函数 $ f\left(x\right)=x^2-2x-3 $,定义数列 $ \left\{x_n\right\} $ 如下:$ x_1=2$,$x_{n+1} $ 是过两点 $ P\left(4,5\right)$,$Q_n\left(x_n,f\left(x_n\right)\right) $ 的直线 $ PQ_n $ 与 $ x $ 轴交点的横坐标.
【难度】
【出处】
2012年高考大纲全国卷(理)
【标注】
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证明:$ 2\leqslant x_n<x_{n+1}<3 $;标注答案解析用数学归纳法证明:$ 2\leqslant x_n<x_{n+1}< 3 $.
(i)当 $ n=1 $ 时,$ x_1=2 $,直线 $ PQ_1 $ 的方程为\[ y-5={\dfrac{f\left(2\right)-5}{2-4}}\left(x-4\right),\]令 $ y=0 $,解得\[x_2={\dfrac{11}{4}} ,\]所以 $ 2\leqslant x_1<x_2< 3$.
(ii)假设当 $ n=k $ 时,结论成立,即 $ 2\leqslant x_k<x_{k+1}< 3 $,直线 $ PQ_{k+1} $ 的方程为\[ y-5={\dfrac{f\left(x_{k+1}\right)-5}{x_{k+1}-4}}\left(x-4\right),\]令 $ y=0 $,解得\[ x_{k+2}={\dfrac{3+4x_{k+1}}{2+x_{k+1}}}.\]由归纳假设知\[\begin{split} x_{k+2}&={\dfrac{3+4x_{k+1}}{2+x_{k+1}}}\\&=4-{\dfrac{5}{2+x_{k+1}}}\\&<4-{\dfrac{5}{2+3}}\\&=3;\\x_{k+2}-x_{k+1}&={\dfrac{\left(3-x_{k+1}\right)\left(1+x_{k+1}\right)}{2+x_{k+1}}}>0,\end{split} \]即 $ x_{k+1}<x_{k+ 2}$.
所以 $ 2\leqslant x_{k+1}<x_{k+2}<3 $,即当 $ n=k+1 $ 时,结论成立.
由(i)(ii)知对任意的正整数 $ n$,$2\leqslant x_n<x_{n+1}<3$. -
求数列 $ \left\{x_n\right\} $ 的通项公式.标注答案解析由(1)及题意得\[ x_{n+1}={\dfrac{3+4x_n}{2+x_n}}. \]设 $ b_n=x_n-3 $,则\[ \begin{split} \dfrac{1}{b_{n+1}} &= \dfrac{5}{b_n}+1,\\ {\dfrac{1}{b_{n+1}}}+{\dfrac{1}{4}}&=5\left( {\dfrac{1}{b_n}}+{\dfrac{1}{4}} \right),\end{split} \]数列 $ \left\{{\dfrac{1}{b_n}}+{\dfrac{1}{4}}\right\} $ 是首项为 $ -{\dfrac{3}{4}} $,公比为 $ 5 $ 的等比数列.
因此\[ {\dfrac{1}{b_n}}+{\dfrac{1}{4}}=-{\dfrac{3}{4}}\cdot 5^{n-1}, \]即\[ b_n=-{\dfrac{4}{3\cdot 5^{n-1}+1}}, \]所以数列 $ \left\{x_n\right\} $ 的通项公式为\[ x_n=3-{\dfrac{4}{3\cdot 5^{n-1}+1}}. \]
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