 k 的取值范围.
作答
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。
解析
思路
整数参数使排除小值成为有限检验;对其余参数,用倒数差与平方倒数和的统一上界保护全体项。
解答
当 k=1 时 a1=2>1,排除。当 k=2 时,依次有
a1=43,a2=6457,a3=40964009>3231.
故 a4=a3+a32/16>31/32+(31/32)2/16=16833/16384>1,也排除。 当 k≥3 时,各项正,并且
aj−11−aj1=j2+aj−11<j21.
累加得 1/an>k−∑j=1n1/j2。有限平方倒数和严格小于 2:对 j≥2 用 1/j2<1/[j(j−1)] 裂项求和即可,n=1 则直接核。于是 1/an>k−2≥1,从而所有 an<1。因此
k∈Z,k≥3.
复核
临界整数 k=3 也满足严格界,因为有限平方倒数和严格小于 2;不能只给出更强的充分条件而遗漏此点。k=2 前三项虽小于一,但第四项已越界,必须检验到真正的反例位置。
方法总结
“所有项均小于阈值”可用倒数累计损失控制;参数是整数时,统一充分条件之外的小值要逐一排净。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须先处理临界小整数的真实越界反例,再以倒数差和有限和严格上界证明无限多个项的一致约束。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:递推的不变区间与临界值、裂项相消
专题卡:前缀作差找递推,长和只留首尾、数列只问范围:不变区间、单调和夹逼