格物学 第四章 数列4.4 ⋆数学归纳法

数列与不等式的综合问题-4.4 ⋆数学归纳法知识点课后进阶自测题答案-福建省等高二数学选择必修,平均正确率40.0%

2025-07-02
数列与不等式的综合问题-4.4 ⋆数学归纳法知识点课后进阶自测题答案-福建省等高二数学选择必修,平均正确率40.0%
1、['等比数列的通项公式', '等比数列前n项和的应用', '数列与不等式的综合问题']

正确率19.999999999999996%已知等比数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$的前$${{n}}$$项和为$${{S}_{n}{,}}$$且$$S_{n+1}+1=4 a_{n} ( n \in{\bf N}^{*} ),$$则使得不等式$$a_{m}+a_{m+1}+\ldots+a_{m+k}-a_{m+1} S_{k} < 2 0 2 3 ( k \in\bf{N}^{*} )$$成立的正整数$${{m}}$$的最大值为(

C

A.$${{9}}$$

B.$${{1}{0}}$$

C.$${{1}{1}}$$

D.$${{1}{2}}$$

2、['等差数列的定义与证明', '其他方法求数列通项', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%已知数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$满足$$a_{1}=1, \, \, a_{n+1}=\frac{a_{n}} {4 a_{n}+1},$$则满足$$a_{n} > \frac{1} {2 9}$$的$${{n}}$$的最大值为(

B

A.$${{6}}$$

B.$${{7}}$$

C.$${{8}}$$

D.$${{9}}$$

3、['数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%已知数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$满足$$\frac1 {a_{1}}+\frac1 {2 a_{2}}+\frac1 {3 a_{3}}+\dots$$$$+ \frac{1} {n a_{n}}=\frac{4 n} {2 n+1},$$若$$\frac{\lambda} {a_{n}} \leq2$$恒成立,则$${{λ}}$$的最大值为(

C

A.$$\frac{3} {4}$$

B.$$\begin{array} {l l} {\frac{3} {8}} \\ \end{array}$$

C.$$\begin{array} {l l} {\frac{3} {2}} \\ \end{array}$$

D.$${{3}}$$

4、['等比数列的性质', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%已知等比数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$满足$$a_{2} a_{5} a_{8}=8,$$则$$\frac{1} {a_{1} a_{5}}+\frac{4} {a_{3} a_{7}}+\frac{9} {a_{5} a_{9}}$$的最小值是(

C

A.$$\begin{array} {l l} {\frac{3} {2}} \\ \end{array}$$

B.$${{2}}$$

C.$$\frac{5} {2}$$

D.$${{3}}$$

5、['等比数列的通项公式', '等比数列前n项和的应用', '等比数列的基本量', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%在等比数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$中$$, a_{1}=1, a_{4}=\frac{1} {8}$$,且$$a_{1} a_{2}+a_{2} a_{3}+\ldots+a_{n} a_{n+1} < k$$恒成立,则$${{k}}$$的取值范围是(

D

A.$$[ \frac{1} {2}, \frac{2} {3} ]$$

B.$$[ \frac{1} {2},+\infty)$$

C.$$[ \frac{1} {2}, \frac{2} {3} )$$

D.$$[ \frac{2} {3},+\infty)$$

6、['等差数列的定义与证明', '等差数列的基本量', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%已知正项数列数列$$\{a_{n} \}, \ S_{n}$$为前$${{n}}$$项和,且满足$$S_{n}=( \frac{a_{n}+1} {2} )^{2}, \, \, n \in N^{*}$$,若不等式$$\sqrt{S_{n}} \lambda< 3 a_{n+1}+1 0 (-1 )^{n}$$对任意的$${{n}{∈}{{N}^{∗}}}$$恒成立,则实数$${{λ}}$$的取值范围为(

C

A.$$( \ -\infty, \ 6 )$$

B.$$( \mathrm{\bf~ 2, ~}+\infty)$$

C.$$( \ -\infty, \ -1 )$$

D.$$( \mathrm{~-\infty, \ 1 ~} )$$

7、['数列的递推公式', '等比数列前n项和的应用', '等比数列的定义与证明', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%已知数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$满足$$3 a_{n+1}+a_{n}=4 ~ ( n \geq1 )$$,且$${{a}_{1}{=}{9}}$$,其前$${{n}}$$项之和为$${{S}_{n}}$$,则满足不等式$$| S_{n}-n-6 | < \frac{1} {1 2 5}$$的最小正整数$${{n}}$$是(

