已知数列 $\{a_n\}$ 的通项 $a_n=\sqrt{\dfrac{n}{n+2}}-\dfrac{n}{n+1}$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的性质
    >
    数列的单调性
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    整形
    >
    根式的整理
  • 知识点
    >
    不等式
    >
    放缩
    >
    裂项放缩法
  • 题型
    >
    不等式
    >
    级数不等式的证明
  1. 求证:数列 $\{a_n\}$ 单调递减;
    标注
    • 知识点
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      数列
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      数列的性质
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      数列的单调性
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      代数变形
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      代数式的形
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      整形
      >
      根式的整理
    答案
    解析
    只需要证明\[a_{n+1}<a_n,\]即\[\sqrt{\dfrac{n+1}{n+3}}-\dfrac{n+1}{n+2}<\sqrt{\dfrac{n}{n+2}}-\dfrac n{n+1},\]也即\[\sqrt{\dfrac{n+1}{n+3}}-\sqrt{\dfrac{n}{n+2}}<\dfrac{n+1}{n+2}-\dfrac {n}{n+1},\]也即\[\dfrac{\dfrac{n+1}{n+3}-\dfrac{n}{n+2}}{\sqrt{\dfrac{n+1}{n+3}}+\sqrt{\dfrac{n}{n+2}}}<\dfrac{n+1}{n+2}-\dfrac{n}{n+1},\]也即\[\dfrac{\dfrac{2}{(n+2)(n+3)}}{\dfrac{1}{(n+1)(n+2)}}<\sqrt{\dfrac{n+1}{n+3}}+\sqrt{\dfrac n{n+2}},\]也即\[\dfrac{2(n+1)}{n+3}<\sqrt{\dfrac{n+1}{n+3}}+\sqrt{\dfrac{n}{n+2}}.\]事实上,有\[\dfrac{n+1}{n+3}<\sqrt{\dfrac{n+1}{n+3}},\dfrac{n+1}{n+3}<\sqrt{\dfrac{n}{n+2}},\]于是原命题得证.
  2. 若 $S_n$ 是数列 $\{a_n\}$ 的前 $n$ 项和,求证:$S_n<\dfrac 14$.
    标注
    • 知识点
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      不等式
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      放缩
      >
      裂项放缩法
    • 题型
      >
      不等式
      >
      级数不等式的证明
    答案
    解析
    考虑裂项放缩,有\[\begin{split} a_n&=\sqrt{\dfrac{n}{n+2}}-\dfrac{n}{n+1}\\
    &=\dfrac{(n+1)\sqrt n-n\sqrt{n+2}}{(n+1)\sqrt{n+2}}\\
    &=\dfrac{\sqrt{n}}{(n+1)\sqrt{n+2}\cdot \left(\sqrt{n^2+2n+1}+\sqrt{n^2+2n}\right)}\\
    &<\dfrac{1}{2(n+1)(n+2)}\\
    &=\dfrac {1}{2(n+1)}-\dfrac{1}{2(n+2)},\end{split}\]于是\[S_n<\dfrac 14-\dfrac{1}{2(n+2)}<\dfrac 14,\]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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