问题 解答题
已知数列{an}和{bn}满足:a1=λ,an+1=
2
3
an+n-4,bn=(-1)n(an-3n+21)
,其中λ为实数,n为正整数.
(Ⅰ)对任意实数λ,证明数列{an}不是等比数列;
(Ⅱ)试判断数列{bn}是否为等比数列,并证明你的结论;
(Ⅲ)设0<a<b,Sn为数列{bn}的前n项和.是否存在实数λ,使得对任意正整数n,都有a<Sn<b?若存在,求λ的取值范围;若不存在,说明理由.
答案

(Ⅰ)证明:假设存在一个实数λ,使{an}是等比数列,则有a22=a1a3,即(

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3
λ-3)2=λ(
4
9
λ-4)⇔
4
9
λ2-4λ+9=
4
9
λ2-4λ⇔9=0,矛盾.

所以{an}不是等比数列.

(Ⅱ)因为bn+1=(-1)n+1[an+1-3(n+1)+21]=(-1)n+1

2
3
an-2n+14)

=

2
3
(-1)n•(an-3n+21)=-
2
3
bn

又b1=-(λ+18),所以

当λ=-18,bn=0(n∈N+),此时{bn}不是等比数列:

当λ≠-18时,b1=(λ+18)≠0,由上可知bn≠0,

bn+1
bn
=-
2
3
(n∈N+).

故当λ≠-18时,数列{bn}是以-(λ+18)为首项,-

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3
为公比的等比数列.

(Ⅲ)由(Ⅱ)知,当λ=-18,bn=0,Sn=0,不满足题目要求.

∴λ≠-18,故知bn=-(λ+18)•(-

2
3
n-1,于是可得

Sn=-

n

i=1
i4=
1
5
n4+
1
2
n4+
1
3
n3-
1
30
n,

要使a<Sn<b对任意正整数n成立,

即a<-

3
5
(λ+18)•[1-(-
2
3
n]<b(n∈N+

a
1-(-
2
3
)
n
<-
3
5
(λ+18)<
b
1-(-
2
3
)
n

令f(n)=1-(-

2
3
)n,则①

当n为正奇数时,1<f(n)≤

5
3
;当n为正偶数时,
5
9
≤f(n)<1

∴f(n)的最大值为f(1)=

5
3
,f(n)的最小值为f(2)=
5
9
,.

于是,由①式得

5
9
a<-
3
5
(λ+18)<
3
5
b⇔-b-18<λ<-3a-18

当a<b≤3a时,由-b-18≥=-3a-18,不存在实数满足题目要求;

当b>3a存在实数λ,使得对任意正整数n,都有a<Sn<b,且λ的取值范围是(-b-18,-3a-18)

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