對接賦值非良策化整為零乃妙方

葉誠理 林新建 林品玲

摘要：將函數(shù)、導數(shù)、數(shù)列、不等式結合的綜合問題是近年來高考的熱門題型.解題者遵循“求和看通項”這種化整為零的思路破解這類試題，而命題者則遵循“從通項生成和”這種逆向思維命制試題，本文試圖從命題者的角度出發(fā)，探析這一類數(shù)列不等式求和問題的命題背景并進行深入剖析，提高學生分析問題和解決問題的能力，讓解題更自然，找到高效的解題方法.

關鍵詞：化歸轉化;化整為零;數(shù)學直觀

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2022）07-0045-03

收稿日期：2021-12-05

作者簡介：葉誠理（1979.4-），男，福建省福清市人，教育碩士，中學一級教師，從事高中數(shù)學教學研究.[FQ）]

以函數(shù)、導數(shù)為背景的數(shù)列求和取值范圍問題，是近年來高考壓軸題的?？?對非常規(guī)的數(shù)列求和問題學生往往束手無策，需要從數(shù)學思想方法的高度對問題進行化歸轉化、構造賦值，難度極高.那么，有沒有比較自然的解題策略呢？下面舉一道典型例題加以剖析.

1 試題呈現(xiàn)

例1已知函數(shù)f（x）=ln（ax+1）-x-2x+2（a>0，x≥0）.

（1）當a=12時，討論函數(shù)y=f（x）的單調性;

（2）若不等式f（x）≥1在x∈[0，+

SymboleB@

）時恒成立，求實數(shù)a的取值范圍;

（3）證明：13+15+17+…+12n+1<12ln（n+1）（n∈N*）.

2 命題意圖分析

本題考查導數(shù)及其應用，旨在運用導數(shù)研究函數(shù)的單調性、不等式恒成立問題以及構造函數(shù)證明數(shù)列不等式的方法，綜合性較強，考查學生分析問題和解決問題的能力，考查學生的數(shù)學抽象、直觀想象和邏輯推理等核心素養(yǎng).

3 解答難點剖析

本題難在第（3）問，對于這類出現(xiàn)在導數(shù)壓軸題中的數(shù)列求和不等式問題，常見的解題套路是對接前面的函數(shù)不等式結論，對變量x有效賦值，結合對數(shù)運算，從而構造與結論相匹配的數(shù)列通項，利用數(shù)列求和的裂項相消法證得不等式.

證明由（2）知：當a=1時，不等式f（x）>1在x∈（0，+

SymboleB@

）時恒成立，即ln（x+1）>2xx+2對x∈（0，+

SymboleB@

）恒成立.

令x=1k（k∈N*），

得ln（1k+1）>21+2k.

即11+2k<12[ln（k+1）-lnk].

所以13<12（ln2-ln1），

15<12（ln3-ln2），

17<12（ln4-ln3），

…，12n+1<12[ln（n+1）-lnn].

將上述式子相加可得：

13+15+17+…+12n+1

<12[ln（n+1）-ln1]

=12ln（n+1）.

原不等式得證.

評析對考生而言，完成以上這樣的對接賦值具有極高的難度，需要較強的數(shù)學抽象能力和直觀想象能力，他們往往束手無策，望題興嘆而已！

4 難點突破策略

事實上，從數(shù)列求和的角度考查，待證不等式的左邊是通項公式為an=12n+1的數(shù)列的和，雖然它不是常規(guī)的數(shù)列，在高中范疇內無法直接求和，但它給了我們啟示，右邊的12ln（n+1）可看作是某個數(shù)列bn的前n項和Sn.

由此可運用化整為零策略，令

Sn=12ln（n+1），

當n≥2時，則

bn=Sn-Sn-1=12lnn+1-12lnn=12lnn+1n=12ln1n+1.

由此只需證明

an=12n+1<12ln1n+1=bn.

即證22n+1<ln1n+1.

即證2n2+1n<ln1n+1.

