问题 解答题
已知函数f(x)=x2+x及两个正整数数列{an},{bn}若a1=3,an+1=f'(an)对任意n∈N*恒成立,且b1=1,b2=λ,且当n≥2时,有
b2n
-1<bn+1bn-1
b2n
+1
;又数列{cn}满足:2(λbn+cn-1)=2nλbn+an-1.
(1)求数列{an}及{bn}的通项公式;
(2)求数列{cn}的前n项和Sn
(3)证明存在k∈N*,使得
Cn+1
cn
Ck+1
ck
对任意n∈N*均成立.
答案

(1)由

b2n
-1<bn-1bn+1
b2n
+1.

因为{bn}是正整数列,所以bn-1bn+1=

b2n

于是{bn}是等比数列,

又b1=1,b2=λ,所以bn=λn-1(2分)

因为f(x)=x2+x,所以f'(x)=2x+1,

∵an+1=f'(an

∴an+1=2an+1

∴an+1+1=2(an+1)

∵a1=3,

∴数列{an+1}是以4为首项,以2为公比的等比数列.

∴an+1=4×2n-1=2n+1

an=2n+1-1(5分)

(2)由2(λbn+cn-1)=2nλbn+an-1得:cn=λ(n-1)bn+

1
2
(an+1).

bn=λn-1an=2n+1-1得:cn=(n-1)λn+2n(6分)

Tn=λ2+2λ2+3λ4+…+(n-2)λn-1+(n-1)λn

λTn=λ3+2λ4+3λ5+…+(n-2)λn+(n-1)λn+1

当λ≠1时,①式减去②式,得(1-λ)Tn=λ2+λ3+…+λn-(n-1)λn+1=

λ2-λn+1
1-λ
-(n-1)λn+1

于是,Tn=

λ2-λn+1
(1-λ)2
-
(n-1)λn+1
(1-λ)
=
(n-1)λn+2-nλn+1+λ2
(1-λ)2
(8分)

这时数列{an}的前n项和Sn=

(n-1)λn+2-nλn+1+λ2
(1-λ)2
+2n+1-2(9分)

当λ=1时,Tn=

n(n-1)
2
.这时数列{an}的前n项和Sn=
n(n-1)
2
+2n+1-2
(10分)

(3)证明:通过分析,推测数列{

cn+1
cn
}的第一项
c2
c1
最大,

下面证明:

cn+1
cn
c2
c1
=
λ2+4
2
,n≥2③(11分)

由λ>0知cn>0要使③式成立,只要2cn+1<(λ2+4)cn(n≥2)

因为(λ2+4)cn=(λ2+4)(n-1)λn+(λ2+1)2n>4λ•(n-1)λn+4×2n=4(n-1)λn+1+2n+2≥2nλn+1+2n+2=2cn+1,n≥2. 所以③式成立.

因此,存在k=1,使得

cn+1
cn
ck+1
ck
=
c2
c1
对任意n∈N*均成立.(14分)

单项选择题
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