问题 解答题
已知数列{an}和{bn}满足:a1=λ,an+1=
2
3
an+n
,bn=(-1)n(an-3n+9),其中λ为实数,n为正整数.
(1)若数列{an}前三项成等差数列,求λ的值;
(2)试判断数列{bn}是否为等比数列,并证明你的结论;
(3)设0<a<b,Sn为数列{bn}的前n项和.是否存在实数λ,使得对任意正整数n,都有a<Sn<b?若存在,求λ的取值范围;若不存在,说明理由.
答案

(1)∵a1=λ,∴a2=

2
3
a1+1=
2
3
λ+1
a3=
2
3
a2+2
=
2
3
(
2
3
λ+1)+2
=
4
9
λ+
8
3

∵数列{an}前三项成等差数列,∴2a2=a1+a3

2(

2
3
λ+1)=λ+
4
9
λ+
8
3
,解得λ=-6.

∴λ的值为-6.

(2)由(1)可知:若λ=-6,则an=-6+3(n-1)=3n-9,此时bn=0不是等比数列;

当λ≠-6时,an≠3n-9.

bn+1=(-1)n+1[an+1-3(n+1)+9]=(-1)n+1(

2
3
an+n-3n+6)=-
2
3
×(-1)n(an-3n+9)
=-
2
3
bn

又b1=-(a1-3+9)=-λ-6≠0,

∴数列{bn}是以-λ-6为首项,-

2
3
为公比的等比数列.

(3)由(1)(2)可知:①当λ=-6时,bn=0,对于给定的0<a<b,对任意正整数n,0<a<Sn<b不成立.

②当λ≠-6时,假设存在实数λ,使得对任意正整数n,都有a<Sn<b成立.

由(2)可知:数列{bn}是以-λ-6为首项,-

2
3
为公比的等比数列,∴bn=(-λ-6)×(-
2
3
)n-1
=(-1)n(λ+6)•(
2
3
)n-1

∴Sn=(-λ-6)[1-

2
3
+(-
2
3
)2+…+(-
2
3
)n-1]=(-λ-6)•
1-(-
2
3
)n
1-(-
2
3
)
=
3(-λ-6)
5
[1-(-
2
3
)n]

当n→+∞时,(-

2
3
)n→0.

当λ>-6时,Sn<0,此时对任意正整数n,a<Sn<b不成立.

当λ<-6时,n=2k(k∈N*)时,∵

5
9
<1-(-
2
3
)2k<1,∴0<
-λ-6
3
Sn
3(-λ-6)
5

n=2k-1(k∈N*)时,1<1-(-

2
3
)2k-1
5
3
,∴0<
3(-λ-6)
5
Sn<(-λ-6)

0<

-λ-6
3
3(-λ-6)
5
<(-λ-6).

∴对于任意正整数n,0<

-λ-6
3
Sn<-λ-6.

∵设0<a<b,Sn为数列{bn}的前n项和,使得对任意正整数n,都有a<Sn<b.

∴必有

a≤
-λ-6
3
b≥-λ-6
,解得-6-b≤λ≤-3a-6.(a≤
b
3
)

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