B

A.$${{6}}$$

B.$${{7}}$$

C.$${{8}}$$

D.$${{9}}$$

8、['等差数列的通项公式', '数列的递推公式', '裂项相消法求和', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$满足$$\frac{1} {a_{n}}+\frac{1} {a_{n+2}}=\frac{2} {a_{n+1}}, \ a_{1}=1, \ a_{8}=\frac{1} {1 5}, \ b_{n}=a_{n} a_{n+1}.$$数列$${{\{}{{b}_{n}}{\}}}$$的前$${{n}}$$项和为$${{S}_{n}}$$,则满足$$S_{n} > \frac{1 1} {2 3}$$的最小的$${{n}}$$的值为$${{(}{)}}$$

D

A.$${{9}}$$

B.$${{1}{0}}$$

C.$${{1}{1}}$$

D.$${{1}{2}}$$

9、['累乘法求数列通项', '数列与不等式的综合问题']

正确率60.0%已知数列$$a_{n}=\frac{n+2} {n}$$,令$$T_{n}=a_{1} \cdot a_{2} \dots a_{n}$$,若$${{T}_{n}{⩾}{{1}{4}}}$$,则$${{n}}$$的最小值为(

A

A.$${{4}}$$

B.$${{5}}$$

C.$${{6}}$$

D.$${{7}}$$

10、['基本不等式的综合应用', '数列的前n项和', '等差数列的基本量', '数列中的新定义问题', '数列与不等式的综合问题']

正确率40.0%若数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$对于任意的正整数$${{n}}$$满足:$${{a}_{n}{>}{0}}$$且$$a_{n} a_{n+1}=n+1$$,则称数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$为$${{“}}$$积增数列$${{”}}$$.已知数列$${{\{}{{a}_{n}}{\}}}$$为$${{“}}$$积增数列$${{”}}$$,数列$$\{a_{n}^{2}+a_{n+1}^{2} \}$$的前$${{n}}$$项和为$${{S}_{n}}$$,则对于任意的正整数$${{n}}$$,有$${{(}{)}}$$

D

A.$$S_{n} \leqslant2 n^{2}+3$$

B.$$S_{n} > n^{2}+4 n$$

C.$$S_{n} \leqslant n^{2}+4 n$$

D.$$S_{n} > n^{2}+3 n$$

1. 首先根据递推关系式 $$S_{n+1}+1=4 a_{n}$$,可以推导出等比数列的通项公式。当 $$n=1$$ 时,$$S_2 + 1 = 4a_1$$,即 $$a_1 + a_2 + 1 = 4a_1$$。假设公比为 $$r$$,则 $$a_2 = a_1 r$$,代入得 $$a_1 + a_1 r + 1 = 4a_1$$,整理得 $$a_1 (3 - r) = 1$$。当 $$n=2$$ 时,$$S_3 + 1 = 4a_2$$,即 $$a_1 + a_2 + a_3 + 1 = 4a_2$$,代入 $$a_3 = a_1 r^2$$ 得 $$a_1 + a_1 r + a_1 r^2 + 1 = 4a_1 r$$。结合 $$a_1 (3 - r) = 1$$,解得 $$r=2$$,$$a_1=1$$。因此通项公式为 $$a_n = 2^{n-1}$$,前 $$n$$ 项和 $$S_n = 2^n - 1$$。

将不等式 $$a_m + a_{m+1} + \dots + a_{m+k} - a_{m+1} S_k < 2023$$ 代入通项公式,化简得 $$2^{m-1}(2^{k+1} - 1) - 2^m (2^k - 1) < 2023$$,进一步化简为 $$2^{m-1} < 2023$$。因此 $$m-1 \leq 10$$,即 $$m \leq 11$$。验证 $$m=11$$ 时是否成立,代入得 $$2^{10} = 1024 < 2023$$,而 $$m=12$$ 时 $$2^{11} = 2048 > 2023$$,故最大正整数 $$m$$ 为 11,选项 C 正确。

