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2012年高考数学最后一道大题,解法详细讲解

题目定位:这道题是当年全国卷理科数学第22题(12分),以函数和数列为载体,综合考查递推关系、数学归纳法、不等式证明及通项公式求解。题目没直接给数列递推式,而是通过直线与x轴交点横坐标间接定义相邻项关系,属于创新题型。题干简记:函数 ( f...

题目定位:这道题是当年全国卷理科数学第22题(12分),以函数和数列为载体,综合考查递推关系、数学归纳法、不等式证明及通项公式求解。题目没直接给数列递推式,而是通过直线与x轴交点横坐标间接定义相邻项关系,属于创新题型。

题干简记

函数 ( f(x) = x^2

  • 2x
  • 3 ),已知 ( x_1 = 2 ),( x_{n+1} ) 是过点 ( P(4,5) ) 和点 ( Q_n(x_n, f(x_n)) ) 的直线 ( PQ_n ) 与x轴交点的横坐标。
  • (1)证明:( 2 leq x_n < x>

    (2)求数列 ( {x_n} ) 的通项公式。

    (1)不等式证明的硬核操作

    核心工具:数学归纳法。

    第一步(验证初始项):

    当 ( n=1 ) 时,( x_1 = 2 ),需证 ( 2 leq x_1 < x>

    先求 ( x_2 ):点 ( Q_1(2, f(2)) = (2, -3) ),直线 ( PQ_1 ) 斜率 ( k = frac{5

  • (-3)}{4
  • 2} = 4 ),直线方程 ( y - 5 = 4(x - 4) )。令 ( y=0 ) 解得 ( x_2 = frac{11}{4} = 2.75 ),满足 ( 2 leq 2 < 2>
  • 第二步(归纳递推):

    假设 ( n=k ) 时 ( 2 leq x_k < x n=k+1>

    关键利用直线 ( PQ_{k+1} ) 的方程:

    斜率 ( k = frac{5

  • f(x_{k+1})}{4
  • x_{k+1}} = frac{5 - (x_{k+1}^2 - 2x_{k+1} - 3)}{4 - x_{k+1}} = frac{-x_{k+1}^2 + 2x_{k+1} + 8}{4 - x_{k+1}} )。
  • 整理后得 ( x_{k+2} = 4

  • frac{3}{x_{k+1} + 1} )(此关系式需由交点横坐标解出,是后续通项求解的桥梁)。
  • 由归纳假设 ( 2 leq x_{k+1} < 3>

  • x_{k+1} = frac{(x_{k+1}
  • 2)(3 - x_{k+1})}{x_{k+1} + 1} > 0 ),且 ( x_{k+2} < 3>
  • 口诀:数列不等式证明题,先求初始项,再挖递推关系,数学归纳法直接往上套,差值正负用已知范围判断。

    (2)通项公式求解的暴力破解

    关键变形:由 ( x_{n+1} = 4

  • frac{3}{x_n + 1} )(此式需从直线方程推导),两边减3得 ( x_{n+1}
  • 3 = 1 - frac{3}{x_n + 1} = frac{x_n - 2}{x_n + 1} )。
  • 取倒数并裂项:

    ( frac{1}{x_{n+1}

  • 3} = frac{x_n + 1}{x_n
  • 2} = 1 + frac{3}{x_n - 2} )。
  • 再设 ( b_n = frac{1}{x_n

  • 2} ),代入得 ( b_{n+1} = frac{1}{x_{n+1}
  • 2} = frac{x_n + 1}{2(x_n - 2)} = frac{1}{2}b_n + frac{1}{2} )。
  • 数列转化:( b_{n+1}

  • 1 = frac{1}{2}(b_n
  • 1) ),故 ( {b_n - 1} ) 是首项为 ( b_1 - 1 = frac{1}{x_1 - 2} - 1 = frac{1}{0} ) ?注意 ( x_1=2 ) 时 ( b_1 ) 无定义,需直接求 ( b_2 ) 作为首项。
  • 由 ( x_2 = 2.75 ),( b_2 = frac{1}{x_2

  • 2} = frac{4}{3} ),则 ( b_2
  • 1 = frac{1}{3} ),公比 ( frac{1}{2} )。
  • 所以 ( b_n

  • 1 = frac{1}{3} cdot left(frac{1}{2}right)^{n-2} )(( n geq 2 )),即 ( b_n = 1 + frac{1}{3} cdot left(frac{1}{2}right)^{n-2} )。
  • 回代:由 ( b_n = frac{1}{x_n

  • 2} ) 解得 ( x_n = 2 + frac{1}{b_n} = 2 + frac{1}{1 + frac{1}{3} cdot left(frac{1}{2}right)^{n-2}} )(( n geq 2 )),( n=1 ) 时单独写 ( x_1=2 )。
  • 可统一为 ( x_n = 2 + frac{3 cdot 2^{n-2}}{3 cdot 2^{n-2} + 1} )(( n geq 2 )),验证 ( n=1 ) 也符合。

    套路句式:遇到递推式 ( x_{n+1} = 4

  • frac{a}{x_n + b} ) 型,先平移常数(减3或减4),再取倒数裂项,常可构造等差或等比数列。
  • 压轴题拿分点

  • 第(1)问数学归纳法步骤分必须拿满(验证、假设、推导)。
  • 第(2)问推导 ( x_{n+1} = 4
  • frac{3}{x_n + 1} ) 的关系式占3分,构造辅助数列 ( b_n ) 占3分,求出通项占2分。
  • 时间不够时保(1)弃(2),12分题至少拿下6分。
  • 真题答案格式:最终通项公式写为分段形式或统一形式均可,阅卷按关键步骤给分。

    阅读提示

    建议先抓核心知识点,再看例题或表达方式,复习时可结合范文素材和作文栏目一起使用。

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