解答题在数列{an}中,a1=2,an+1=λan+λn+1+(2-λ)2n(n∈N*

发布时间:2020-07-09 08:19:06

解答题在数列{an}中,a1=2,an+1=λan+λn+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*,使得对任意n∈N*均成立.

网友回答

解:(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=λak+λk+1+(2-λ)2k=λ(k-1)λk+λ2k+λk+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=λan+λn+1+(2-λ)2n(n∈N*),λ>0,可得,
所以为等数列,其公差为1,首项为0.故,
所以数列{an}的通项公式为an=(n-1)λn+2n.
(II)解:设Tn=λ2+2λ3+3λ4++(n-2)λn-1+(n-1)λn①
λTn=λ3+2λ4+3λ5++(n-2)λn+(n-1)λn+1.②
当λ≠1时,①式减去②式,得(1-λ)Tn=λ2+λ3++λn-(n-1)λn+1=,
这时数列{an}的前n项和
当λ=1时,这时数列{an}的前n项和
(III)证明:通过分析,推测数列的第一项最大.下面证明: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,使得对任意n∈N*均成立.解析分析:(I)解法一:由题设条件可猜想出数列{an}的通项公式为an=(n-1)λn+2n.然后用数学归纳法证明.解法二:由an+1=λan+λn+1+(2-λ)2n(n∈N*),λ>0,可知为等数列,其公差为1,首项为0.由此可求出数列{an}的通项公式.(II)设Tn=λ2+2λ3+3λ4++(n-2)λn-1+(n-1)λn,λTn=λ3+2λ4+3λ5++(n-2)λn+(n-1)λn+1.然后用错位相减法进行求解.(III)证明:通过分析,推测数列的第一项最大.然后用分析法进行证明.点评:本题以数列的递推关系式为载体,主要考查等比数列的前n项和公式、数列求和、不等式的证明等基础知识与基本方法,考查归纳、推理、运算及灵活运用数学知识分析问题和解决问题的能力.
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