问题 解答题

已知集合A={x|x2+a≤|a+1|x,a∈R}

(1)求A;

(2)若以a为首项,a为公比的等比数列前n项和记为Sn,问是否存在实数a使得对于任意的n∈N*,均有Sn∈A.若存在,求出a的取值范围,若不存在,说明理由.

答案

(1)由x2+a≤|a+1|x,a∈R,

a+1≥0
x2-(a+1)x+a≤0
a+1<0
x2+(a+1)x+a≤0

∴a>1时,1≤x≤a;-1≤a≤1时,a≤x≤1;a<-1时,-1≤x≤-a

∴a>1时,A={x|1≤x≤a};-1≤a≤1时,A={x|a≤x≤1};a<-1时,A={x|-1≤x≤-a}

(2)①当a≥1时,A={x|1≤x≤a},而当n=2时,S2=a+a2,若S2∈A,则1≤a+a2≤a,得

a2+a-1≥1
a2≤0
a≥1
,此不等式组的解集为空集,故a≥1时,不存在满足条件的实数a;

②当0<a<1时,A={x|a≤x≤1};而Sn=a+a2+…+an=

a
1-a
(1-an)是关于n的增函数,且
lim
x→∞
Sn=
a
1-a
,故Sn∈[a,
a
1-a
)
,故对任意的n∈N*,要使Sn∈A,只需a满足
0<a<1
a
1-a
≤1
,解得0<a≤
1
2

③当a<-1时,A={x|-1≤x≤-a},显然S1=a∉A,故不存在满足条件的实数a;

④当a=-1时,A={x|-1≤x≤1},S2n-1=-1,S2n=1,适合;

⑤当-1<a<0时,A={x|a≤x≤1},S2n+1=S2n-1+a2n+a2n+1=S2n-1+a2n+a2n+1=S2n-1+a2n(1+a)

∵a2n>0,1+a>0,∴a2n(1+a)>0,∴S2n+1>S2n-1S2n+2=S2n+a2n+1+a2n+2=S2n+a2n+1+a2n+2=S2n+a2n+1(1+a)

∵a2n+1=a2n•a<0,1+a>0,∴a2n+1(1+a)<0,∴S2n+2<S2n

又∵S2n+1-S2n=

a(1-a2n+1)
1-a
-
a(1-a2n)
1-a
=
a
1-a
(a2n-a2n+1)=
a2n+1(1-a)
1-a
=a2n+1<0

∴S2n+1<S2n

而S2=S1+a2>S1

故S1<S3<S5<S7<…<S2n+1<…<S2n<S2n-2<…<S4<S2

故对任意的n∈N*,要使Sn∈A,只需

S2∈A
S1∈A
,即
-1<a<0
a+a2≤1
a≥a
,解得-1<a<0

综上所述,a的取值范围是{a|0<a≤

1
2
或-1≤a<0}

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