已知数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_1=1$,$a_{n+1}\cdot a_n=\dfrac 1n$($n\in\mathbb N^{\ast}$).
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的递推公式
  • 题型
    >
    不等式
    >
    级数不等式的证明
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    分拆与裂项
  1. 求证:$\dfrac{a_{n+2}}{n}=\dfrac{a_n}{n+1}$;
    标注
    • 知识点
      >
      数列
      >
      数列的递推公式
    答案
    解析
    根据题意,有\[\dfrac{a_{n+2}}{n}=\dfrac{\dfrac{1}{n+1}\cdot \dfrac{1}{a_{n+1}}}{n}=\dfrac{na_n}{n(n+1)}=\dfrac{a_n}{n+1}.\]
  2. 求证:$2\left(\sqrt{n+1}-1\right)\leqslant \dfrac{1}{2a_3}+\dfrac{1}{3a_4}+\cdots+\dfrac{1}{(n+1)a_{n+2}}\leqslant n$.
    标注
    • 题型
      >
      不等式
      >
      级数不等式的证明
    • 知识点
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      代数变形
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      代数式的形
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      分拆与裂项
    答案
    解析
    根据第 $(1)$ 小题的结论,有\[\dfrac{1}{2a_3}+\dfrac{1}{3a_4}+\cdots+\dfrac{1}{(n+1)a_{n+2}}=a_2+a_3+\cdots+a_{n+1}.\]右边不等式根据第 $(1)$ 小题的结论,有\[\dfrac{a_{n+2}}{a_n}=\dfrac{n}{n+1}<1,\]于是数列的奇子列和偶子列均单调递减,结合 $a_1=a_2=1$,可得 $a_n\leqslant 1,n\in\mathbb N^{\ast}$,于是右边不等式得证.
    左边不等式由于\[\begin{aligned}\dfrac{1}{a_n\cdot a_{n+1}}&=n,\\ \dfrac{1}{a_{n+1}\cdot a_{n+2}}&=n+1,\end{aligned}\]于是\[\dfrac{1}{a_{n+1}}\left(\dfrac{1}{a_{n+2}}-\dfrac{1}{a_n}\right)=1,\]从而\[a_{n+1}=\dfrac{1}{a_{n+2}}-\dfrac{1}{a_n}.\]因此\[a_2+a_3+\cdots+a_{n+1}=\dfrac{1}{a_{n+2}}+\dfrac{1}{a_{n+1}}-\dfrac{1}{a_1}-\dfrac{1}{a_2}\geqslant \dfrac{2}{\sqrt{a_{n+1}a_{n+2}}}-2=2\left(\sqrt{n+1}-1\right),\]于是左边不等式得证.
    综上所述,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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