因而構造函數(shù)f（x）=ln（x+1）-2x2+x，x∈（0，1）.

求導或利用第（2）問的結論便可輕松予以證明.

又當n=1時，a1=13<S1=12ln2=b1成立.

故對任意n∈N*，an<bn，便可證得原不等式都成立.

5 命題路徑探秘

將函數(shù)、導數(shù)、數(shù)列、不等式結合的綜合問題是近年來高考的熱門題型.解題者遵循“求和看通項”這種化整為零的思路破解這類試題，而命題者則遵循“從通項生成和”這種逆向思維命制試題，命題過程中充分體現(xiàn)了函數(shù)與方程、化歸與轉化、化整為零的數(shù)學思想，本種命題手法在全國高考卷中屢見不鮮.

例2（2017年全國Ⅲ卷理科22）已知函數(shù)f（x）=x-1-alnx.

（1）若f（x）≥0，求a的值;

（2）設m為整數(shù)，且對于任意正整數(shù)n，

（1+12）（1+122）·…·（1+12n）<m，求m的最小值.

評析第（2）問不等式左邊的式子是積的結構，與第一步結論：當x∈（1，+∞）時，x-1-lnx>0很難直接建立聯(lián)系.若我們能夠運用化整為零的思想，聯(lián)想到對數(shù)的運算特征：化積為和，就很容易想到不等式兩邊取對數(shù)，即轉化成證明不等式：ln（1+12）+ln（1+122）+…+ln（1+12n）<lnm恒成立.

于是令x=1+12n>1，得ln（1+12n）<12n.

進而不等式兩邊分別構造兩個數(shù)列，其中右邊轉化成常規(guī)的等比數(shù)列求和，問題便水到渠成.

例3（2014年高考全國Ⅱ卷理科17題）已知an滿足a1=1，an+1=3an+1.

（1）證明an+12是等比數(shù)列，并求an的通項公式;

（2）證明1a1+1a2+…+1an<32.

評析（1）用配湊法，得到an=3n-12;（2）{1an}求和沒有辦法，故考慮把左邊通項1an進行適當放大，轉化成有熟悉的等比數(shù)列求和問題.所以右邊的數(shù)可看成某個等比數(shù)列的前n項和.根據(jù)等比數(shù)列求和性質，若一個數(shù)列公比q滿足q<1，則該數(shù)列為無窮遞縮等比數(shù)列，其前n項和極限為a11-q（取不到等號），由結果想到過程，結合an通項，若存在一個數(shù)列bn，滿足b1=1，q=13，bn=13n-1，則其前n項和的極限恰好為32，利用化整為零的思想，則問題只需轉化成證明1an=23n-1≤13n-1，利用分析法，該不等式對一切自然數(shù)n恒成立，從而證明原不等式成立.

6 教學研究感悟

為什么有許多學生解決不了一些并不復雜甚至是簡單的數(shù)學問題呢？除了極少數(shù)學生不知道相應的數(shù)學知識外，絕大部分學生不是不會方法，而是由于沒有站在思想的高度來思考和引領方法，或者是因為思想不明確而想不起來用什么方法來處理問題.

上述試題的自然解法源于數(shù)學思想的指引，善于觀察不等式的結構特征，把不等式兩邊看成兩個數(shù)列的求和，從而構造兩個數(shù)列，把研究和的大小轉化成判斷通項的大小，體現(xiàn)了化整為零、化歸與轉化、函數(shù)與方程思想在數(shù)學解題中的重要作用.

解題是命題的基礎，命題是解題的超越.作為一線數(shù)學老師，不但要研究試題的解題方法、分析試題的產(chǎn)生背景，還要揣摩命題者的思路、懂得試題的命制原理，這樣才能促使自己在教學中能更好地引領學生把握試題的本質，從數(shù)學思想方法的高度提高解題的能力和素養(yǎng).

參考文獻：

[1] 林新建.我的教學主張——自然數(shù)學[M].廈門：廈門大學出版社，2020.

[責任編輯：李璟]