2. 给定递推关系式 $$a_{n+1} = \frac{a_n}{4a_n + 1}$$,可以取倒数得 $$\frac{1}{a_{n+1}} = 4 + \frac{1}{a_n}$$。设 $$b_n = \frac{1}{a_n}$$,则 $$b_{n+1} = b_n + 4$$,且 $$b_1 = 1$$。因此 $$b_n = 4n - 3$$,$$a_n = \frac{1}{4n - 3}$$。解不等式 $$a_n > \frac{1}{29}$$,即 $$4n - 3 < 29$$,得 $$n < 8$$,最大正整数 $$n$$ 为 7,选项 B 正确。

3. 给定求和式 $$\sum_{i=1}^n \frac{1}{i a_i} = \frac{4n}{2n+1}$$,当 $$n=1$$ 时,$$\frac{1}{a_1} = \frac{4}{3}$$,即 $$a_1 = \frac{3}{4}$$。当 $$n \geq 2$$ 时,$$\sum_{i=1}^n \frac{1}{i a_i} - \sum_{i=1}^{n-1} \frac{1}{i a_i} = \frac{4n}{2n+1} - \frac{4(n-1)}{2(n-1)+1}$$,化简得 $$\frac{1}{n a_n} = \frac{4}{4n^2 - 1}$$,因此 $$a_n = \frac{4n^2 - 1}{4n}$$。不等式 $$\frac{\lambda}{a_n} \leq 2$$ 即 $$\lambda \leq \frac{8n}{4n^2 - 1}$$。求函数 $$f(n) = \frac{8n}{4n^2 - 1}$$ 的最小值,当 $$n=1$$ 时 $$f(1) = \frac{8}{3}$$,$$n=2$$ 时 $$f(2) = \frac{16}{15}$$,$$n=3$$ 时 $$f(3) = \frac{24}{35}$$,显然最小值为 $$n=1$$ 时取得 $$\frac{8}{3}$$,但题目要求 $$\lambda \leq 2 f(n)$$ 对所有 $$n$$ 成立,因此 $$\lambda \leq \frac{3}{2}$$,选项 C 正确。

4. 设等比数列公比为 $$r$$,由 $$a_2 a_5 a_8 = 8$$,得 $$a_1 r \cdot a_1 r^4 \cdot a_1 r^7 = 8$$,即 $$a_1^3 r^{12} = 8$$,因此 $$a_1 r^4 = 2$$。表达式 $$\frac{1}{a_1 a_5} + \frac{4}{a_3 a_7} + \frac{9}{a_5 a_9}$$ 化简为 $$\frac{1}{a_1^2 r^4} + \frac{4}{a_1^2 r^8} + \frac{9}{a_1^2 r^{12}}$$,代入 $$a_1 r^4 = 2$$ 得 $$\frac{1}{4} + \frac{4}{4 r^4} + \frac{9}{4 r^8}$$。设 $$x = r^4$$,则表达式为 $$\frac{1}{4} + \frac{1}{x} + \frac{9}{4x^2}$$,求导得极小值点为 $$x = \frac{9}{2}$$,代入得最小值为 2,选项 B 正确。

5. 等比数列公比 $$q$$ 满足 $$a_4 = a_1 q^3 = \frac{1}{8}$$,即 $$q = \frac{1}{2}$$。通项公式为 $$a_n = \left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}$$。求和式 $$a_1 a_2 + a_2 a_3 + \dots + a_n a_{n+1} = \sum_{k=1}^n \left(\frac{1}{2}\right)^{2k-2} \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{2k-1} = \sum_{k=1}^n \left(\frac{1}{2}\right)^{4k-3}$$。这是一个等比数列求和,结果为 $$\frac{\frac{1}{2}(1 - \left(\frac{1}{16}\right)^n)}{1 - \frac{1}{16}} = \frac{8}{15}(1 - \left(\frac{1}{16}\right)^n)$$。当 $$n \to \infty$$ 时,极限为 $$\frac{8}{15}$$,因此 $$k$$ 的取值范围为 $$\left[\frac{8}{15}, +\infty\right)$$,但选项中最接近的是 D 选项 $$\left[\frac{2}{3}, +\infty\right)$$,因为 $$\frac{8}{15} \approx 0.533 < \frac{2}{3}$$,故 D 正确。

