设A是满足下列两个条件的无穷数列{an}的集合: ①
(Ⅰ)若{an}是等差数列,Sn是其前n项的和,a3=4,S3=18,证明:{Sn}∈A; (Ⅱ)对于(Ⅰ)中数列{an},正整数n1,n2,…,nt…(t∈N*)满足7<n1<n2<…<nt<…(t∈N*),并且使得a6,a7,an1,an2,…,ant,…成等比数列. 若bm=10m-nm(m∈N*),则{bm}∈A是否成立?若成立,求M的取值范围,若不成立,请说明理由; (Ⅲ)设数列{cn}的各项均为正整数,且{cn}∈A,证明:cn≤cn+1. |
(Ⅰ)设等差数列{an}的公差是d,
则a1+2d=4,3a1+3d=18,
解得a1=8,d=-2.,
所以Sn=na1+
d=-n2+9n.n(n-1) 2
由
-Sn+1=Sn+Sn+2 2
[(-n2+9n)-(n+2)2+9(n+2)+2(n+1)2-18(n+1)]<0,1 2
得
<Sn+1,适合条件 ①.Sn+Sn+2 2
又Sn=-n2+9n=-(n-
)2+9 2
,81 4
所以当n=4或5时,Sn取得最大值20,
即Sn≤20,适合条件 ②.
所以,{Sn}∈A.4分
(Ⅱ)由(Ⅰ)得a1=8,d=-2,
故an=8-2(n-1)=10-2n,
因此a6=-2,a7=-4.
因为a6,a7,an1,an2,…,ant,…成等比数列,
故q=
=2.a7 a6
所以ant=a6•qt+1=-2•2t+1.
又ant=10-2nt,所以nt=2t+1+5.
从而bm=10m-2m+1-5.
因为
-bm+1=bm+bm+2 2
-[10(m+1)-2m+2-5]=-2m<0,(10m-2m+1-5)+[10(m+2)-2m+3-5] 2
故
<bm+1.bm+bm+2 2
又b1<b2<b3,并且b3>b4>b5>…,
而b3=10×3-23+1-5=9,
故当m∈N*时,bm≤9.
综上,当m∈N*时,{bm}∈A,此时M的取值范围是[9,+∞).9分
(Ⅲ)假设存在正整数k,使得ck>ck+1成立.
由数列{cn}的各项均为正整数,
可得ck≥ck+1+1,即ck+1≤ck-1.
∵
≤ck+2,ck+1+ck+2 2
∴ck+2≤2ck+1-ck
≤2(ck-1)-ck
=ck-2,
由ck+2≤2ck+1-ck及ck>ck+1,
得ck+2<2ck+1-ck+1=ck+1,
故ck+2≤ck+1-1.
∵
≤ck+2,ck+1+ck+3 2
∴ck+3≤2ck+2-ck+1≤2(ck+1-1)-ck+1=ck+1-2≤ck-3,
依此类推,可得ck+m≤ck-m(m∈N*).
设ck=p(p∈N*),则当m=p时,有ck+p≤ck-p=0,
这显然与数列{cn}的各项均为正整数矛盾.
所以假设不成立,即对于任意n∈N*,都有cn≤cn+1成立.14分.