數(shù)列最值問題常與函數(shù)、導(dǎo)數(shù)、不等式等知識(shí)相結(jié)合.常見的數(shù)列最值問題有:(1)求數(shù)列的最大項(xiàng)、最小項(xiàng);(2)求數(shù)列通項(xiàng)公式的最大值、最小值;(3)求數(shù)列和的最大值、最小值.本文將結(jié)合幾道例題,來談一談如何解答數(shù)列最值問題.
一、利用函數(shù)的性質(zhì)
數(shù)列是一類特殊的函數(shù),具有單調(diào)性.一般地,若數(shù)列單調(diào)遞增,則當(dāng)n越大時(shí),第n項(xiàng)越大;若數(shù)列單調(diào)遞減,則當(dāng)n越大時(shí),第n項(xiàng)越小.在求解數(shù)列最值問題時(shí),可以將目標(biāo)式視為關(guān)于n的一次函數(shù)式、二次函數(shù)式、指數(shù)函數(shù)式,即可利用一次函數(shù)、二次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)來求最值.
例1.已知數(shù)列[an]為等差數(shù)列,[a2=-31,a5=-22].
(1)求數(shù)列[an]的通項(xiàng)公式;(2)求數(shù)列[an]的前[n]項(xiàng)和[Sn]的最小值.
解:(1)數(shù)列[an]的通項(xiàng)公式為[an=3n-37](過程略);
(2)由(1)知[a1=-34,d=3,]
由等差數(shù)列的前n項(xiàng)和公式可得:
[Sn=-34n+nn-12×3=32n-7162-504124],
因?yàn)閇n]為正整數(shù),所以當(dāng)[n=12]時(shí),[Sn]有最小值,計(jì)算得:[S12=-210].
將等差數(shù)列的前n項(xiàng)和視為關(guān)于n的一元二次函數(shù),對(duì)函數(shù)式進(jìn)行配方,便可根據(jù)二次函數(shù)的性質(zhì)求得函數(shù)的最小值.在求解數(shù)列最值問題時(shí),需注意自變量n為自然數(shù),千萬不能忽視此隱含條件,否則會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果.
二、放縮法
要求數(shù)列的最值,通常需求得目標(biāo)式的取值范圍.在解題時(shí),我們不妨根據(jù)目標(biāo)式的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行合理的變形,利用不等式的可加性、可減性、可乘性等將目標(biāo)式進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆趴s,如去掉一些多余的項(xiàng)或者是增加一些項(xiàng),從而將目標(biāo)式化成更為簡便的形式,以順利求得目標(biāo)式的最值.
例2.已知數(shù)列[an]的每一項(xiàng)都是正數(shù),其前[n]項(xiàng)和[Sn=n(n+3)4].若不等式[1S1+1S2+???+1Sn<M]恒成立,求[M]的最小值.
解:因?yàn)閇Sn=n(n+3)4],所以[1Sn=43(1n-1n+3)].
則[1S1+1S2+???+1Sn=43×[(1-14)+(12-15)+???+(1n-1n+3)]=43×(116-1n+1-1n+2-1n+3)<229],
所以[M≥229],故實(shí)數(shù)[Mmin=229].
我們先將[1Sn=4n(n+3)]進(jìn)行裂項(xiàng),便可運(yùn)用裂項(xiàng)相消法順利求得數(shù)列[1Sn]的前n項(xiàng)和;再舍棄[-1n+1]、[-1n+2]、[-1n+3]三項(xiàng),便可利用放縮法求得數(shù)列的最值.
三、利用基本不等式
基本不等式[a+b≥2aba>0,b>0]是解答最值問題的常用工具.利用數(shù)列的性質(zhì)和通項(xiàng)公式將目標(biāo)式化簡后,即可嘗試通過代數(shù)變換配湊出兩式的和或積,并使其中之一為定值,為使用基本不等式創(chuàng)造條件,便可順利求得最值.
例3.已知正項(xiàng)等比數(shù)列[an]滿足[a7=a6+2a5],若存在兩項(xiàng)[am和an],使得[aman=22a1],其中[m∈N*, n∈N*],求[1m+1+4n]的最小值.
解:因?yàn)閇a7=a6+2a5],則[a1q6=a1q5+2a1q4],且[q>0],
得[q2-q-2=0],解得[q=2或-1(舍去)].
又因?yàn)閇aman=22a1],則[a1×2m-1×a12n-1=22a1],
可得[m+n=5,m+1+n=6],
所以[1m+1+4n=16(1m+1+4n)(m+1+n)]
[=16[4(m+1)n+nm+1]+56].
由基本不等式可得:
[4(m+1)n+nm+1≥24(m+1)n?nm+1=4],
當(dāng)且僅當(dāng)[4(m+1)n=nm+1]時(shí)取等號(hào),此時(shí)[m=1,n=4],
則[1m+1+4n]的最小值為[32].
在運(yùn)用基本不等式求最值時(shí),要注意對(duì)取等號(hào)時(shí)的條件進(jìn)行檢驗(yàn),看其是否滿足題意.若不滿足,則需要另外進(jìn)行討論.
總的來說,解答數(shù)列最值問題,關(guān)鍵在于先利用數(shù)列的性質(zhì)和題目中的已知條件對(duì)目標(biāo)式進(jìn)行化簡、變形;再根據(jù)目標(biāo)式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的方法來求最值.在解答的過程中,要將數(shù)列知識(shí)與函數(shù)知識(shí)、不等式知識(shí)等結(jié)合起來,以尋找到最佳的解題方案.