题目
/-|||-y↑-|||-0 a a+1 x如图所示,由直线x=a,x=a+1(a>0),y=x2及x轴围成的曲边梯形的面积介于相应小矩形与大矩形的面积之间,即a2<(∫)_(a)^a+1x2dx<(a+1)2.类比之,∀n∈N*,(1)/(n+1)+(1)/(n+2)+…+(1)/(2n)<A<(1)/(n)+(1)/(n+1)+…+(1)/(2n-1)恒成立,则实数A等于( ) A. (1)/(2) B. (3)/(5) C. ln2 D. ln(5)/(2)
如图所示,由直线x=a,x=a+1(a>0),y=x2及x轴围成的曲边梯形的面积介于相应小矩形与大矩形的面积之间,即a2<${∫}_{a}^{a+1}$x2dx<(a+1)2.类比之,∀n∈N*,$\frac{1}{n+1}$+$\frac{1}{n+2}$+…+$\frac{1}{2n}$<A<$\frac{1}{n}$+$\frac{1}{n+1}$+…+$\frac{1}{2n-1}$恒成立,则实数A等于( )- A. $\frac{1}{2}$
- B. $\frac{3}{5}$
- C. ln2
- D. ln$\frac{5}{2}$
题目解答
答案
解:令A=A1+A2+A3+…+An,
由题意得:$\frac{1}{n+1}$<A1<$\frac{1}{n}$,$\frac{1}{n+2}$<A2<$\frac{1}{n+1}$,$\frac{1}{n+3}$<A3<$\frac{1}{n+2}$,…,$\frac{1}{2n}$<An<$\frac{1}{2n-1}$,
∴A1=${∫}_{n}^{n+1}$$\frac{1}{x}$dx=${lnx|}_{n}^{n+1}$=ln(n+1)-lnn,
同理:A2=-ln(n+1)+ln(n+2),A3=-ln(n+2)+ln(n+3),…,An=-ln(2n-1)+ln2n,
∴A=A1+A2+A3+…+An
=-lnn+ln(n+1)-ln(n+1)+ln(n+2)-ln(n+2)+ln(n+3)-…-ln(2n-1)+ln2n
=ln2n-lnn
=ln2,
故选:C.
由题意得:$\frac{1}{n+1}$<A1<$\frac{1}{n}$,$\frac{1}{n+2}$<A2<$\frac{1}{n+1}$,$\frac{1}{n+3}$<A3<$\frac{1}{n+2}$,…,$\frac{1}{2n}$<An<$\frac{1}{2n-1}$,
∴A1=${∫}_{n}^{n+1}$$\frac{1}{x}$dx=${lnx|}_{n}^{n+1}$=ln(n+1)-lnn,
同理:A2=-ln(n+1)+ln(n+2),A3=-ln(n+2)+ln(n+3),…,An=-ln(2n-1)+ln2n,
∴A=A1+A2+A3+…+An
=-lnn+ln(n+1)-ln(n+1)+ln(n+2)-ln(n+2)+ln(n+3)-…-ln(2n-1)+ln2n
=ln2n-lnn
=ln2,
故选:C.
解析
考查要点:本题通过类比曲边梯形面积的积分估计,考查积分与调和级数的关系,以及对数函数的积分性质。关键在于理解如何将不等式中的每一项与积分联系起来,并利用望远镜求和法简化表达式。
解题核心思路:
- 类比积分估计:将题目中的不等式结构与积分比较定理类比,每个项对应区间上的积分值。
- 积分求和化简:将每个积分项相加,利用对数函数的积分结果,通过中间项抵消(望远镜求和)得到最终结果。
破题关键点:
- 识别函数单调性:函数$\frac{1}{x}$在区间$[n+i-1, n+i]$上递减,积分值介于区间端点值之间。
- 积分累加性质:将多个相邻区间的积分相加,转化为整体区间的积分,简化计算。
步骤1:建立积分与不等式的联系
根据题意,对每个$i=1,2,\dots,n$,有:
$\frac{1}{n+i} < A_i < \frac{1}{n+i-1}$
类比曲边梯形面积的积分估计,可令:
$A_i = \int_{n+i-1}^{n+i} \frac{1}{x} \, dx$
此时,积分值满足上述不等式。
步骤2:计算单个积分项
计算$A_i$的具体值:
$A_i = \int_{n+i-1}^{n+i} \frac{1}{x} \, dx = \ln(n+i) - \ln(n+i-1)$
步骤3:累加所有积分项
将$A_1, A_2, \dots, A_n$相加:
$\begin{aligned}A &= A_1 + A_2 + \cdots + A_n \\&= \left[\ln(n+1) - \ln n\right] + \left[\ln(n+2) - \ln(n+1)\right] + \cdots + \left[\ln(2n) - \ln(2n-1)\right]\end{aligned}$
中间项抵消后,仅剩首项和末项:
$A = \ln(2n) - \ln n = \ln 2$