问题 解答题
数列{an}和数列{bn}(n∈N*)由下列条件确定:
(1)a1<0,b1>0;
(2)当k≥2时,ak与bk满足如下条件:当
ak-1+bk-1
2
≥0时,ak=ak-1,bk=
ak-1+bk-1
2
;当
ak-1+bk-1
2
<0时,ak=
ak-1+bk-1
2
,bk=bk-1
解答下列问题:
(Ⅰ)证明数列{ak-bk}是等比数列;
(Ⅱ)记数列{n(bk-an)}的前n项和为Sn,若已知当a>1时,
lim
n→∞
n
an
=0,求
lim
n→∞
Sn

(Ⅲ)m(n≥2)是满足b1>b2>…>bn的最大整数时,用a1,b1表示n满足的条件.
答案

(Ⅰ)当

ak-1+bk-1
2
≥0时,bk-ak=
ak-1+bk-1
2
-ak-1=
1
2
(bk-1ak-1),

ak-1+bk-1
2
<0时,bk-ak=bk-1-
ak-1+bk-1
2
=
1
2
(bk-1ak-1),

所以不论哪种情况,都有bk-ak=

1
2
(bk-1ak-1),又显然b1-a1>0,故数列{ak-bk}是等比数列(4分)

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,bn-an=(b1-a1)=(

1
2
)n-1,故n(bn-an)=(b1-a1)•
n
2n-1

Sn=(b1-a1)(1+

2
2
+
3
22
+…+
n
2n-2
+
n
2n-1
),所以
1
2
Sn=(b1-a1)(1+
2
22
+
3
23
…+
n
2n-1
+
n
2n
),

所以

1
2
Sn=(b1-a1)(1+
1
2
+
1
23
+…+
1
2n-1
+
n
2n
),Sn=(b1-a1)[4(1-
1
2n
)-
2n
2n
](7分)

又当a>1时

lim
n→∞
n
an
=0,
lim
n→∞
Sn=4(b1-a1).(8分)

(Ⅲ)当b1>b2>…>bn(n≥2)时,bk≠bk-1(2≤k≤n),由(2)知

ak-1+bk-1
2
<0不成立,

ak-1+bk-1
2
≥0,从而对于2≤k≤n,有ak=ak-1,bk=
ak-1+bk-1
2
,于是an=an-1=…=a1

故bn=a1+(b1-a1(

1
2
)n -1(10分)

an+bn
2
=
1
2
{a1+[a1+(b1-a1(
1
2
)
n+1
]}若
an+bn
2
≥0,则bn+1=
an+bn
2

bn+1-bn={a1+(b1-a1(

1
2
)n}-{a1+(b1-a1(
1
2
)
n-1
}=-(b1-a1(
1
2
)
n
<0,

所以bn+1<bn=,这与n是满足b1>b2>…>bn(n≥2)的最大整数矛盾.

因此n是满足

an+bn
2
<0的最小整数.(12分)

an+bn
2
<0⇔
b1-a1
-a1
<2n⇔log2
a1-b1
a1
<n,

因而n是满足log2

a1-b1
a1
<n的最小整数.(14分)

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