解答题数列{an}满足a1=2,an+1=λan+2n(n∈N*),其中λ为常数.
(1)是否存在实数λ,使得数列{an}为等差数列或等比数列?若存在,求出其通项公式;若不存在,说明理由;
(2)求数列{an}的前n项和Sn.
网友回答
解:(1)a1=2,a2=2λ+2,a3=λa2+4=2λ2+2λ+4.(1分)
①若数列{an}为等差数列,则a1+a3=2a2,即2+(2λ2+2λ+4)=2(2λ+2),
得λ2-λ+1=0,由△=12-4=-3<0知方程无实根,
故不存在实数λ,使得数列{an}为等差数列.(3分)
②若数列{an}为等比数列,则a1?a3=a22,即2(2λ2+2λ+4)=(2λ+2)2,
解得λ=1,此时,an+1=an+2n,
由累加法得:an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)++(an-an-1)=2+21+22++2n-1=2n(n≥2),
显然,当n=1时也适合,故an=2n(n∈N*).
故存在实数λ=1,使得数列{an}为等比数列,其通项公式为an=2n(n∈N*).(6分)
(2)①当λ=1时,an=2n(n∈N*),故.(7分)
②当λ=2时,,即数列是首项为1,
公差为的等差数列,故,即an=(n+1)?2n-1,
下用错位相减法求Sn.Sn=2+3?2+4?22++(n+1)?2n-1,2Sn=2?2+3?22++n?2n-1+(n+1)?2n,
上面两式相减,得Sn=-2-2-22--2n-1+(n+1)?2n=n?2n.(10分)
③当λ≠1且λ≠2时,下用待定系数法求通项an.
令an+1+x?2n+1=λ(an+x?2n),则an+1=λan+(λ-2)x?2n,
上式与an+1=λan+2n比较系数,得(λ-2)x=1,.
故数列是首项为,公比为λ的等比数列,从而,即.
因此,=.
综上所述,.(14分)解析分析:(1)a1=2,a2=2λ+2,a3=λa2+4=2λ2+2λ+4.分两种情况讨论①数列{an}为等差数列,得λ2-λ+1=0,由△=12-4=-3<0知方程无实根,故不存在实数λ,②若数列{an}为等比数列,得2(2λ2+2λ+4)=(2λ+2)2,解得λ=1,an+1=an+2n,解得an=2n,故存在实数λ=1,使得数列{an}为等比数列.(2)①当λ=1时,转化为等比数列求解.②当λ=2时,构造等差数列求解,,③当λ≠1且λ≠2时,构造等比数列是求解.点评:本题是一道数列综合题,情景熟悉,貌似简单,入手也不难,但综合程度之高令人叹为观止.无论是分类讨论的思想,还是反证推理、求数列通项和数列求和都考查得淋漓尽致,累加法和待定系数法求数列的通项、错位相减法和分组求和法求数列的前n项和,几乎数列的所有知识和方法都熔于一炉.