问题 解答题
已知负数a1和正数b1,且对任意的正整数n,当
an+bn
2
≥0时,有[an+1,bn+1]=[an
an+bn
2
];当
an+bn
2
<0时,有[an+1,bn+1]=[
an+bn
2
,bn].
(1)求证数列{bn-an}是等比数列;
(2)若a1=-1,b1=2,求证a2n=-2b2n(n∈N*);
(3)是否存在a1,b1,使得数列{an}为常数数列?请说明理由.
答案

(1)当

an+bn
2
≥0时,bn+1-an+1=
an+bn
2
-an=
bn-an
2

an+bn
2
<0,bn+1-an+1=bn-
an+bn
2
=
bn-an
2

所以,总有bn+1-an+1=

1
2
(bn-an),

又b1>0,a1<0,可得b1-a1>0,

所以数列{bn-an}是等比数列.(4分)

(2)①由a1=-1,b1=2,可得

a1+b1
2
=
1
2
>0,

故有[a2b2]=[a1

a1+b1
2
],

b2=

a1+b1
2
=
1
2
,a2=a1=-1,从而a2=-2b2

故当n=1时,a2n=-2b2n成立.(6分)

②假设当n=k时,a2n=-2b2n成立,即a2k=-2b2k

由b2k-a2k=3b2k>0,可得b2k>0,

a2k+b2k
2
=
-2b2k+b2k
2
=-
b2k
2
<0,

故有[a2k+1b2k+1]=[

a2k+b2k
2
b2k],

a2k+1=

a2k+b2k
2
=-
b2k
2
b2k+1=b2k,(9分)

a2k+1+b2k+1
2
=
-
b2k
2
+b2k
2
=
b2k
4
>0,

故有[a2k+2b2k+2]=[a2k+1

a2k+1+b2k+1
2
]

b2k+2=

a2k+1+b2k+1
2
=
b2k
4
a2k+2=a2k+1=-
b2k
2

故a2(k+1)=-2b2(k+1)

∴当n=k+1时,a2n=-2b2n成立.

综合①②可得对一切正整数n,都有a2n=-2b2n.(12分)

(3)假设存在a1,b1,使得数列{an}为常数数列,

由(1)可得bn-an=(b1-a1)(

1
2
n-1,又an=a1

故bn=a1+(b1-a1)(

1
2
n-1,(14分)

由an+1=an恒成立,可知

an+bn
2
≥0,即a1+(b1-a1)(
1
2
n≥0恒成立,

即2n

a1-b1
a1
对任意的正整数n恒成立,(16分)

a1-b1
a1
是正数,

故n≤log2

a1-b1
a1
对任意的正整数n恒成立,

因为log2

a1-b1
a1
是常数,

故n≤log2

a1-b1
a1
不可能对任意正整数n恒成立.

故不存在a1,b1,使得数列{an}为常数数列.(18分)

单项选择题
单项选择题