题目内容

设数列{an}是首项为4,公差为1的等差数列,Sn为数列{bn}的前n项和,且Sn=n2+2n.
(1)求数列{an}及{bn}的通项公式an和bn;
(2)f(n)=
n+3,n为正奇数
2n+1,n为正偶数
问是否存在k∈N*使f(k+27)=4f(k)成立.若存在,求出k的值;若不存在,说明理由;
(3)对任意的正整数n,不等式
a
(1+
1
b1
)(1+
1
b2
)…(1+
1
bn
)
-
1
n-1+an+1
≤0
恒成立,求正数a的取值范围.
分析:(1)直接利用等差数列通项公式代入数值即可求出数列{an}的通项公式,根据Sn与an的固有关系an=
s1n=1
sn-sn-1n≥2
求{bn}的通项公式
(2)为将f(k+27)=4f(k)化简,应分k是正奇数、正偶数两种情况分类化简.再判断解的情况.
(3)将不等式变形并把an+1=n+4代入得a≤
1
2n+3
(1+
1
b1
)(1+
1
b2
)(1+
1
b3
)…(1+
1
bn
).设g(n)=
1
2n+3
(1+
1
b1
)(1+
1
b2
)…(1+
1
bn
)只需a小于或等于g(n)的最小值即可.考虑到g(n)解析式无法进一步化简整理,故可以通过作商法研究其单调性,求出最小值,得出正数a的取值范围.
解答:解:(1)an=a1+(n-1)d=4+n-1=n+3.
当n=1时,b1=S1=3.
当n≥2时,bn=Sn-Sn-1=n2+2n-(n-1)2-2(n-1)=2n+1.
当n=1时上式也成立,
∴bn=2n+1(n∈N*).
所以an=n+3,bn=2n+1.
(2)假设符合条件的k(k∈N*)存在,
由于f(n)=
n+3,n为正奇数
2n+1,n为正偶数
∴当k为正奇数时,k+27为正偶数
由f(k+27)=4f(k),得2(k+27)+1=4(k+3).∴2k=43,k=
43
2
.(舍)
当k为正偶数时,k+27为正奇数,
由f(k+27)=4f(k),得(k+27)+3=4(2k+1).即7k=26,∴k=
26
7
.(舍)
因此,符合条件的正整数k不存在
(3)将不等式变形并把an+1=n+4代入得a≤
1
2n+3
(1+
1
b1
)(1+
1
b2
)(1+
1
b3
)…(1+
1
bn
).
设g(n)=
1
2n+3
(1+
1
b1
)(1+
1
b2
)…(1+
1
bn
).∴
g(n+1)
g(n)
=
2n+3
2n+5
(1+
1
bn+1
)=
2n+3
2n+5
×
2n+4
2n+3
=
2n+4
2n+5
2n+3
.
又∵
(2n+5)(2n+3)
<
(2n+5)+(2n+3)
2
=2n+4,∴
g(n+1)
g(n)
>1,即g(n+1)>g(n).∴g(n)随n的增大而增大,故g(n)min=g(1)=
1
5
(1+
1
3
)=
4
5
15
.∴0<a≤
4
5
15
.
点评:本题考查等比数列、等差数列通项公式求解,分段函数知识、数列的函数性质、不等式恒成立问题.考查分类讨论、分类参数的思想与方法.
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