共找到 30 题
排序:
组题
本页 25 题去组卷
21数列★★★★☆
设数列 {an}\{a_{n}\} 的前 nn 项和 SnS_{n} 满足 Sn+1=a2Sn+a1S_{n + 1} = a_2S_n + a_1,其中 a2≠0a_2\neq 0.
(1) 求证: {an}\{a_{n}\} 是首项为 1 的等比数列; (2) 若 a2>−1a_{2} > -1,求证:Sn⩽n2(a1+an)S_{n} \leqslant \frac{n}{2}(a_{1} + a_{n}),并给出等号成立的充要条件.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 取 n=1n=1,由题设得
S2=a2S1+a1S_{2}=a_{2}S_{1}+a_{1}
又 S1=a1S_{1}=a_{1},S2=a1+a2S_{2}=a_{1}+a_{2},所以 a1+a2=a2a1+a1a_{1}+a_{2}=a_{2}a_{1}+a_{1},a2(1−a1)=0a_{2}(1-a_{1})=0 因 a2≠0a_{2}\ne0,故 a1=1a_{1}=1.
对 n≥2n\ge2,将 Sn+1=a2Sn+a1S_{n+1}=a_{2}S_{n}+a_{1},Sn=a2Sn−1+a1S_{n}=a_{2}S_{n-1}+a_{1} 相减,得
an+1=Sn+1−Sn=a2(Sn−Sn−1)=a2ana_{n+1}=S_{n+1}-S_{n}=a_{2}(S_{n}-S_{n-1})=a_{2}a_{n}
结合 a1=1a_{1}=1,可得
an=a2 n−1a_{n}=a_{2}^{\,n-1}
所以 {an}\{a_{n}\} 是首项为 11、公比为 a2a_{2} 的等比数列.
\item 由上问,令 r=a2r=a_{2},则 r>−1r>-1,r≠0r\ne0,且 a1=1a_{1}=1,an=rn−1a_{n}=r^{n-1}.
Sn=∑k=0n−1rkS_{n}=\sum_{k=0}^{n-1}r^{k}
对 k=0k=0,11,…\ldots,n−1n-1,有
1+rn−1−rk−rn−1−k=(1−rk)(1−rn−1−k)≥01+r^{n-1}-r^{k}-r^{n-1-k} =\left(1-r^{k}\right)\left(1-r^{n-1-k}\right)\ge0
这里,当 −1<r<0-1<r<0 时各因子均非负;当 0<r<10<r<1 时各因子均非负;当 r>1r>1 时各因子均非正,乘积仍非负;r=1r=1 时乘积为零. 对 k=0k=0 到 n−1n-1 求和,得到
n(1+rn−1)−2∑k=0n−1rk≥0n\left(1+r^{n-1}\right)-2\sum_{k=0}^{n-1}r^{k}\ge0
因此
Sn≤n2(1+rn−1)=n2(a1+an)S_{n}\le\frac n2\left(1+r^{n-1}\right) =\frac n2(a_{1}+a_{n})
当 n=1n=1 或 n=2n=2 时,上式两端直接相等. 若 n≥3n\ge3 且 r≠1r\ne1,取 k=1k=1,则 1−r≠01-r\ne0,且 1−rn−2≠01-r^{n-2}\ne0,上面的求和严格为正,不能取等号. 当 r=1r=1 时 an=1a_{n}=1,显然对任意 nn 都取等号. 所以等号成立的充要条件为
n=1或n=2或a2=1n=1\quad\text{或}\quad n=2\quad\text{或}\quad a_{2}=1
\end{enumerate} \end{solution}

