题目内容
8.已知等差数列{an}的前n项和为Sn,且2a5-a3=13,S4=16.(1)求数列{an}的前n项和Sn;
(2)设Tn=$\sum_{i=1}^{n}$(-1)iai,若对一切正整数n,不等式λTn<[an+1+(-1)n+1an]•2n-1恒成立,求实数λ的取值范围;
(3)是否存在正整数m,n(n>m>2),使得S2,Sm-S2,Sn-Sm成等比数列?若存在,求出所有的m,n;若不存在,说明理由.
分析 (1)由已知条件利用等差数列的通项公式和前n项和公式列出方程组,求出首项和公差,由此能求出数列{an}的前n项和.
(2)当n为偶数时,设n=2k,k∈N*,求出T2k=2k,进而求出λ<2;当n为奇数时,设n=2k-1,k∈N*,求出T2k-1=1-2k,进而求出λ>-4.由此能求出λ的取值范围.
(3)假设存在正整数m,n(n>m>2),使得S2,Sm-S2,Sn-Sm成等比数列,由此利用已知条件推导出等式(2n-m2+2)(2n+m2-2)=12不成立,从而得到不存在正整数m,n(n>m>2),使得S2,Sm-S2,Sn-Sm成等比数列.
解答 解:(1)设数列{an}的公差为d.
∵2a5-a3=13,S4=16,
∴$\left\{\begin{array}{l}2(a1+4d)-(a1+2d)=13\\ 4a1+6d=16\end{array}$,解得a1=1,d=2,…(2分)
∴an=2n-1,Sn=n2.…(4分)
(2)①当n为偶数时,设n=2k,k∈N*,
则T2k=(a2-a1)+(a4-a3)+…+(a2k-a2k-1)=2k. …(5分)
代入不等式λTn<[an+1+(-1)n+1an]•2n-1,得λ•2k<4k,从而λ<$\frac{4k}{2k}$.
设f(k)=$\frac{4k}{2k}$,则f(k+1)-f(k)=$\frac{4k+1}{2(k+1)}$-$\frac{4k}{2k}$=$\frac{4k(3k-1)}{2k(k+1)}$.
∵k∈N*,∴f(k+1)-f(k)>0,∴f(k)是递增的,∴f(k)min=2,
∴λ<2.…(7分)
②当n为奇数时,设n=2k-1,k∈N*,
则T2k-1=T2k-(-1)2ka2k=2k-(4k-1)=1-2k.…(8分)
代入不等式λTn<[an+1+(-1)n+1an]•2n-1,得λ•(1-2k)<(2k-1)4k,
从而λ>-4k.
∵k∈N*,∴-4k的最大值为-4,所以λ>-4.
综上,λ的取值范围为-4<λ<2.…(10分)
(3)假设存在正整数m,n(n>m>2),使得S2,Sm-S2,Sn-Sm成等比数列,
则(Sm-S2)2=S2•(Sn-Sm),即(m2-4)2=4(n2-m2),
∴4n2=(m2-2)2+12,即4n2-(m2-2)2=12,…(12分)
即(2n-m2+2)(2n+m2-2)=12.…(14分)
∵n>m>2,∴n≥4,m≥3,∴2n+m2-2≥15.
∵2n-m2+2是整数,∴等式(2n-m2+2)(2n+m2-2)=12不成立,
故不存在正整数m,n(n>m>2),使得S2,Sm-S2,Sn-Sm成等比数列. …(16分)
点评 本题考查数列的前n项和的求法,考查实数的取值范围的求法,考查满足条件的正整数是否存在的判断,综合性强,难度大,解题时要注意不等式、函数单调性、反证法的合理运用.
| A. | $\frac{1}{2}$ | B. | $\frac{1}{3}$ | C. | 1 | D. | 2 |
| A. | O | B. | $\frac{3}{2}$ | C. | 2 | D. | -l |
| A. | 45 | B. | 65 | C. | 80 | D. | 130 |