题目内容

在数列{an}中,an=
1
n
(n∈N*).从数列{an}中选出k(k≥3)项并按原顺序组成的新数列记为{bn},并称{bn}为数列{an}的k项子列.例如数列
1
2
,
1
3
,
1
5
,
1
8
为{an}的一个4项子列.
(Ⅰ)试写出数列{an}的一个3项子列,并使其为等差数列;
(Ⅱ)如果{bn}为数列{an}的一个5项子列,且{bn}为等差数列,证明:{bn}的公差d满足-
1
8
<d<0;
(Ⅲ)如果{cn}为数列{an}的一个m(m≥3)项子列,且{cn}为等比数列,证明:c1+c2+c3+…+cm≤2-
1
2m-1
.
考点:数列与不等式的综合,等差关系的确定,等差数列的性质
专题:新定义,等差数列与等比数列,不等式的解法及应用
分析:(Ⅰ)根据新定义的规定,从原数列中找出符合条件的一个数列,注意本题答案不唯一;
(Ⅱ)先利用反证法推出新数列的第一项不等于1,再利用等差数列中项与项的关系,得到公差的取值范围;
(Ⅲ)对于新数列,先研究其首项,再利用公比是有理数,对公比进行分类研究,得到本题的结论.
解答: (Ⅰ)解:答案不唯一.如3项子列
1
2
,
1
3
,
1
6
;
(Ⅱ)证明:由题意,知1≥b1>b2>b3>b4>b5>0,
所以d=b2-b1<0.
假设b1=1,
由{bn}为{an}的一个5项子列,得b2≤
1
2
,
所以d=b2-b1≤
1
2
-1=-
1
2
.
因为b5=b1+4d,b5>0,
所以4d=b5-b1=b5-1>-1,即d>-
1
4
.
这与d≤-
1
2
矛盾.
所以假设不成立,即b1≠1.
所以b1≤
1
2
,
因为b5=b1+4d,b5>0,
所以4d=b5-b1≥b5-
1
2
>-
1
2
,即d>-
1
8
,
综上,得-
1
8
<d<0
.
(Ⅲ)证明:由题意,设{cn}的公比为q,
则c1+c2+c 3+…+cm=c1(1+q+q2+…+qm-1).
因为{cn}为{an}的一个m项子列,
所以q为正有理数,且q<1,c1=
1
a
≤1 (a∈N*)
.
设q=
K
L
(K,L∈N*
,且K,L互质,L≥2).
当K=1时,
因为q=
1
L
≤
1
2
,
所以c1+c2+c 3+…+cm=c1(1+q+q2+…+qm-1)≤1+
1
2
+(
1
2
)2+…+(
1
2
)m-1
=2-(
1
2
)m-1
,
所以c1+c2+c 3+…+cm≤2-(
1
2
)m-1
.
当K≠1时,
因为cm=c1qm-1=
1
a
×
Km-1
Lm-1
是{an}中的项,且K,L互质,
所以a=Km-1×M(M∈N*),
所以c1+c2+c 3+…+cm=c1(1+q+q2+…+qm-1)=
1
M
(
1
Km-1
+
1
Km-2L
+
1
Km-3L2
+…+
1
Lm-1
)
.
因为L≥2,K,M∈N*,
所以c1+c2+c 3+…+cm≤1+
1
2
+(
1
2
)2+…+(
1
2
)m-1=2-(
1
2
)m-1
.
综上,c1+c2+c 3+…+cm≤2-
1
2m-1
.
点评:本题考查了等差数列、等比数列、以及新定义问题,要求学生能准确理解题中的新定义并加以应用,在解题中用到了列举法、公式法、反证法和分类讨论思想,有难度,属于难题.
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