题目内容

12.已知数列{an},{bn}都是单调递增数列,若将这两个数列的项按由小到大的顺序排成一列(相同的项视为一项),则得到一个新数列{cn}.
(1)设数列{an},{bn}分别为等差、等比数列,若a1=b1=1,a2=b3,a6=b5,求c20;
(2)设{an}的首项为1,各项为正整数,bn=3n,若新数列{cn}是等差数列,求数列{cn} 的前n项和Sn;
(3)设bn=qn-1(q是不小于2的正整数),c1=b1,是否存在等差数列{an},使得对任意的n∈N*,在bn与bn+1之间数列{an}的项数总是bn?若存在,请给出一个满足题意的等差数列{an};若不存在,请说明理由.

分析 (1)设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q,由题意得,$\left\{\begin{array}{l}{1+d={q}^{2}}\\{1+5d={q}^{4}}\end{array}\right.$,解得d=0或3,因数列{an},{bn}单调递增,d>0,q>1,可得an=3n-2,bn=2n-1,利用通项公式即可得出.
(2)设等差数列{cn}的公差为d,又a1,且bn=3n,所以c1=1,所以cn=dn+1-d.因为b1=3是{cn}中的项,所以设b1=cn,即d(n-1)=2.当n≥4时,解得d=$\frac{2}{n-1}$<1,不满足各项为正整数当b1=c3=3时,当b1=c2=3时,即可得出.
(3)存在等差数列{an},只需首项a1∈(1,q),公差d=q-1.下证bn与bn+1之间数列{an}的项数为bn.即证对任意正整数n,都有$\left\{\begin{array}{l}{{b}_{n}<{a}_{{b}_{1}+{b}_{2}+…+{b}_{n-1}+1}}\\{{b}_{n+1}>{a}_{{b}_{1}+{b}_{2}+…+{b}_{n}}}\end{array}\right.$,作差利用通项公式即可得出.

解答 解:(1)设等差数列{an}的公差为d,等比数列{bn}的公比为q,
由题意得,$\left\{\begin{array}{l}{1+d={q}^{2}}\\{1+5d={q}^{4}}\end{array}\right.$,解得d=0或3,因数列{an},{bn}单调递增,
所以d>0,q>1,
所以d=3,q=2,
所以an=3n-2,bn=2n-1.…(2分)
因为a1=b1=1,a2=b3,a6=b5,b7>a20.
∴c20=a17=49.…(4分)
(2)设等差数列{cn}的公差为d,又a1,且bn=3n,
所以c1=1,所以cn=dn+1-d.
因为b1=3是{cn}中的项,所以设b1=cn,即d(n-1)=2.
当n≥4时,解得d=$\frac{2}{n-1}$<1,不满足各项为正整数;…(6分)
当b1=c3=3时,d=1,此时cn=n,只需取an=n,而等比数列{bn}的项都是等差数列{an},中的项,所以Sn=$\frac{n(n+1)}{2}$;…(8分)
当b1=c2=3时,d=2,此时cn=2n-1,只需取an=2n-1,
由3n=2m-1,得m=$\frac{{3}^{n}+1}{2}$,3n是奇数,3n+1 是正偶数,m有正整数解,
所以等比数列{bn}的项都是等差数列{an}中的项,所以Sn=n2.…(10分)
综上所述,数列{cn}的前n项和Sn=$\frac{n(n+1)}{2}$,或Sn=n2.…(11分)
(3)存在等差数列{an},只需首项a1∈(1,q),公差d=q-1…(13分)
下证bn与bn+1之间数列{an}的项数为bn.即证对任意正整数n,都有$\left\{\begin{array}{l}{{b}_{n}<{a}_{{b}_{1}+{b}_{2}+…+{b}_{n-1}+1}}\\{{b}_{n+1}>{a}_{{b}_{1}+{b}_{2}+…+{b}_{n}}}\end{array}\right.$,
即$\left\{\begin{array}{l}{{b}_{n}<{a}_{1+q+…+{q}^{n-2}+1}}\\{{b}_{n+1}>{a}_{1+q+…+{q}^{n-1}}}\end{array}\right.$成立.
由bn-${a}_{1+q+…+{q}^{n-2}+1}$=qn-1-a1-(1+q+…+qn-2)(q-1)=1-a1<0,
bn+1-${a}_{1+q+…+{q}^{n-1}}$=qn-a1-(1+q+…+qn-1-1)(q-1)=q-a1>0..
所以首项a1∈(1,q),公差d=q-1的等差数列{an}符合题意…(16分)

点评 本题考查了数列递推关系、等差数列与等比数列的通项公式求和公式及其性质、分类讨论方法,考查了推理能力与计算能力,属于难题.

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