题目内容
15.设数列{an}的前n项和为Sn,若存在实数λ∈(1,+∞),使得$\frac{1}{λ}$an≤an+1≤λan与$\frac{1}{λ}$Sn≤Sn+1≤λSn对任意n∈N*都成立.则称{an}是“可控”数列.(1)已知数列{an}的通项公式为an=r(r是不为0的常数),试判断{an}是否是“可控”数列,并说明理由;
(2)已知等比数列{an}的公比q≠1,若当λ=4时,若{an}是“可控”数列,求公比q的取值范围;
(3)已知等差数列{an}的公差d≠0,若{an}是“可控”数列,求λ的取值范围.
分析 (1)当r<0时,{an}不是“可控”数列.当r>0时,$\frac{1}{λ}$n≤(n+1)成立,从而得到当r>0时,{an}是“可控”数列.
(2)若等比数列{an}是“可控”数列,则a1>0,q>0,由此利用分类讨论思想能推导出公比q的取值范围.
(3)若等差数列{an}是“可控”数列,能推导出$\frac{1}{λ}≤1+\frac{d}{{a}_{n}}≤λ$,且$\frac{1}{λ}≤1+\frac{{a}_{n+1}}{{S}_{n}}≤λ$,由此能求出λ的取值范围.
解答 解:(1)当r<0时,$\frac{1}{λ}$an≥an+1≥λan,故{an}不是“可控”数列.
当r>0时,$\frac{1}{λ}$r≥r≥λr对λ∈(1,+∞)恒成立,Sn=nr,
故$\frac{1}{λ}$Sn≤Sn+1≤λSn可化为$\frac{1}{λ}$nr≤(n+1)r≤λnr,
即$\frac{1}{λ}$n≤(n+1)≤λn,
$\frac{1}{λ}$n≤(n+1)成立,
由(n+1)≤λn得,λ≥$\frac{n+1}{n}$恒成立,
故λ≥2;
故可以取λ=2,从而使$\frac{1}{2}$an≤an+1≤2an与$\frac{1}{2}$Sn≤Sn+1≤2Sn对任意n∈N*都成立,
故当r>0时,{an}是“可控”数列.
(2)结合(1)可知,若等比数列{an}是“可控”数列,
则a1>0,q>0,an=a1•qn-1,Sn=$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$;
∵$\frac{1}{4}$an≤an+1≤4an,$\frac{1}{4}$Sn≤Sn+1≤4Sn,
∴$\frac{1}{4}$an≤an•q≤4an,$\frac{1}{4}$$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$≤$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n+1})}{1-q}$≤4$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$,
∴$\frac{1}{4}$≤q≤4,$\frac{1}{4}$$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$≤$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n+1})}{1-q}$≤4$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$,
①当$\frac{1}{4}$≤q<1时,
$\frac{1}{4}$$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$≤$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n+1})}{1-q}$≤4$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$可化为
$\frac{1}{4}$(1-qn)≤(1-qnq)≤4(1-qn),
$\frac{1}{4}$(1-qn)≤(1-qnq)显然成立,
由(1-qnq)≤4(1-qn)化简可得,
qn(q-4)+3≥0,
由已知得f(x)=(q-4)qx+3在(0,+∞)上是增函数,
故只需使q(q-4)+3≥0,
解得,q≤1或q≥3;
故$\frac{1}{4}$≤q<1;
②当1<q≤4时,
$\frac{1}{4}$$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$≤$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n+1})}{1-q}$≤4$\frac{{a}_{1}(1-{q}^{n})}{1-q}$可化为
$\frac{1}{4}$(qn-1)≤(qnq-1)≤4(qn-1),
$\frac{1}{4}$(qn-1)≤(qnq-1)显然成立,
由(qnq-1)≤4(qn-1)化简可得,
qn(q-4)+3≤0,
显然当q=4时,上式不成立;
当1<q<4时,
由已知f(x)=(q-4)qx+3在(0,+∞)上是减函数,
故只需使q(q-4)+3≤0,
解得,1≤q≤3;
故1<q≤3;
故公比q的取值范围为[$\frac{1}{4}$,1)∪(1,3];
(3)由(1)知,若等差数列{an}是“可控”数列,
则a1>0,d>0,an=a1+(n-1)d,Sn=na1+$\frac{n(n-1)}{2}$d,
由$\frac{1}{λ}$an≤an+1≤λan化简得,$\frac{1}{λ}≤1+\frac{d}{{a}_{n}}≤λ$,①
由$\frac{1}{λ}$Sn≤Sn+1≤λSn化简可得,
$\frac{1}{λ}≤1+\frac{{a}_{n+1}}{{S}_{n}}≤λ$,②
由①②,得λ>1,
∴λ的取值范围是(1,+∞).
点评 本题考查“可控”数列的判断,考查等比数列是“可控”数时公比q的取值范围的求法,考查等差数列是“可控”数列时实数λ的取值范围的求法,综合性强,难度大,对数学思维的要求较高,解题时要注意等差数列、等比数列的性质的合理运用.
| A. | 可以写成两点式或截距式 | B. | 可以写成两点式或斜截式或点斜式 | ||
| C. | 可以写成点斜式或截距式 | D. | 可以写成两点式或截距式或点斜式 |
| A. | $\frac{π}{6}$ | B. | $\frac{π}{4}$ | C. | $\frac{π}{3}$ | D. | $\frac{5π}{6}$ |