已知函数 $f(x)=\dfrac{\sqrt 5}{5^{x}+\sqrt 5}$.
【难度】
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    函数
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    常见初等函数
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    指数函数
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    幂的拓展与运算
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    数列
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    数列的求和方法
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    数列求和的倒序相加法
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    代数变形
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    分拆与裂项
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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
  1. 求 $f(1)+f(0)$ 和 $f(x)+f(1-x)$ 的值;
    标注
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      幂的拓展与运算
    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$$f(x)+f(1-x)=\dfrac{\sqrt 5}{5^{x}+\sqrt 5}+\dfrac{\sqrt 5}{5^{1-x}+\sqrt 5}=\dfrac{\sqrt 5}{5^{x}+\sqrt 5}+\dfrac{\sqrt 5\cdot 5^{x}}{5+\sqrt 5\cdot 5^{x}}=1.$$
  2. 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
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      数列求和的倒序相加法
    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\[\begin{split}S_{m}&=(m-1)\cdot \dfrac{1}{2}+f(1)\\ &=\dfrac{m-1}{2}+\dfrac{5-\sqrt 5}{4}.\end{split}\]
  3. 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
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    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
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