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2013上海高考理科数学压轴题,最后一题就是那道函数与数列的综合题,第23题。题目给了一个带常数c的函数定义 f(x) = 2|x-c| + |x-c^2| + 1,然后让搞数列 an,满足 an+1 = f(an)。
这题分三问,手把手带你过思路,不是光给答案,是让你知道怎么想。
第一问:给你 a1=0,求 a2 和 a3
操作:直接把 a1=0 代到 f(x) 里算。你得先根据题目给的 c 判断绝对值符号里的正负,把绝对值去掉。算 a2 就是 f(a1),算 a3 就是 f(a2)。这步就是送分,考察你对绝对值函数的基本运算。记住,函数定义一定要看清。
第二问:证明对任意 n ≥ 1,都有 an ≥ an-1
核心:这问是证明数列不减。通常用数学归纳法。
1. 奠基:先算 a2 ≥ a1,这步基本和第一问挂钩,第一问算完 a2,就能看出来。
2. 归纳:假设 n=k 时成立(即 ak ≥ ak-1),去证 n=k+1 时也成立(即 ak+1 ≥ ak)。
3. 关键转化:你要利用函数 f(x) 的解析式,去分析它在区间上的单调性。因为 an 是由 f(x) 迭代出来的,所以 an+1
第三问:让你找到一个常数 c,使得数列 an 收敛到某个常数
难点:这问最难,是压轴题的核心。目标是找到让数列稳定下来的 c。
思路:
1. 理解收敛:数列收敛意味着随着 n 变大,an 无限接近某个固定的值 L(极限)。如果极限是 L,那么当 n 很大时,an ≈ L,an+1 ≈ L。在极限情况下,应该有 L = f(L)。这就是一个关于 L 和 c 的方程。
2. 利用不动点:解方程 L = 2|L-c| + |L-c^2| + 1。这个方程里,L 是待求的极限,c 是题目给的参数。你需要反过来想,c 取什么值时,这个方程能有解,并且对应的迭代数列 an 确实是收敛到这个解的。
3. 分段去绝对值:这是最繁琐也最关键的一步。因为你不知道 L 和 c、c^2 的大小关系,所以必须分情况讨论(比如 L
4. 结合数列单调有界:光有方程解还不够,你得确保用这个 c 代入后,由 a1=0 开始的迭代确实能收敛到那个 L。这通常需要验证数列是否单调递增且有上界(第二问已经帮你证明了单调不减),以及上界恰好就是那个 L。或者,你需要检查迭代过程中,an 是否会跳出你假设的那个区间,如果跳出去了,你的假设就不成立,需要调整 c 的取值。
5. 终极操作(常考套路):对于这类迭代数列的收敛问题,一个常见思路是证明数列有界,并且在迭代函数满足压缩映像条件时必然收敛。但高考题里,更常见的做法是,通过分析,发现当 c 取某个特定范围的值时,数列 an 会“卡”在某个区间内,并且在这个区间内,函数 f(x) 具有“压缩”效应,使得 an 和极限 L 的差距越来越小。最终,经过多次尝试和排除(里是直接给出的),会得到满足条件的 c 的具体数值或范围。你需要去解那几个分段方程,看哪个解出来的 L 能满足所在区间的假设,并且能让迭代过程自洽。
手把手总结:
第一问:代进去算,注意去绝对值。答案在真题解析里有。
第二问:认准数学归纳法,核心是证 f(x) 在相关区间单调增。步骤解析里写得很清楚。
第三问:1)设极限 L,列方程 L=f(L)。2)按 L 与 c、c^2 的大小分多种情况讨论,去绝对值。3)解出 L 关于 c 的表达式。4)结合 a1=0 和迭代过程,验证哪些 c 能让数列始终落在你假设的区间并最终逼近 L。这是最难的部分,需要仔细演算,网上有当年详细的解析过程可以参考。