题目内容

对于各项均为正数的无穷数列{an},记bn=
an+1
an
(n∈N*),给出下列定义:
①若存在实数M,使an≤M成立,则称数列{an}为“有上界数列”;
②若数列{an}为有上界数列,且存在n0(n0∈N*),使a n0=M成立,则称数列{an}为“有最大值数列”;
③若bn+1-bn<0,则称数列{an}为“比减小数列”.
(Ⅰ)根据上述定义,判断数列{
1
n
}是何种数列?
(Ⅱ)若数列{an}中,a1=
2
,an+1=
2+an
,求证:数列{an}既是有上界数列又是比减小数列;
(Ⅲ)若数列{an}是单调递增数列,且是有上界数列,但不是有最大值数列,求证:?n∈N*,bn+1-bn≤0.
考点:数列与函数的综合,数列递推式
专题:等差数列与等比数列
分析:(Ⅰ)由an=
1
n
,bn=
1
n+1
1
n
=
n
n+1
,得bn+1-bn>0,an=
1
n
≤1
,由此得到数列{
1
n
}既是有上界数列,又是有最大值数列.
(Ⅱ)先用数学归纳法证明
2
≤an<an+1<2
,再证明an+1>an.an+12-an2=-(an-2)(an+1).然后证明
2+an+1
2+an
<
an+1 
an
,由此得到数列{an}既是比减少数列又是有上界数列.
(Ⅲ)假设对于?n∈N*,bn+1>bn,由此推导出无穷数列{an}不是有上界数列,与已知矛盾,假设不成立,从而得到对于数列{an},?n∈N*,bn+1-bn≤0.
解答: 解:(Ⅰ)由题意知an=
1
n
,bn=
1
n+1
1
n
=
n
n+1
,
bn+1-bn=
n+1
n+2
-
n
n+1
=
1
(n+1)(n+2)
>0,
an=
1
n
≤1
,且存在n=1,a1=1,
所以数列{
1
n
}既是有上界数列,又是有最大值数列.…(3分)
(Ⅱ)数列{an}中,a1=
2
,an+1=
2+an
,
下面用数学归纳法证明
2
≤an<an+1<2
,
①
2
≤a1<2
,命题;
②假设n=k时命题成立,即
2
≤ak<2
,
当n=k+1时,ak+1=
2+ak
<
2+2
=2
,
ak+1=
2+ak
≥
2+
2
>
2
,
所以,当n=k+1时,命题成立,即
2
≤an<2
.
下面证明an+1>an.an+12-an2=an+2-an2
=-(an-2)(an+1).
因为
2
≤an<2
,所以an+12-an2>0,即an+1>an.
由an+12=2+an+1,an+12=2+an,
两式相除得:(
an+2
an+1
)2
=
2+an+1
2+an
,an+1>an,
所以
an+2
an+1
>1
,
an+1
an
>1
,(
an+2
an+1
)2-
an+2
an+1
=(
an+2
an+1
-1
)
an+2
an+1
>0,
即(
an+2
an+1
)2>
an+2
an+1
.
下面证明
2+an+1
2+an
<
an+1 
an
,
即需证明(2+an+1)an<(2+an)an+1,即需证明2an<2an+1,
而2an<2an+1已证明成立,
所以
an+2
an+1
<(
an+2
an+1
)2
=
2+an+1
2+an
<
an+1
an
,
即bn+1<bn,bn+1-bn<0,
所以,数列{an}既是比减少数列又是有上界数列.…(6分)
(Ⅲ)用反证法,假设对于?n∈N*,bn+1>bn,
即
an+2
an+1
>
an+1
an
>…>
a2
a1
=t
,
因为无穷数列{an}各项为正且单调递增,所以t>1.
an
a1
=
an
an-1
×
an-1
an-2
×…×
a2
a1
>tn-1,
所以an>a1tn-1.当n>
lnM-lna1
lnt
+1
时,
an>M,所以无穷数列{an}不是有上界数列,与已知矛盾,假设不成立,
因此,对于数列{an},?n∈N*,bn+1-bn≤0.…(4分)
点评:本题考查数列{
1
n
}是何种数列的判断,考查数列{an}既是有上界数列又是比减小数列的证明,考查?n∈N*,bn+1-bn≤0的证明,解题时要注意数学归纳法和反证法的合理运用.
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