题目内容

21. 设a0为常数,且an=3n-1-2an-1(nN+).

(Ⅰ)证明对任意n≥1,an=[3n+(-1)n-1·2n]+(-1)n·2na0;

 

(Ⅱ)假设对任意n≥1有an>an-1,求a0的取值范围.

21.

(Ⅰ)证法一:(ⅰ)当n=1时,由已知a1=1-2a0,等式成立;

(ⅱ)假设当n=k(k≥1)等式成立,即

ak=[3k+(-1)k-12k]+(-1)k2ka0,

那么ak+1=3k-2ak

 

=3k-[3k+(-1)k-12k]-(-1)k2k+1a0

=[3k+1+(-1)k2k+1]+(-1)k+12k+1a0,

也就是说,当n=k+1时,等式也成立.

根据(ⅰ)和(ⅱ),可知等式对任何nN+成立.                  

 

证法二:如果设an-3n=-2(an-1-3n-1),

 

用an=3n-1-2an-1代入,可解出=.

所以是公比为-2,首项为a1-的等比数列,

 

∴an-=(1-2a0-)(-2)n-1(nN+),

即an=+(-1)n2na0.                                     

(Ⅱ)解法一:由an通项公式

an-an-1=+(-1)n3×2n-1a0,

 

∴an>an-1(nN+)等价于

(-1)n-1(5a0-1)<()n-2(nN+).                        ①

(ⅰ)当n=2k-1,k=1,2,…时,①式即为

 

(-1)2k-2(5a0-1)<()2k-3,

即为a0<()2k-3+.                                                    ②

②式对k=1,2,…都成立,有a0<×()-1+=.                                               

(ⅱ)当n=2k,k=1,2,…时,①式即为

(-1)2k-1(5a0-1)<()2k-2,

即为a0>-×()2k-2+.                                             ③

③式对k=1,2,…都成立,有a0>-×+=0.                                        

 

综上,①式对任意nN+成立,有0<a0<.

故a0的取值范围为(0,).                                       

解法二:如果an>an-1(nN+)成立,特别取n=1,2有

a1-a0=1-3a0>0,

 

a2-a1=6a0>0,

 

因此   0<a0<.                                                                

下面证明当0<a0<时,对任意nN+,有an-an-1>0.
由an通项公式

5(an-an-1)=2×3n-1+(-1)n-13×2n-1+(-1)n5×3×2n-1a0.

(ⅰ)当n=2k-1,k=1,2,…时,

5(an-an-1)=2×3n-1+3×2n-1-5×3×2n-1a0>2×2n-1+3×2n-1-5×2n-1=0. 

(ⅱ)当n=2k,k=1,2,…时,

5(an-an-1)=2×3n-1-3×2n-1+5×3×2n-1a0>2×3n-1-3×2n-1≥0. 

 

故a0的取值范围为(0,).


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