2012 · 重庆 · 理 · 第 21 题 · 解答题

查看答案和解析
21数列★★★★★
在数列 {an}\{a_{n}\} 中,a1=1a_{1} = 1,an+1=can+cn+1(2n+1)a_{n + 1} = c a_{n} + c^{n + 1}(2n + 1)(n∈N∗n \in \mathbf{N}^{*}),其中实数 c≠0c \neq 0.
(1) 求 {an}\{a_{n}\} 的通项公式; (2) 若对一切 k∈N∗k \in \mathbf{N}^* 有 a2k>a2k−1a_{2k} > a_{2k-1},求 cc 的取值范围.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 令 bn=ancnb_n=\frac{a_n}{c^n}. 由递推式得 bn+1=an+1cn+1=ancn+2n+1=bn+2n+1b_{n+1}=\frac{a_{n+1}}{c^{n+1}}=\frac{a_n}{c^n}+2n+1=b_n+2n+1,且 b1=1cb_1=\frac{1}{c}. 因此 bn=1c+∑j=1n−1(2j+1)=1c+n2−1b_n=\frac{1}{c}+\sum_{j=1}^{n-1}(2j+1)=\frac{1}{c}+n^2-1,从而 an=cnbn=cn−1(c(n2−1)+1)a_n=c^n b_n=c^{n-1}\left(c(n^2-1)+1\right). \item 由通项公式,
a2k−a2k−1=c2k−2((4k2−1)c2+(−4k2+4k+1)c−1)a_{2k}-a_{2k-1}=c^{2k-2}\left((4k^2-1)c^2+(-4k^2+4k+1)c-1\right)
由于 c2k−2>0c^{2k-2}>0,条件等价于 Dk(c)>0D_k(c)>0,其中 Dk(c)=(4k2−1)c2+(−4k2+4k+1)c−1D_k(c)=(4k^2-1)c^2+(-4k^2+4k+1)c-1. 特别地,D1(c)=3c2+c−1>0D_1(c)=3c^2+c-1>0,所以 c<−1−136c<\frac{-1-\sqrt{13}}{6} 或 c>−1+136c>\frac{-1+\sqrt{13}}{6}. 另一方面,直接计算得 Dk(c)=D1(c)+4(k−1)c((k+1)c−k)D_k(c)=D_1(c)+4(k-1)c((k+1)c-k). 当 c<−1−136<0c<\frac{-1-\sqrt{13}}{6}<0 时,后加项为正,故所有 Dk(c)>0D_k(c)>0. 当 c⩾1c\geqslant1 时,D1(c)>0D_1(c)>0,且后加项非负,故所有 Dk(c)>0D_k(c)>0. 若 0<c<10<c<1,则 Dk(c)(4k2)→c2−c<0D_k\frac{(c)}{(4k^2)}\to c^2-c<0,故充分大的 kk 使 Dk(c)<0D_k(c)<0;若 −1−136⩽c⩽0\frac{-1-\sqrt{13}}{6}\leqslant c\leqslant0,则 D1(c)⩽0D_1(c)\leqslant0,也不满足严格不等式. 综上,cc 的取值范围为 (−∞,−1−136)∪[1,+∞)\left(-\infty,\frac{-1-\sqrt{13}}{6}\right)\cup[1,+\infty). \end{enumerate} \end{solution}

