解答题已知数列{an}的通项公式是an=2n-1,数列{bn}是等差数列,令集合A={

发布时间:2020-07-09 08:11:24

解答题已知数列{an}的通项公式是an=2n-1,数列{bn}是等差数列,令集合A={a1,a2,…,an,…},B={b1,b2,…,bn,…},n∈N*.将集合A∪B中的元素按从小到大的顺序排列构成的数列记为{cn}.
(I)若cn=n,n∈N*,求数列{bn}的通项公式;
(II)若A∩B=Φ,且数列{cn}的前5项成等比数列,c1=1,c9=8.
(i)求满足的正整数n的个数;
(ii)证明:存在无穷多组正整数对(m,n)使得不等式成立.

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解:由题意知:
(I)∵A={1,2,…,2n-1,…},A∪B中的元素按从小到大的顺序记为{cn},且cn=n,n∈N*;
∵若cn=n,因为5,6,7?A,则5,6,7∈B
∴等差数列{bn}的公差为1,并且3是数列{bn}中的项;因此,3只可能是数列{bn}中的第1,2,3项,
?当b1=3时,则bn=n+2;
?当b2=3,则bn=n+1;
?当b3=3,则bn=n.
(II)(i)因为A={1,2,…,2n-1,…},A∪B中的元素按从小到大的顺序记为{cn},
对集合{cn}中的元素2进行分类讨论:
①当c2=2时,由{cn}的前5项成等比数列,得c4=23=8=c9,显然不成立;
②当c3=2时,由{cn}的前5项成等比数列,得b12=2,∴b1=;
因此数列{cn}的前5项分别为1,,2,2,4;
这样 bn=n,则数列{cn}的前9项分别为1,,2,2,4,3,4,5,8;上述数列符合要求;
③当ck=2(k≥4)时,有b2-b1<2-1,即数列{bn}的公差d<1,
∴b6=b1+5d<2+5=7,1,2,4<c9;
∴1,2,4在数列{cn}的前8项中,由于A∩B=?,这样,b1,b2,…,b6以及1,2,4共9项,
它们均小于8,即数列{cn}的前9项均小于8,这与c9=8矛盾,所以也不成立;
综上所述,bn=n;
其次,当n≤4时,=>,=<,=>,
当n≥7时,cn≥4,因为{bn}是公差为的等差数列,所以 cn+1-cn≤,
所以==1+≤1+=,此时的n不符合要求.
所以符合要求的n一共有5个.
(ii)证明:由(i)知,数列{cn}是A∪B中的元素按从小到大的顺序排列所得:
即1,,2,2,4,3,4,5,8,…,
对于正整数对(m,n),当m≠n时,有cm≠cn;
∴|cn+1+cm-cn-cm+1|>0,
由|cn+1+cm-cn-cm+1|=|(cn+1-cn)-(cm+1-cm)|≤|cn+1-cn|+|cm+1-cm|≤2|cn+1-cn|=2|n′-2n-1|,
令2|n′-2n-1|<,则|n′-2n-1|<.
∴存在无穷多组正整数对(m,n)使得不等式成立.解析分析:(I)根据已知数列{an}的通项公式an=2n-1,数列{bn}是等差数列,集合A∪B中的元素按从小到大的顺序排列构成的数列记为{cn}.若cn=n,n∈N*,对元素3、5、6、7进行分析,得出数列{bn}是公差为1的等差数列,分类求出即可.(II)(i)若A∩B=?,数列{cn}的前5项成等比数列,且c1=1,c9=8,对元素2进行分类讨论,从而求得 >的正整数n的个数.(ii)由(i)知,数列{cn}是A∪B中的元素按从小到大的顺序排列所得:即1,,2,2,4,3,4,5,8,…,然后利用绝对值不等式进行证明即可.点评:本题考查了等差数列和等比数列的综合运用,对元素2采用分类讨论的方法求得数列{bn}的通项公式,体现分类讨论的思想;对于(II)的探讨,除了分类讨论以外,还采用了反证法解决问题,体现了方法的灵活性,增加了题目的难度,属难题.
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