问题 解答题
在数列{an}中,a1=2,an+1=λann+1+(2-λ)2n(n∈N*),其中λ>0.
(I)求数列{an}的通项公式;
(II)求数列{an}的前n项和Sn
(III)证明存在k∈N*,使得
an+1
an
ak+1
ak
对任意n∈N*均成立.
答案

(I)解法一:a2=2λ+λ2+(2-λ)×2=λ2+22,a3=λ(λ2+22)+λ3+(2-λ)×22=2λ3+23

a4=λ(2λ3+23)+λ4+(2-λ)×23=3λ4+24

由此可猜想出数列{an}的通项公式为an=(n-1)λn+2n

以下用数学归纳法证明.

(1)当n=1时,a1=2,等式成立.

(2)假设当n=k时等式成立,即ak=(k-1)λk+2k

那么,ak+1=λakk+1+(2-λ)2k=λ(k-1)λk+λ2kk+1+2k+1-λ2k=[(k+1)-1]λk+1+2k+1

这就是说,当n=k+1时等式也成立.根据(1)和(2)可知,等式an=(n-1)λn+2n对任何n∈N*都成立.

解法二:由an+1=λann+1+(2-λ)2n(n∈N*),λ>0,可得

an+1
λn+1
-(
2
λ
)n+1=
an
λn
-(
2
λ
)n+1,

所以{

an
λn
-(
2
λ
)
n
}为等差数列,其公差为1,首项为0.故
an
λn
-(
2
λ
)n=n-1

所以数列{an}的通项公式为an=(n-1)λn+2n

(II)设Tn2+2λ3+3λ4++(n-2)λn-1+(n-1)λn

λTn3+2λ4+3λ5++(n-2)λn+(n-1)λn+1.②

当λ≠1时,①式减去②式,得(1-λ)Tn23++λn-(n-1)λn+1=

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

这时数列{an}的前n项和Sn=

(n-1)λn+2-nλn+1+λ2
(1-λ)2
+2n+1-2.

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

(III)证明:通过分析,推测数列{

an+1
an
}的第一项
a2
a1
最大.下面证明:
an+1
an
a2
a1
=
λ2+4
2
,n≥2
.③

由λ>0知an>0.要使③式成立,只要2an+1<(λ2+4)an(n≥2).因为(λ2+4)an=(λ2+4)(n-1)λn+(λ2+4)2n>4λ.(n-1)λn+4×2n=4(n-1)λn+1+2n+2≥2nλn+1+2n+2=2an+1,n>2.

所以③式成立.因此,存在k=1,使得

an+1
an
ak+1
ak
=
a2
a1
对任意n∈N*均成立.

填空题
单项选择题