每日一题[1840]迭代函数法

已知数列 $\{a_n\}$ 满足:$a_n>0$,且 $a_n^2=2a_{n+1}^2-a_{n+1}$($n\in\mathbb N^{\ast}$),下列说法正确的是(       )

A.若 $a_1=\dfrac 12$,则 $a_n>a_{n+1}$

B.若 $a_n<a_{n+1}$,则 $a_1>1$

C.$a_1+a_5\leqslant 2a_3$

D.$|a_{n+2}-a_{n+1}|\leqslant \dfrac{\sqrt 2}2|a_{n+1}-a_n|$

答案    D.

解析    根据题意,有\[a_{n+1}=\dfrac{1+\sqrt{1+8a_n^2}}4,\]设迭代函数 $f(x)=\dfrac{1+\sqrt{1+8x^2}}4$,则其与直线 $y=x$ 的位置关系如图.

因此当 $0<a_1<1$ 时,数列 $\{a_n\}$ 单调递增趋于 $1$;当 $a_1>1$ 时,数列 $\{a_n\}$ 单调递减趋于 $1$.选项 AB 均错误. 当 $x>1$ 时,函数 $f(x)-x$ 单调递减,因此\[a_5-a_4>a_4-a_3>a_3-a_2>a_2-a_1\implies a_5-a_3>a_3-a_1,\]因此选项 C 错误. 选项 D 即证明\[\forall x>0,\left|\dfrac{1+\sqrt{1+8x^2}}4-x\right|\leqslant \dfrac{\sqrt 2}2\left|x-\sqrt{2x^2-x}\right|,\] 当 $x=1$ 时,命题显然成立. 当 $x>1$ 时,不等式即\[x-\dfrac{1+\sqrt{1+8x^2}}4\leqslant \dfrac{\sqrt 2}2\cdot \left(\sqrt{2x^2-x}-x\right),\]也即\[(4+2\sqrt 2)x-1\leqslant 2\sqrt 2\cdot \sqrt{2x^2-x}+\sqrt{1+8x^2},\]也即\[4x^2-x\leqslant \sqrt{2x^2-x}\cdot \sqrt{1+8x^2},\]也即\[x^2-x>0,\]这显然成立,因此命题得证. 当 $x<1$ 时,与 $x>1$ 类似可证命题成立. 综上所述,正确的选项是 D.

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