问题 解答题

已知等差数列{an}的通项公式为an=3n-2,等比数列{bn}中,b1=a1,b4=a3+1.记集合A={x|x=an,n∈N*},B={x|x=bn,n∈N*},U=A∪B,把集合U中的元素按从小到大依次排列,构成数列{cn}.

(Ⅰ)求数列{bn}的通项公式;

(Ⅱ)求数列{cn}的前50项和S50

(Ⅲ)把集合∁UA中的元素从小到大依次排列构成数列{dn},写出数列{dn}的通项公式,并说明理由.

答案

(Ⅰ)设等比数列{bn}的公比为q,

∵b1=a1=1,b4=a3+1=8,则q3=8,∴q=2,

∴bn=2n-1

(Ⅱ)根据数列{an}和数列{bn}的增长速度,数列{cn}的前50项至多在数列{an}中选50项,数列{an}的前50项所构成的集合为{1,4,7,10,…,148},

由2n-1<148得,n≤8,数列{bn}的前8项构成的集合为{1,2,4,8,16,32,64,128},其中1,4,16,64是等差数列{an}中的项,2,8,32,128不是等差数列中的项,a46=136>128,故数列{cn}的前50项应包含数列{an}的前46项和数列{bn}中的2,8,32,128这4项.

所以S50=

46(a1+a46)
2
+2+8+32+128=3321;              

(Ⅲ)据集合B中元素2,8,32,128∉A,猜测数列{dn}的通项公式为dn=22n-1

∵dn=b2n,∴只需证明数列{bn}中,b2n-1∈A,b2n∉A(n∈N*),

证明如下:∵b2n+1-b2n-1=22n-22n-2=4n-4n-1=3×4n-1,即b2n+1=b2n-1+3×4n-1

若∃m∈N*,使b2n-1=3m-2,那么b2n+1=3m-2+3×4n-1=3(m+4n-1)-2,

所以,若b2n-1∈A,则b2n+1∈A.因为b1∈A,重复使用上述结论,即得b2n-1∈A(n∈N*).

同理,b2n+2-b2n=22n+1-22n-1=2×4n-2×4n-1=3×2×4n-1,即b2n+2=b2n+3×2×4n-1

因为“3×2×4n-1”为数列{an}的公差3的整数倍,

所以说明b2n 与b2n+2(n∈N*)同时属于A或同时不属于A,

当n=1时,显然b2=2∉A,即有b4=2∉A,重复使用上述结论,即得b2n∉A,

∴dn=22n-1

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