数列中一类存在性问题的通解探秘

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  关于数学解题训练的模式观,本人认为:多一点方法,少一点随意;多一点套路,少一点随性;多一点模式,少一点随缘。《刻意练习:如何从新手到大师》中言道:“你如果无差别重复一万小时,也不会变成高手,只有刻意训练,才能带来精进”。江苏高考数列压轴题,难度较大,表现形式多样,注重对数学思维,方法和能力的考查。数列与不定方程的整数解问题近来成为高考及模考命题的一个热点,这类问题对学生的思维能力和探究能力有较高的要求,带有很大的区分度,本文笔者结合几次模考例题分享笔者的实践与思考。
  试题呈现
  例1:(2018届盐城市高三期中第19题)已知数列{an}满足a1=-1,a2=1,且an=2 (-1)n2an(n∈N*)
  (1) 求a5 a6的值;
  (2) 设Sn是数列{an}的前n项和,求Sn;
  (3) 设bn=a2n-1 a2n,是否存在正整数i,j,k(i  解:(1)(2)略
  (3)由(1),得bn=a2n-1 a2n=(32)n-1-(12)n-1≥0(仅b1=0且{bn}递增).
  ∵k>j,且k,j∈Z,k≥j 1.
  ①当k≥j 2,bk≥bj 2,若bi,bj,bk成等差数列,则:
  bi=2bj-bk≤2bj-bj 2=2[(32)j-1-(12)j-1]- [(32)j 1-(12)j 1]
  =-14×(32)j-1-74×(12)j-1<0
  此与bn≥0矛盾,故此时不存在这样的等差数列.
  当时k=j 1时,若bi,bj,bk成等差数列,则:
  bi=2bj-bk=2bj-bj 1=2[(32)j-1-(12)j-1]-[(32)j-(12)j]
  =12×(32)j-1-32×(12)j-1
  又∵i  若i≤j-2,则bi≤bj-2,得12×(32)j-1-32×(12)j-1≤(32)j-3-(12)j-3
  得(32)j-3 5×(12)j-3≤0,矛盾,∴i=j-1.
  从而有2bj= bi-1 bj 1,得2×[(32)j-1-(12)j-1]=[(32)j-2-(12)j-2] [(32)j-(12)j]
  化简,得3j-2=1,解得j=2.
  从而,满足条件i,j,k的只有唯一一组解,即i=1,j=2,k=3.
  第三小问学生普遍反应难:方程中含有3个变量,具有很多不确定性,找不到切入点;化简过繁找不到突破口,无从下手,只能选择放弃;甚至我们老师在评讲也觉得难以下手,答案能看得懂却想不到。类似的问题在考试中也曾遇到,困扰学生,成为学生解题中的难点。
  感悟反思(1)这类问题都有无数个不存在即2bj≠bi bk,一般来说若数列{bi}单调递增,则2bj≤bk就有无数组,若数列{bi}单调递减,则2bj≤bi就有无数组;
  (2)若利用两个不相等的正整数之间相差1不能解决,则可以将两个正整数的差合理扩大,直至成立,一般来说大于等于2就行,直至等式不成立,从而使得成立的可能性只有有限个,再一一找出;
  (3)若两个正整数相差1就可以解决问题,列出等式,根据范围合理求解就行。
  笔者认为这类问题很多,基本上大同小异,此方法学生可以通过刻意训练,习得自然。
  问题再现
  例2:已知数列{an}的各项均为正数,且对任意n∈N 有k2an 2≥an,m3an 3≥an,其中k,m为常数.
  (1)若k=3,m=2,且数列{an}是公比为q的等比数列,求q的取值范围
  (2)若k=m=p(p∈N ,p≥2)
  ①求证:数列{an}为等比数列;
  ②设bn=nan,求所有p的值,使得数列{bn}中存在不同的三项成等差数列.
  解②:由①可得an=a1(1p)n-1,bn=nan=na1(1p)n-1,
  ∴bn 1-bn=(n 1)a1(1p)n-na1(1p)n-1=a1(1p)n-1(1-p)n 1p.
  當p=2时,存在b2=a1,b3=34a1, b4=12a1成等差数列,
  当p≥3时,(1-p)n 1<0, ∴{bn}单调递减.
  不妨假设存在正整数r  则2bs=br bt,∵r  ∵{bn}单调递减,2bs-br≤2br 1-br,
  ∵2br 1-br=a1(1p)r-1(2-p)r 2p,当p≥4时,(2-p)r 2≤0,
  ∴2bs≤br,又∵bt>0,∴2bs≤br bt,∴p≥4时不存在.
  当p=3时,只有r=1时,2bs>br,由2bs=br bt得
  2s3s-1=1 t3t-1,∴2s3s-1>1,∴s=2,t=3,
  综上:p=2或p=3.
  在平时的教学中,较之数学基础知识,数学思想有更高的层次和地位。数学方法是数学思想的体现,具有模式化和操作性的特性,在数学课堂教学中采用这样一种“模式化”的教学方式,不仅体现了《课标》的要求,也是体现教师对试题的研读。尽量挖掘问题最本质、基本的方法,消除学生对数学问题的恐惧,增强学生的兴趣和自信。
  【参考文献】
  [1]孙小龙.看似崎岖最寻常 成如艰辛却容易——数列中一类不定方程通解探秘.中学教研(数学).2015:40-43.
  (作者单位:江苏省溧水高级中学)
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