已知函数 $f(x)=\dfrac{\sqrt 5}{5^{x}+\sqrt 5}$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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求 $f(1)+f(0)$ 和 $f(x)+f(1-x)$ 的值;标注答案$f(1)+f(0)=1$,$f(x)+f(1-x)=1$解析直接计算得$$f(1)+f(0)=\dfrac{\sqrt 5}{5+\sqrt 5}+\dfrac{\sqrt 5}{1+\sqrt 5}=1,$$且$$f(x)+f(1-x)=\dfrac{\sqrt 5}{5^{x}+\sqrt 5}+\dfrac{\sqrt 5}{5^{1-x}+\sqrt 5}=\dfrac{\sqrt 5}{5^{x}+\sqrt 5}+\dfrac{\sqrt 5\cdot 5^{x}}{5+\sqrt 5\cdot 5^{x}}=1.$$
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若数列 $\{a_{n}\}$ 的通项公式为 $a_{n}=f\left(\dfrac{n}{m}\right)(n=1,2,3,\cdots,m)$,求数列 $\{a_{n}\}$ 的前 $m$ 项和 $S_{m}$;标注答案$S_{m}=\dfrac{m-1}{2}+\dfrac{5-\sqrt 5}{4}$解析由 $(1)$ 得 $f\left(\dfrac{k}{m}\right)+f\left(1-\dfrac{k}{m}\right)=1(1\leqslant k\leqslant m-1)$,即$$f\left(\dfrac{k}{m}\right)+f\left(\dfrac{m-k}{m}\right)=1,$$所以$$a_{k}+a_{m-k}=1.$$由$$S_{m}=a_{1}+a_{2}+a_{3}+\cdots+a_{m-1}+a_{m},$$得\[S_{m}=a_{m-1}+a_{m-2}+\cdots+a_{1}+a_{m},\]两式相加得\[2S_{m}=(m-1)\times 1+2a_{m},\]所以\[\begin{split}S_{m}&=(m-1)\cdot \dfrac{1}{2}+f(1)\\ &=\dfrac{m-1}{2}+\dfrac{5-\sqrt 5}{4}.\end{split}\]
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设数列 $\{b_{n}\}$ 满足:$b_{1}=\dfrac{1}{2}$,$b_{n+1}=b_{n}^{2}+b_{n}$,设 $T_{n}=\dfrac{1}{b_{1}+1}+\dfrac{1}{b_{2}+1}+\cdots+\dfrac{1}{b_{n}+1}$,若 $(2)$ 中的 $S_{m}$ 满足对任意不小于 $3$ 的正整数 $n$,$4S_{n}<777T_{n}+\sqrt 5$ 恒成立,试求 $m$ 的最大值.标注答案$650$解析因为 $b_{1}=\dfrac{1}{2}$,$b_{n+1}=b_{n}^{2}+b_{n}=b_{n}(b_{n}+1)$,所以对任意的 $n\in\mathbb N^{*},b_{n}>0$,有\[\dfrac{1}{b_{n+1}}=\dfrac{1}{b_{n}(b_{n}+1)}=\dfrac{1}{b_{n}}-\dfrac{1}{b_{n}+1},\]即$$\dfrac{1}{b_{n}+1}=\dfrac{1}{b_n}-\dfrac{1}{b_{n+1}},$$所以\[b_{n+1}-b_{n}=b_{n}^{2}>0,\]故 $b_{n+1}>b_{n}$,即数列 $\{b_{n}\}$ 是单调递增数列,所以 $T_{n}$ 关于 $n$ 递增,当 $n\geqslant 3$,且 $n\in\mathbb N^{*}$ 时,$T_{n}\geqslant T_{3}$.
因为 $b_{1}=\dfrac{1}{2}$,$b_{2}=\dfrac{3}{4}$,$b_{3}=\dfrac{21}{16}$,$b_{4}=\dfrac{777}{256}$,所以\[T_{n}\geqslant T_{3}=2-\dfrac{1}{b_{n}}=2-\dfrac{256}{777},\]所以\[4S_{m}<777T_{3}+\sqrt 5,\]故 $m<650.5$.
因为 $m$ 为正整数,所以 $m$ 的最大值为 $650$.
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
问题3
答案3
解析3
备注3