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22数列★★★★☆
数列 {an}\{a_{n}\} 满足 a1=1a_1 = 1 且 8an+1an−16an+1+2an+5=08a_{n + 1}a_n - 16a_{n + 1} + 2a_n + 5 = 0(n⩾1n \geqslant 1). 记 bn=1an−12b_{n} = \frac{1}{a_{n} - \frac{1}{2}}(n⩾1n \geqslant 1).
(1) 求 b1b_{1},b2b_{2},b3b_{3},b4b_{4} 的值; (2) 求数列 {bn}\{b_n\} 的通项公式及数列 {anbn}\{a_n b_n\} 的前 nn 项和 SnS_n.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由 a1=1a_1=1 得 b1=11−12=2b_1=\frac1{1-\frac12}=2. 由递推式解出 an+1=2an+516−8ana_{n+1}=\frac{2a_n+5}{16-8a_n},从而 an+1−12=3(2an−1)8(2−an)a_{n+1}-\frac12=\frac{3(2a_n-1)}{8(2-a_n)}. 由 a1≠12a_1\neq\frac12,且上式表明只要 an≠12a_n\neq\frac12,22 就有 an+1≠12a_{n+1}\neq\frac12;而 an=2a_n=2 会使原递推式变为 9=09=0,不可能,所以归纳可知各项 an≠12a_n\neq\frac12. 因而代入 bn=1an−12b_n=\frac1{a_n-\frac12} 可得 bn+1=2bn−43b_{n+1}=2b_n-\frac43. 于是 b2=2×2−43=83b_2=2\times2-\frac43=\frac83,b3=2×83−43=4b_3=2\times\frac83-\frac43=4,b4=2×4−43=203b_4=2\times4-\frac43=\frac{20}{3}. \item 令 cn=bn−43c_n=b_n-\frac43,则 cn+1=2cnc_{n+1}=2c_n,且 c1=23c_1=\frac23,所以 cn=23 2n−1=2n3c_n=\frac23\,2^{n-1}=\frac{2^n}{3},从而 bn=2n+43b_n=\frac{2^n+4}{3}. 又由 bn=1an−12b_n=\frac1{a_n-\frac12} 得 an=12+1bna_n=\frac12+\frac1{b_n},故 anbn=bn2+1=2n+106a_nb_n=\frac{b_n}{2}+1=\frac{2^n+10}{6}. 因此 Sn=∑i=1naibi=16(∑i=1n2i+10n)=16(2n+1−2+10n)=2n+5n−13S_n=\sum_{i=1}^n a_ib_i=\frac16\left(\sum_{i=1}^n2^i+10n\right)=\frac16\left(2^{n+1}-2+10n\right)=\frac{2^n+5n-1}{3}. \end{enumerate} \end{solution}

2005 · 重庆 · 文 · 第 22 题 · 解答题

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