已知数列 满足 ,。若对于任意 ,都有 成立,则实数 的取值范围是( )
A. B. C. D.
条件分析
已知条件:,递推关系
求解目标: 的取值范围,使 对所有 成立
隐含条件:
严格递增 + 有上界 2 → 数列收敛,设极限为 ,则 (由 及递推可归纳证明) 递推函数
知识模块:数列递推 + 函数迭代
解法 1:逐项递推法
思路:从 、 逐步提取必要条件,再用极限行为锁定上界。
由递推 :
第一步:由 得 ,即 。
第二步:由 ,即 :
左侧 等价于 ,即 ,已满足。 右侧 等价于 ,展开得 ,解得 。
第三步:继续推导 会得到更紧的条件,但逐项推导趋于太繁琐了。
转而利用极限:
因 递增有上界,必收敛。设 ,对递推式取极限:
即 ,由 得 (取较大根,因为 递增趋向较大不动点)。
令 :
第四步:验证 时确实满足条件(见解法 3)。
答案选 D。
解法 2:不动点法
思路:先由收敛性确定极限满足的方程,再由 直接确定 的范围。
第一步: 严格递增且有上界 2,故收敛,设极限为 。
第二步:对 取极限,,即
两个不动点 满足 ,。
第三步:确定极限是哪个不动点。
(因为 且 ,若 则 ) ,且 递增,故 不可能收敛到 因此
graph LR A["a₁ = 1"] --> B["L₁ < 1 < L₂"] B --> C["数列递增,趋向 L₂"] C --> D["L₂ ≤ 2"] D --> E["c ≤ 5/2"]第四步:由 得 (同解法 1 第三步)。
由 即 ,得 。
解法 3:选项排除法
思路:检验各选项的边界值,逐个排除。
四个选项的关键区别在于左右端点及开闭:
**检验 **:,,,不满足严格递增。→ 排除 C。
**检验 **:,,,
,满足条件。→ 右端点应含 ,排除 B。
**检验 **:,,不满足 。→ 排除 A。
仅靠检验 3 个边界值即可锁定答案,选择题高效策略。
解法 4:辅助数列线性化法
思路:利用不动点构造等比数列 ,将非线性递推线性化。
第一步:推导 的递推关系。
由 及 :
因此:
令 ,则 (因 )。
第二步:解出 。
其中 (因 )。
第三步:求 的表达式。
由 且 (所以 ),,。
第四步:分析条件。
对所有 :因 且 ,归纳即得。 意味着 与 异号。因 ,故 ,从而 ,即 。 递增性:,分子分母均负,结果为正 ✓。
需要 即 ,得 。由 即 ,需 ( 时 , 无定义)。
解法对比
| 核心思路 | ||||
| 计算量 | ||||
| 思维难度 | ||||
| 适用范围 | ||||
| 易错点 |
推荐:
🏆 考试首选:解法 3(选择题秒杀,检验 3 个值即可)、解法 2(最自然通法)
📐 完整严谨:解法 4(给出了 的显式表达式,最彻底)
总结
本题的核心是:递增有界数列的极限必为不动点,而 等价于不动点 。五种解法从不同层面切入——
逐项约束(解法 1)是朴素思维,但逐项推导不够高效 极限不动点(解法 2)是一般化思路,适用于所有收敛递推 选项排除(解法 3)是考试策略,选择题最高效 辅助数列线性化(解法4)给出显式解,是最彻底但最繁的方法
最值得带走的思维习惯:遇到递推数列,先找不动点,再用极限锁定范围。