2010 · 重庆 · 理 · 第 21 题 · 解答题

查看答案和解析
21数列★★★★★
设 mm 个不全相等的正数 a1a_1,a2a_2,…\ldots,ama_m(m⩾7m\geqslant 7)依次围成一个圆圈.
(1) 若 m=2009m=2009,且 a1a_1,a2a_2,…\ldots,a1005a_{1005} 是公差为 dd 的等差数列,而 a1a_1,a2009a_{2009},a2008a_{2008},…\ldots,a1006a_{1006} 是公比为 qq 的等比数列;数列 a1a_1,a2a_2,…\ldots,ama_m 的前 nn 项和 SnS_n(n⩽mn\leqslant m)满足:S3=15S_3=15,S2009=S2007+12a1S_{2009}=S_{2007}+12a_1,求通项 ana_n(n⩽mn\leqslant m). (2) 若每个数 ana_n(n⩽mn\leqslant m)是其左右相邻两数平方的等比中项,求证:a1+⋯+a6+a72+⋯+am2>ma1a2⋯ama_1+\cdots+a_6+a_7^2+\cdots+a_m^2>ma_1a_2\cdots a_m.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由正数条件 q>0q>0. 等比数列的排列顺序给出 a2009=a1qa_{2009}=a_1q,a2008=a1q2a_{2008}=a_1q^2. 又
S2009−S2007=a2008+a2009=12a1S_{2009}-S_{2007}=a_{2008}+a_{2009}=12a_1
所以 q2+q=12q^2+q=12. 结合 q>0q>0,得 q=3q=3.
令 a1=ta_1=t. 前 10051005 项为等差数列,且
S3=a1+(a1+d)+(a1+2d)=3a1+3d=15S_3=a_1+(a_1+d)+(a_1+2d)=3a_1+3d=15
故 d=5−td=5-t. 因而 an=t+(n−1)(5−t)a_n=t+(n-1)(5-t),1⩽n⩽10051\leqslant n\leqslant1005. 后面的等比数列按题目给出的次序为 an=t 32010−na_n=t\,3^{2010-n},1006⩽n⩽20091006\leqslant n\leqslant2009. 为了保证等差部分各项为正,只需两端均为正,即 t>0t>0,t+1004(5−t)=5020−1003t>0t+1004(5-t)=5020-1003t>0. 所以题面条件得到的是一族数列
0<t<50201003,an={t+(n−1)(5−t),1⩽n⩽1005,t 32010−n,1006⩽n⩽2009.0<t<\frac{5020}{1003},\qquad a_n=\begin{cases} t+(n-1)(5-t),&1\leqslant n\leqslant1005,\\ t\,3^{2010-n},&1006\leqslant n\leqslant2009. \end{cases}
题面没有给出 d=qd=q 或其他联系 dd 与 qq 的条件,因此不能唯一确定 tt. 例如额外补充题面未出现的 d=qd=q 时才得到 t=2t=2,d=3d=3,这不能作为原题的必然结论.
\item 由于各项为正,“ana_n 是左右相邻两数平方的等比中项”表示
an2=an−1 2an+1 2a_n^2=a_{n-1}^{\,2}a_{n+1}^{\,2}
其中下标按圆圈循环. 于是 an=an−1an+1a_n=a_{n-1}a_{n+1},an+1=anan−1a_{n+1}=\frac{a_n}{a_{n-1}}. 逐次使用后一关系,得到 ar+2=ar+1ara_{r+2}=\frac{a_{r+1}}{a_r},ar+3=1ara_{r+3}=\frac1{a_r},ar+4=1ar+1a_{r+4}=\frac1{a_{r+1}},ar+5=arar+1a_{r+5}=\frac{a_r}{a_{r+1}},ar+6=ara_{r+6}=a_r. 所以数列具有六项周期.
若 m=6k+pm=6k+p,其中 0⩽p<60\leqslant p<6,圆周闭合又使数列具有 pp 项周期. 若 p=1p=1 或 p=5p=5,所有项相等,设为 cc,递推式给出 c=c2c=c^2,因正数而 c=1c=1. 若 p=2p=2 或 p=4p=4,奇数项均为 uu、偶数项均为 vv,递推式给出 u=v2u=v^2、v=u2v=u^2,从而 u=v=1u=v=1. 若 p=3p=3,设三个周期值为 uu,vv,ww,则 u=wvu=wv,v=uwv=uw,w=uvw=uv. 由前两式得 w=1w=1,再由第三式得 u=v=1u=v=1. 这些情形都与“不全相等”矛盾,故 m=6km=6k.
将递推式对 n=1n=1,…\ldots,mm 相乘,设 P=a1a2⋯amP=a_1a_2\cdots a_m,则
P=P2P=P^2
因 P>0P>0,故 P=1P=1. 由 a2=a1a3a_2=a_1a_3,a3=a2a4a_3=a_2a_4,a4=a3a5a_4=a_3a_5,a5=a4a6a_5=a_4a_6 依次得到 a3=a2a1a_3=\frac{a_2}{a_1},a4=1a1a_4=\frac1{a_1},a5=1a2a_5=\frac1{a_2},a6=a1a2a_6=\frac{a_1}{a_2}. 因此 a1+a4⩾2a_1+a_4\geqslant2,a2+a5⩾2a_2+a_5\geqslant2,a3+a6⩾2a_3+a_6\geqslant2. 三式同时取等号会导致 a1=a2=1a_1=a_2=1,进而六项全为 11,再由六项周期与“不全相等”矛盾,所以
a1+⋯+a6>6a_1+\cdots+a_6>6
同样由平方的均值不等式, a12+a42⩾2a_1^2+a_4^2\geqslant2,a22+a52⩾2a_2^2+a_5^2\geqslant2,a32+a62⩾2a_3^2+a_6^2\geqslant2, 故 a12+⋯+a62⩾6a_1^2+\cdots+a_6^2\geqslant6. 因 m=6km=6k 且六项周期,
a72+⋯+am2=(k−1)(a12+⋯+a62)⩾6(k−1)a_7^2+\cdots+a_m^2=(k-1)(a_1^2+\cdots+a_6^2)\geqslant6(k-1)
于是
a1+⋯+a6+a72+⋯+am2>6+6(k−1)=6k=m=mP=ma1a2⋯ama_1+\cdots+a_6+a_7^2+\cdots+a_m^2 >6+6(k-1)=6k=m=mP=ma_1a_2\cdots a_m
证毕. \end{enumerate} \end{solution}

2009 · 重庆 · 理 · 第 21 题 · 解答题

查看答案和解析