题目内容

自然状态下的鱼类是一种可再生的资源,为了持续利用这一资源,需从宏观上考察其再生能力及捕捞强度对鱼群总量的影响.用xn表示某鱼群在第n年初的总量,n∈N*,且x1>0.不考虑其他因素,设在第n年内鱼群的繁殖量及被捕捞量都与xn成正比,死亡量与xn2成正比,这些比例系数依次为正数a,b,c其中b称为捕捞强度.
(1)求xn+1与xn的关系式;
(2)设a=2,c=1,为了保证对任意x1∈(0,2),都有xn>0,n∈N*,则捕捞强度B的最大允许值是多少?证明你的结论.
分析:(1)依题意,xn+1-xn=axn-bxn-cxn2,n∈N*,整理即可;
(2)由xn+1=xn(3-b-xn)>0(n∈N*)⇒0<xn<3-b,特别地有0<x1<3-b,从而可得0<b<3-x1(x1∈(0,2)),从而可得b∈(0,1],利用数学归纳法去证当b=1时,恒有2>xn>0,n∈N*,由此确定b的允许最大值是1即可.
解答:解:(1)从第n年初到第n+1年初,鱼群的繁殖量为axn,被捕捞量为bxn,死亡量为cxn2,依题意:
xn+1-xn=axn-bxn-cxn2,n∈N*,
即xn+1=xn(a-b+1-cxn),n∈N*.
(2)若b的值使得xn>0,n∈N*,
由xn+1=xn(3-b-xn)>0(n∈N*)知0<xn<3-b,特别地有0<x1<3-b,
即0<b<3-x1,
而x1∈(0,2),所以b∈(0,1],以下去证当b=1时,恒有2>xn>0,n∈N*,由此确定b的允许最大值是1.
①当n=1时,结论显然成立.
②假设当n=k时结论成立,即x1∈(0,2).
则当n=k+1时,xk+1=xk(2-xk)=1-(xk-1)2,
因为xk∈(0,2),所以xk+1∈(0,1)⊆(0,2).
故当n=k+1时结论也成立.
由①②可知对于任意n∈N*恒有2>xn>0.
综上,为了保证对任意x1∈(0,2),都有xn>0,n∈N*,则捕捞强度b的最大允许值是1.
点评:本题考查数列的递推关系,着重考查化归思想与抽象思维、创新思维,突出数学归纳法在推理、证明中的应用,属于难题.
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