已知数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_1=1$,$a_{n+1}=a_n^2+a_n$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    分拆与裂项
  • 题型
    >
    不等式
    >
    级数不等式的证明
  • 题型
    >
    不等式
    >
    级数不等式的证明
  • 知识点
    >
    不等式
    >
    放缩
    >
    裂项放缩法
  • 方法
    >
    代数处理
    >
    待定系数法
  1. 求证:$\displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{a_k+1}<1$;
    标注
    • 知识点
      >
      代数变形
      >
      代数式的形
      >
      分拆与裂项
    • 题型
      >
      不等式
      >
      级数不等式的证明
    答案
    解析
    根据题意,有\[\dfrac{1}{a_{n+1}}=\dfrac{1}{a_n}-\dfrac{1}{a_n+1},\]于是\[\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{a_k+1}=\dfrac{1}{a_1}-\dfrac{1}{a_{n+1}}<1,\]命题得证.
  2. 求证:$\displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{\sqrt{a_k}+2}<1$.
    标注
    • 题型
      >
      不等式
      >
      级数不等式的证明
    • 知识点
      >
      不等式
      >
      放缩
      >
      裂项放缩法
    • 方法
      >
      代数处理
      >
      待定系数法
    答案
    解析
    考虑裂项放缩\[\dfrac{1}{\sqrt{a_{k+1}}+2}=\dfrac1{\sqrt{a_k^2+a_k}+2}<\dfrac{1}{a_k+\lambda}-\dfrac{1}{a_{k+1}+\lambda},\]设函数\[f(x)=\dfrac{1}{x+\lambda}-\dfrac{1}{x^2+x+\lambda}-\dfrac{1}{\sqrt{x^2+x}+2},\]则\[f(x)=\dfrac{x^2}{(x+\lambda)(x^2+x+\lambda)}-\dfrac{1}{\sqrt{x^2+x}+2},\]即\[
    f(x)=\dfrac{1}{x+\lambda+1+2\lambda\cdot \dfrac 1x+\dfrac{\lambda^2}{x^2}}-\dfrac{1}{\sqrt{x^2+x}+2},\]取 $\lambda+1$,则当 $x\geqslant 6$ 时,有\[\sqrt{x^2+x}+2>x+\dfrac 25+2>x+2+\dfrac 2x+\dfrac{1}{x^2},\]因此就得到了当 $k\geqslant 3$ 时,有\[\dfrac{1}{\sqrt{a_{k+1}}+2}<\dfrac{1}{a_k+1}-\dfrac{1}{a_{k+1}+1},\]因此\[\begin{split} \sum_{k=1}^n\dfrac{1}{\sqrt{a_k}+2}&=\sum_{k=1}^3\dfrac{1}{\sqrt{a_k}+2}+\sum_{k=4}^n\dfrac{1}{\sqrt{a_k}+2}\\
    &=\sum_{k=1}^3\dfrac{1}{\sqrt{a_k}+2}+\sum_{k=3}^n\left(\dfrac{1}{a_k+1}-\dfrac{1}{a_{k+1}+1}\right)\\
    &<\dfrac 13+\dfrac{1}{\sqrt 2+2}+\dfrac{1}{\sqrt 6+2}+\dfrac{1}{6+1}\\
    &=\dfrac{10}{21}+\dfrac{\sqrt 6-\sqrt 2}2\\
    &<1,\end{split}\]原命题得证.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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