问题 解答题
已知An(an,bn)(n∈N*)是曲线y=ex上的点,a1=a,Sn是数列{an}的前n项和,且满足:Sn2=3n2an+
S2n-1
,a≠0,n=2,3,4…

(1)证明:数列(
bn+2
bn
)(n≥2)
是常数数列;
(2)确定a的取值集合M,使得当a∈M时,数列{an}是单调递增数列;
(3)证明:当a∈M时,弦AnAn+1(n∈N*)的斜率随n单调递增.
答案

(I)当n≥2时,由已知得Sn2-Sn-12=3n2an

因为an=Sn-Sn-1≠0,所以Sn+Sn-1=3n2①,

于是Sn+1+Sn=3(n+1)2②,

由②-①得an+1+an=6n+3③,

于是an+2+an+1=6n+9④,

由④-③得an+2-an=6⑤,

An(an,bn)(n∈N*)是曲线y=ex上的点,所以bn=ean

所以

bn+2
bn
=ean+2-an=e6,是常数,即数列{
bn+2
bn
}(n≥2)是常数数列.

(II)由①有S2+S1=12,所以a2=12-2a、由③有a3+a2=15,a4+a3=21,所以a3=3+2a,a4=18-2a.

而⑤表明:数列{a2k}和{a2k+1}分别是以a2,a3为首项,6为公差的等差数列,

所以a2k=a2+6(k-1),a2k+1=a3+6(k-1),a2k+2=a4+6(k-1)(k∈N*),

数列{an}是单调递增数列⇔a1<a2且a2k<a2k+1<a2k+2对任意的k∈N*成立.

⇔a1<a2且a2+6(k-1)<a3+6(k-1)<a4+6(k-1)

⇔a1<a2<a3<a4⇔a<12-2a<3+2a<18-2a

9
4
<a<
15
4

即所求a的取值集合是M={a|

9
4
<a<
15
4
}.

(III)弦AnAn+1的斜率为kn=

bn+1-bn
an+1-an
=
ean+1-ean
an+1-an

任取x0,设函数f(x)=

ex-ex0
x-x0
,则f(x)=
ex(x-x0)-(ex-ex0)
(x-x0)2

记g(x)=ex(x-x0)-(ex-ex0),则g'(x)=ex(x-x0)+ex-ex=ex(x-x0),

当x>x0时,g′(x)>0,g(x)在(x0,+∞)上为增函数,

当x<x0时,g′(x)<0,g(x)在(-∞,x0)上为减函数,

所以x≠x0时,g(x)>g(x0)=0,从而f′(x)>0,

所以f(x)在(-∞,x0)和(x0,+∞)上都是增函数.

由(II)知,a∈M时,数列{an}单调递增,

取x0=an,因为an<an+1<an+2,所以kn=

ean+1-ean
an+1-an
ean+2-ean
an+2-an

取x0=an+2,因为an<an+1<an+2,所以kn+1=

ean+1-ean+2
an+1-an+2
ean-ean+2
an-an+2

所以kn<kn+1,即弦AnAn+1(n∈N*)的斜率随n单调递增.

单项选择题 A1型题
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