问题 解答题

对于数列an,(1)已知an是一个公差不为零的等差数列,a5=6.

①当a3=2时,若自然数n1,n2,…,nt,…满足5<n1<n2<…<nt<…,且a3,a5,an1,an2,…,ant,…是等比数列,试用t表示nt

②若存在自然数n1,n2,…,nt,…满足5<n1<n2<…<nt<…,且a3,a5,an1,an2,…,ant,…构成一个等比数列.求证:当a3是整数时,a3必为12的正约数.

(2)若数列an满足an+1an+3an+1+an+4=0,且a2009小于数列an中的其他任何一项,求a1的取值范围.

答案

(1)①因为a3=2,a5=6,所以,公差d=

a5-a3
2
=2,

从而an=a5+(n-5)d=2n-4(2分)

又a3,a5,an1,an2,ant,是等比数列,所以公比q=

a5
a3
=3,所以

ant=a5•3t=2•3t+1,t∈N*

又ant=2nt-4,所以2nt-4=2•3t+1,所以

nt=3t+1+2,t∈N*.(4分)

②因为n1>5时,a3,a5,an1成等比数列,所以a3an1=a52,即an1=

a25
a3
=
36
a3
.(6分)

所以当n≥3时,

an1=a3+(n1-3)•

a5-a3
2
=a3+
6-a3
2
(n1-3),

所以

36
a3
=a3+
6-a3
2
(n1-3),

36
a3
-a3=
6-a3
2
(n1-3),

所以

36-
a23
a3
=
6-a3
2
(n1-3).

因为6-a3≠0,所以

6+a3
a3
=
n1-3
2
,解得n1=5+
12
a3

因为n1是整数,且n1>5,所以

12
a3
是正整数,从而整数a3必为12的正约数.(8分)

(2)由an+1an+3an+1+an+4=0,得an+1an+2an+1+2an+4=an-an+1

即(an+1+2)(an+2)=(an+2)-(an+1+2).(*)(10分)

由(*)知:若存在ak=-2,则ak+1=-2;若存在ak+1=-2,则ak=-2,所以an是常数列,与“a2009小于数列an中的其他任何一项”矛盾,因此(an+1+2)(an+2)≠0.

由(*)式知

1
an+1+2
-
1
an+2
=1,从而数列{
1
an+2
}
是首项为
1
a1+2
,公差为1的等差数列,即
1
an+2
=
1
a1+2
+(n-1)
.(12分)

方法一由于数列{

1
an+2
}是递增数列,且a2009小于数列{an}中的其他任何一项,即a2009+2小于数列{an+2}中的其他任何一项,所以a2009+2<0,

且a2010+2>0,这是因为若a2009+2>0,则由

1
a2009+2
1
a2010+2

得a2009+2>a2010+2>0,即a2009>a2010,与

“a2009小于数列an中的其他任何一项”矛盾:a2010+2<0,则由

1
a2009+2
1
a2010+2
,得a2010+2<a2009+2<0,即a2009a2010,与“a2009小于数列an中的其他任何一项”矛盾:因此,a2009+2<0,且
1
a2009+2
=
1
a2010+2
-1>-1,从而-1<
1
a2009+2
<0

-1<

1
a1+2
+2008<0,即-2009<
1
a1+2
<-2008,

-

1
2008
a1+2<-
1
2009

即-1

1
2008
-2<a1<-
1
2009
-2,即-
4017
2008
a1<-
4019
2009
.(15分)

综上,a1的取值范围是(-

4017
2008
,-
4019
2009
).(16分)

方法二

1
an+2
=n-(1-
1
a1+2
),即an+2=
1
n-(1-
1
a1+2
)
,所以

当n<1-

1
a1+2
时,an+2单调递增,且an+2<0;

当n>1-

1
a1+2
时,2+an单调递减,且an+2>0.

由于a2009小于数列{an}中的其他任何一项,即a2009+2小于数列{an+2}中的其他任何一项,

所以a2009+2<0,且a2010+2>0,

即2009<1-

1
a1+2
<2010,

即-2009<

1
a1+2
<-2008,

即-

1
2008
a1+2<
1
2009

解得-

4017
2008
a1<-
4019
2009

综上,a1的取值范围是(-

4017
2008
,-
4019
2009
).(16分)

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