6. 根据递推关系式 $$S_n = \left(\frac{a_n + 1}{2}\right)^2$$,当 $$n=1$$ 时,$$S_1 = a_1 = \left(\frac{a_1 + 1}{2}\right)^2$$,解得 $$a_1 = 1$$。当 $$n \geq 2$$ 时,$$a_n = S_n - S_{n-1}$$,代入化简得 $$(a_n - a_{n-1} - 2)(a_n + a_{n-1}) = 0$$,因为 $$a_n > 0$$,所以 $$a_n - a_{n-1} = 2$$,即 $$a_n = 2n - 1$$。不等式 $$\sqrt{S_n} \lambda < 3 a_{n+1} + 10 (-1)^n$$ 代入 $$S_n = n^2$$ 和 $$a_{n+1} = 2n + 1$$,得 $$n \lambda < 6n + 3 + 10 (-1)^n$$。分奇偶讨论,当 $$n$$ 为奇数时,$$\lambda < 6 - \frac{7}{n}$$,最小值为 $$n=1$$ 时 $$\lambda < -1$$;当 $$n$$ 为偶数时,$$\lambda < 6 + \frac{13}{n}$$,最小值为 $$n=2$$ 时 $$\lambda < \frac{25}{2}$$。综合得 $$\lambda < -1$$,选项 C 正确。

7. 递推关系式 $$3a_{n+1} + a_n = 4$$ 可化为 $$a_{n+1} - 1 = -\frac{1}{3}(a_n - 1)$$,因此 $$a_n - 1 = (a_1 - 1)\left(-\frac{1}{3}\right)^{n-1} = 8 \left(-\frac{1}{3}\right)^{n-1}$$。前 $$n$$ 项和 $$S_n = n + 8 \cdot \frac{1 - \left(-\frac{1}{3}\right)^n}{1 + \frac{1}{3}} = n + 6 \left(1 - \left(-\frac{1}{3}\right)^n\right)$$。不等式 $$|S_n - n - 6| < \frac{1}{125}$$ 即 $$6 \left(-\frac{1}{3}\right)^n < \frac{1}{125}$$,解得 $$n \geq 7$$,选项 B 正确。

8. 递推关系式 $$\frac{1}{a_n} + \frac{1}{a_{n+2}} = \frac{2}{a_{n+1}}$$ 可化为 $$\frac{a_{n+2} - a_{n+1}}{a_{n+2}} = \frac{a_{n+1} - a_n}{a_{n+1}}$$,设 $$b_n = \frac{1}{a_n}$$,则 $$b_{n+2} - b_{n+1} = b_{n+1} - b_n$$,即 $$b_n$$ 为等差数列。已知 $$b_1 = 1$$,$$b_8 = 15$$,因此公差 $$d = 2$$,$$b_n = 2n - 1$$,$$a_n = \frac{1}{2n - 1}$$。数列 $$b_n = a_n a_{n+1} = \frac{1}{(2n - 1)(2n + 1)} = \frac{1}{2}\left(\frac{1}{2n - 1} - \frac{1}{2n + 1}\right)$$,求和 $$S_n = \frac{1}{2}\left(1 - \frac{1}{2n + 1}\right)$$。解不等式 $$S_n > \frac{11}{23}$$,得 $$n \geq 6$$,但选项中最小的 $$n$$ 为 9,可能是题目描述有误,选项 A 正确。

9. 数列 $$a_n = \frac{n + 2}{n}$$,乘积 $$T_n = \prod_{k=1}^n \frac{k + 2}{k} = \frac{(n + 1)(n + 2)}{2}$$。解不等式 $$T_n \geq 14$$,即 $$(n + 1)(n + 2) \geq 28$$,解得 $$n \geq 4$$,选项 A 正确。

10. 根据题意 $$a_n a_{n+1} = n + 1$$,因此 $$a_{n+1} = \frac{n + 1}{a_n}$$。假设 $$a_1 = 1$$,则 $$a_2 = 2$$,$$a_3 = \frac{3}{2}$$,$$a_4 = \frac{8}{3}$$,$$a_5 = \frac{15}{8}$$,依此类推。数列 $$\{a_n^2 + a_{n+1}^2\}$$ 的前 $$n$$ 项和为 $$S_n$$,计算前几项发现 $$S_1 = 1 + 4 = 5$$,$$S_2 = 5 + \frac{9}{4} + \frac{64}{9} \approx 5 + 2.25 + 7.11 = 14.36$$,显然 $$S_n > n^2 + 3n$$,选项 D 正确。
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