Question

已知函數(shù)f（x）=x²-4，設(shè)曲線y=f（x）在點(diǎn)（x_n，f（x_n））處的切線與x軸的交點(diǎn)為（x_n+1，0）（n∈N*），其中x₁為正實(shí)數(shù)．
（Ⅰ）用x_n表示x_n+1；
（Ⅱ）證明：對(duì)一切正整數(shù)n，x_n+1≤x_n的充要條件是x₁≥2
（Ⅲ）若x₁=4，記an=lg

xn+2

xn-2

，證明數(shù)列{a_n}成等比數(shù)列，并求數(shù)列{x_n}的通項(xiàng)公式．

Answer 1

分析：（1）先對(duì)函數(shù)f（x）=x²-4進(jìn)行求導(dǎo)，進(jìn)而可得到過(guò)曲線上點(diǎn)（x₀，f（x₀））的切線方程，然后令y=0得到關(guān)系式x_n²+4=2x_nx_n+1，整理即可得到答案．

（2）先由x_n+1≤x_n得到x₂≤x₁，再結(jié)合（1）中的結(jié)果可得到

x1

2

+

2

x1

≤x1，最后根據(jù)x₁＞0可得到必要性的證明；
由xn+1=

xn

2

+

2

xn

用數(shù)學(xué)歸納法可證明x_n+1≤x_n對(duì)一切正整數(shù)n成立．

（3）先由xn+1=

xn

2

+

2

xn

得到xn+1+2=

(xn+2)2

2xn

和xn+1-2=

(xn-2)2

2xn

，然后兩式相除可得到

xn+1+2

xn+1-2

=(

xn+2

xn-2

)2后再兩邊取對(duì)數(shù)，求得a_n+1=2a_n，進(jìn)而可知數(shù)列{a_n}成等比數(shù)列，根據(jù)等比數(shù)列的通項(xiàng)公式求得a_n，代入an=lg

xn+2

xn-2

即可求得數(shù)列{x_n}的通項(xiàng)公式．

解答：解：（Ⅰ）由題可得f′（x）=2x
所以過(guò)曲線上點(diǎn)（x₀，f（x₀））的切線方程為y-f（x_n）=f′（x_n）（x-x_n），
即y-（x_n-4）=2x_n（x-x_n）
令y=0，得-（x_n²-4）=2x_n（x_n+1-x_n），即x_n²+4=2x_nx_n+1
顯然x_n≠0∴xn+1=

xn

2

+

2

xn

（Ⅱ）證明：（必要性）
若對(duì)一切正整數(shù)n，x_n+1≤x_n，則x₂≤x₁，即

x1

2

+

2

x1

≤x1，而x₁＞0，∴x₁²≥4，即有x₁≥2
（充分性）若x₁≥2＞0，由xn+1=

xn

2

+

2

xn

用數(shù)學(xué)歸納法易得x_n＞0，從而xn+1=

xn

2

+

2

xn

≥2

xn 2 • 2 xn

=2(n≥1)，即x_n≥2（n≥2）
又x₁≥2∴x_n≥2（n≥2）
于是xn+1-xn=

xn

2

+

2

xn

-xn=

4-xn2

2xn

=

(2-xn)(2+xn)

2xn

≤0，
即x_n+1≤x_n對(duì)一切正整數(shù)n成立

（Ⅲ）由xn+1=

xn

2

+

2

xn

，知xn+1+2=

(xn+2)2

2xn

，同理，xn+1-2=

(xn-2)2

2xn

故

xn+1+2

xn+1-2

=(

xn+2

xn-2

)2
從而lg

xn+1+2

xn+1-2

=2lg

xn+2

xn-2

，即a_n+1=2a_n
所以，數(shù)列{a_n}成等比數(shù)列，故an=2n-1a1=2n-1lg

x1+2

x1-2

=2n-1lg3，
即lg

xn+2

xn-2

=2n-1lg3，從而

xn+2

xn-2

=32n-1
所以xn=

2(32n-1+1)

32n-1-1

．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查數(shù)列、函數(shù)、不等式、導(dǎo)數(shù)應(yīng)用等知識(shí)，以及推理論證、計(jì)算及解決問(wèn)題的能力．