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2018 年全国高中数学联赛一试(A 卷) · 第 10 题
F3解答题数列综合
已知实数列 a1,a2,a3,… 满足:对任意正整数 n,有 an(2Sn−an)=1,其中 Sn 表示数列的前 n 项和。证明:(1)对任意正整数 n,有 an<2n;(2)对任意正整数 n,有 anan+1<1。
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
先求出全部可能的部分和,再按相邻两项符号讨论乘积。
解答
置 S0=0。因 an=Sn−Sn−1,条件给 Sn2−Sn−12=1,累加得 Sn2=n。于是
an≤∣Sn∣+∣Sn−1∣=n+n−1<2n,
第一问得证。又因 ∣Sn∣>∣Sn−1∣,an 与 Sn 同号。若 Sn,Sn+1 异号,则 anan+1<0<1;若同号,则
anan+1=∣an∣(n+1−n)≤n+1+nn+n−1<1.
故两种情形均有 an<2n,anan+1<1(n≥1)。
复核
n=1时S0=0、a1=±1,乘积上界为1/(1+√2)<1;证明没有把Sn的符号假定为固定不变,每个正整数n均已覆盖。
方法总结
平方差累加锁定部分和的绝对值,符号变化单独讨论。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
需完成转化、关键计算及边界核验。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:裂项相消
专题卡:含此前所有项:改用部分和作状态