上海交通大学 2023年强基第2题

强基计划真题

📝 题目

已知数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 满足 $\displaystyle a_{1}=1, a_{n+1}=\frac{a_{n}}{1+\sqrt{a_{n}}}\left(n \in \mathrm{~N}^{*}\right)$ ,记数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的前 $n$ 项和为 $S_{n}$ ,则()。 A.$\displaystyle \frac{1}{2}\lt S_{100}\lt 3$ B. $3\lt S_{100}\lt 4$ C. $\displaystyle 4\lt S_{100}\lt \frac{9}{2}$ D.$\displaystyle \frac{9}{2}\lt S_{100}\lt 5$

💡 答案解析

A 解析:由 $\displaystyle a_{1}=1, a_{n+1}=\frac{a_{n}}{1+\sqrt{a_{n}}}\left(n \in N^{*}\right)$ ,可知 $\displaystyle a_{2}=\frac{1}{2}, 0\lt a_{n} \leq 1$ 且 $\left\{a_{n}\right\}$ 为递减数列,则 $\displaystyle S_{100}=a_{1}+ a_{2}+\cdots+a_{100}\gt a_{1}+a_{2}=\frac{3}{2}$ .另一方面,由于 $\displaystyle a_{n+1}=\frac{a_{n}-a_{n+1}}{\sqrt{a_{n}}}\lt \frac{2\left(a_{n}-a_{n+1}\right)}{\sqrt{a_{n}}+\sqrt{a_{n+1}}}=2\left(\sqrt{a_{n}}-\sqrt{a_{n+1}}\right)$ ,裂项相加知 $S_{100}=a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{100}\lt 1+2\left(\sqrt{a_{1}}-\sqrt{a_{2}}\right)+\cdots+2\left(\sqrt{a_{99}}-\sqrt{a_{100}}\right)=1+2\left(\sqrt{a_{1}}-\sqrt{a_{100}}\right)= 3-2 \sqrt{a_{100}}\lt 3$ ,故选 $A$ 。

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:分析数列单调性和范围
由a1=1,递推式a_{n+1}=a_n/(1+√a_n)可知a2=1/2,且0
公式:a_{n+1}=a_n/(1+√a_n)
提示:注意分母大于1,所以每一项小于前一项。
步骤 2/6
目标:估计S100的下界
由于数列递减,S100 > a1+a2 = 1+1/2 = 3/2,即S100 > 1.5。
公式:S_n = a1+a2+...+a_n
提示:下界只需前两项和。
步骤 3/6
目标:推导不等式放缩
由递推式得a_n - a_{n+1} = a_n√a_n/(1+√a_n) = a_{n+1}√a_n,故a_{n+1} = (a_n - a_{n+1})/√a_n。
公式:a_{n+1} = (a_n - a_{n+1})/√a_n
提示:将a_{n+1}用差值表示。
步骤 4/6
目标:进一步放缩为裂项形式
由于√a_n > √a_{n+1},有a_{n+1} < 2(a_n - a_{n+1})/(√a_n+√a_{n+1}) = 2(√a_n - √a_{n+1})。
公式:a_{n+1} < 2(√a_n - √a_{n+1})
提示:利用平方差公式。
步骤 5/6
目标:裂项求和估计上界
S100 = a1 + a2 + ... + a100 < 1 + 2(√a1 - √a2) + ... + 2(√a99 - √a100) = 1 + 2(1 - √a100) < 3。
公式:S_n < 1 + 2(1 - √a_n)
提示:裂项后中间项抵消。
步骤 6/6
目标:综合上下界选择答案
由1.5 < S100 < 3,对照选项,只有A满足1/2 < S100 < 3。
提示:注意选项A是1/2 < S100 < 3,实际下界1.5大于1/2。

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