题目内容

(2009•宝山区一模)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1=1,3an+1+4Sn=3(n为正整数).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记S=a1+a2+…+an+…,若对任意正整数n,kS<Sn恒成立,求k的取值范围?
(3)已知集合A={x|x2+a≤(a+1)x,a>0},若以a为首项,a为公比的等比数列前n项和记为Tn,问是否存在实数a使得对于任意的n∈N*,均有Tn∈A.若存在,求出a的取值范围;若不存在,说明理由.
分析:(1)3an+1+4sn=3,3an+4sn-1=3,两式相减,得3an+1-3an+4(Sn-Sn-1)=0,由此能求出数列{an}是等比数列,即可求出数列{an}的通项公式.
(2)将k进行分离,然后讨论n的奇偶,根据数列的单调性可求函数的最值,由此能求出k的最大值.
(3)讨论a与1的大小,求出集合A,当a≥1时,T2=a+a2,T2∈A,可求出a,当0<a<1时求出Tn的范围,对任意的n∈N*,要使Tn∈A,建立关于a的不等关系,解之即可.
解答:解:(1)由题意知,当n≥2时,
3an+1+4Sn=3
3an+4Sn-1=3
两式相减变形得:
an+1
an
=-
1
3
(n≥2)

又n=1时,a2=-
1
3
,于是  
a2
a1
=-
1
3
…(1分)
故 {an}是以a1=1为首项,公比q=-
1
3
的等比数列∴an=
1
(-3)n-1
,(n∈N*)
…(4分)
(2)由S=
1
1+
1
3
=
3
4
得 k<
4
3
Sn=1-
1
(-3)n
=f(n)…(5分)
当n是偶数时,f(n)是n的增函数,于是f(n)min=f(2)=
8
9
,故k<
8
9
…(7分)
当n是奇数时,f(n)是n的减函数,因为
lim
n→∞
f(n)=1
,故k≤1.…(9分)
综上所述,k的取值范围是(-∞,
8
9
)
…(10分)
(3)①当a≥1时,A={x|1≤x≤a},T2=a+a2,若T2∈A,则1≤a+a2≤a.得
a2+a-1≥0
a2≤0
a≥1

此不等式组的解集为空集.
即当a≥1时,不存在满足条件的实数a.…(13分)
②当0<a<1时,A={x|a≤x≤1}.
而Tn=a+a2+…+an=
a
1-a
(1-an)
是关于n的增函数.
且
lim
n→∞
Tn=
a
1-a
,故Tn∈[a,
a
1-a
)
.…(15分)
因此对任意的n∈N*,要使Tn∈A,只需
0<a<1
a
1-a
≤1
解得0<a≤
1
2
.…(18分)
点评:本题考查数列的递推式和数列性质的综合应用,解题时要认真审题,仔细解答,注意不等式和数列的综合应用,属于中档题.
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