问题 解答题
设数列{an},{bn}的各项均为正数,若对任意的正整数n,都有an,bn2,an+1成等差数列,且bn2,an+1,bn+12成等比数列.
(Ⅰ)求证数列{bn}是等差数列;
(Ⅱ)如果a1=1,b1=
2
,比较2n与2an的大小.
答案

(Ⅰ)由题意,得2bn2=an+an+1,①

an+12=bn2bn+12,②(1分)

因为an>0,bn>0,所以由式②得an+1=bnbn+1

从而当n≥2时,an=bn-1bn

代入式①得2bn2=bn-1bn+bnbn+1,(3分)

故当n≥2时,2bn=bn-1+bn+1(n≥2),

∴数列bn是等差数列.(4分)

(II)由a1=1,b1=

2
及式①、②易得a2=3,b2=
3
2
2

因此bn 的公差  d=

2
2

从而bn=b1+(n-1)d=

2
2
(n+1),(5分)

an+1=

1
2
(n+1)(n+2),

所以当n≥2时,an=

n(n+1)
2
,③

又a1=1也适合式③,

an=

n(n+1)
2
(n∈N+).(6分)

设P=2n,Q=2n-n(n+1),

当n=1时,P=Q,当n=2,3,4时,P<Q

当n=5时,P>Q,当n=6时,P>Q

由此猜想当n≥5时,P>Q(8分)

以下用数学归纳法证明.

(1)当N=5时,P>Q显然成立,(9分)

(2)假设当n=k(k≥5)时,

P>Q成立,即2n>k(k+1)-k2+k成立,

则当n=k+1时,P=2K+1=2•2k>2k2+2k

=(k2+2k+1)+(k+1)+(k2-k-2)=(k+1)2+(k+1)+(k+1)(k-2)

∵k≥5,∴(k+1)(k-2)>0即P=2k+1>(k+1)2+(k+1)成立.

故当n=k+1时,P>Q成立.

由(1)、(2)得,当n≥5时,

P>Q成立.(11分)

因此,当n=1时,2n=2an

当n=2,3,4时,2n<2an

当n≥5时,2n>2an.(12分)

单项选择题
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