在数列{an}中,a1=1,an+1=can+cn+1(2n+1)(n∈N*),其中实数c≠0.
(1)求a1,a2,a3,a4;
(2)猜想{an}的通项公式并用数学归纳法证明;
(3)若对一切k∈N*有a2k>azk-1,求c的取值范围.
(1)由a1=1,
a2=ca1+c2•3=3c2+c=(22-1)c2+c,…(1分)
a3=ca2+c3•5=8c3+c3=(32-1)c3+c2,…(2分)
a4=ca3+c4•7=15c4+c3=(42-1)c4+c3,…(3分)
(2)猜测an=(n2-1)cn+cn-1,n∈N*.…(5分)
下用数学归纳法证明.
当n=1时,等式成立;
假设当n=k时,等式成立,即ak=(k2-1)ck+ck-1,…(6分)
则当n=k+1时,ak+1=cak+ck′+1(2k+1)=c[(k2-1)ck+ck-1]+ck+1(2k+1)
=(k2+2k)ck+1+ck=[(k+1)2-1]ck+1+ck,…(7分)
综上,an=(n2-1)cn+cn-1对任何n∈N*都成立.…(8分)
(3)由a2k>a2k-1,得[(2k)2-1]c2k+c2k-1>[(2k-1)2-1]c2k-1+c2k-2,…(9分)
因c2k-2>0,所以(4k2-1)c2-(4k2-4k-1)c-1>0.
解此不等式得:对一切k∈N*,有c>ck或c<c k′,
其中ck=
,ck/=(4k2-4k-1)+ (4k2-4k-1)2+4(4k2-1) 2(4k2-1)
.…(10分)(4k2-4k-1)- (4k2-4k-1)2+4(4k2-1) 2(4k2-1)
易知
ck=1,lim k→∞
又由
<(4k2-4k-1)2+4(4k2-1)
=4k2+1,(4k2-1)2+4(4k2-1)+4
知ck<
=(4k2-4k-1)+4k2+1 2(4k2-1)
<1,…(11分)8k2-4k 8k2-2
因此由c>ck对一切k∈N*成立得c≥1.…(12分)
又ck/=
<0,-2 (4k2-4k-1)+ (4k2-4k-1)2+4(4k2-1)
易知ck′单调递增,故 ck′≥c1′对一切k∈N*成立,
因此由c<ck′对一切k∈N*成立得c<c1/=-
.…(13分)1+ 13 6
从而c的取值范围为(-∞,-
)∪[1,+∞).…(14分).1+ 13 6