题目内容

为了求函数y=x2,函数x=1,x轴围成的曲边三角形的面积S,古人想出了两种方案求其近似解(如图):第一次将区间[0,1]二等分,求出阴影部分矩形面积,记为S2;第二次将区间[0,1]三等分,求出阴影部分矩形面积,记为S3;第三次将区间[0,1]四等分,求出S4…依此类推,记图1中Sn=an,图2中Sn=bn,其中n≥2.
(1)求a2,a3,a4;
(2)求an的通项公式,并证明an>
1
3
;
(3)求bn的通项公式,类比第②步,猜想bn的取值范围.并由此推出S的值(只需直接写出bn的范围与S的值,无须证明).
参考公式:12+22+32+…+(n-1)2+n2=
1
6
n(n+1)(2n+1)
.
分析:(1)利用题设条件,根据矩形面积公式,能够求出a2,a3,a4.
(2)仔细观察a2,a3,a4的表示式,能够得到an.再由an=
1
6n2
(n+1)(2n+1)>
1
6n2
×n×2n=
1
3
,能够证明证明an>
1
3
.
(3)bn=
1
n
[(
1
n
)
2
+(
2
n
)
2
+(
3
n
)
2
+…+(
n-1
n
)
2
]=
1
n3
[12+22+32+…+(n-1)2]
=
1
6n3
(n-1)(n-1+1)(2n-2+1),由此能够推导出bn的取值范围.并由此推出S的值.
解答:解:(1)a2=
1
2
[(
1
2
)
2
+12]=
5
8
,
a3=
1
3
[(
1
3
)
2
+(
2
3
)
2
+12]=
14
27
,
a4=
1
4
[(
1
4
)2+(
2
4
)2+(
3
4
)2+(
4
4
)2]
=
15
32
.
(2)an=
1
n
[(
1
n
)2+(
2
n
)2+(
3
n
)2+…+(
n-1
n
)2+(
n
n
)
2
]

=
1
n3
[12+22+32+…+(n-1)2+n2]=
1
6n2
(n+1)(2n+1)
.…(7分)
an=
1
6n2
(n+1)(2n+1)>
1
6n2
×n×2n=
1
3
…(9分)
(3)bn=
1
n
[(
1
n
)
2
+(
2
n
)
2
+(
3
n
)
2
+…+(
n-1
n
)
2
]=
1
n3
[12+22+32+…+(n-1)2]

=
1
6n3
(n-1)(n-1+1)(2n-2+1)
=
1
6n2
(n-1)(2n-1)<
1
3
,
∴S=
1
3
.
点评:本题考查曲边三角形面积的求法,解题时要认真审题,仔细解答,注意类比推理的合理运用.
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