题目内容

15.对于数列{an},称P(ak)=$\frac{1}{k-1}(|{{a_1}-{a_2}}|+|{{a_2}-{a_3}}|+…+|{{a_{k-1}}-{a_k}}|)$(其中k≥2,k∈N)为数列{an}的前k项“波动均值”.若对任意的k≥2,k∈N,都有P(ak+1)<P(ak),则称数列{an}为“趋稳数列”.
(1)若数列1,x,2为“趋稳数列”,求x的取值范围;
(2)已知等差数列{an}的公差为d,且a1>0,d>0,其前n项和记为Sn,试计算:Cn2P(S2)+Cn3P(S3)+…+CnnP(Sn)(n≥2,n∈N);
(3)若各项均为正数的等比数列{bn}的公比q∈(0,1),求证:{bn}是“趋稳数列”.

分析 (1)由题意$|{1-x}|>\frac{{|{1-x}|+|{x-2}|}}{2}$,从而解绝对值不等式即可;
(2)由a1>0,d>0可化简为$P({S_k})=\frac{1}{k-1}(|{a_2}|+|{a_3}|+…+|{a_n}|)={a_1}+\frac{k}{2}d$;从而得到$C_n^2P({S_2})+C_n^3P({S_3})+…+C_n^nP({S_n})$=${a_1}(C_n^2+C_n^3+…+C_n^n)$$+\frac{d}{2}(2C_n^2+3C_n^3+…+nC_n^n)$,从而解得.
(3)${b_n}={b_1}{q^{n-1}}({b_1}>0)$,从而判断大小以去绝对值号,化简可得$P({b_{k+1}})=\frac{{{b_1}(1-q)}}{k}(1+q+{q^2}+…+{q^{k-1}})$,从而化为k(1+q+q2+…+qk-2)>(k-1)(1+q+q2+…+qk-2+qk-1),从而证明.

解答 解:(1)由题意,$|{1-x}|>\frac{{|{1-x}|+|{x-2}|}}{2}$,
即|1-x|>|x-2|;
解得,$x>\frac{3}{2}$.
(2)$P({S_k})=\frac{1}{k-1}(|{{S_1}-{S_2}}|+|{{S_2}-{S_3}}|+…+|{{S_{k-1}}-{S_k}}|)$=$\frac{1}{k-1}(|{a_2}|+|{a_3}|+…+|{a_n}|)$,
∵a1>0,d>0,
∴an=a1+(n-1)d>0,
∴$P({S_k})=\frac{1}{k-1}(|{a_2}|+|{a_3}|+…+|{a_n}|)={a_1}+\frac{k}{2}d$;
∴$C_n^2P({S_2})+C_n^3P({S_3})+…+C_n^nP({S_n})$=${a_1}(C_n^2+C_n^3+…+C_n^n)$$+\frac{d}{2}(2C_n^2+3C_n^3+…+nC_n^n)$
=${a_1}({2^n}-n-1)+$$\frac{d}{2}(nC_{n-1}^1+nC_{n-1}^2+…+nC_{n-1}^{n-1})$
=${a_1}({2^n}-n-1)+$$\frac{nd}{2}({2^n}-1)$;
(3)证明:由已知,设${b_n}={b_1}{q^{n-1}}({b_1}>0)$,
因b1>0且0<q<1,故对任意的k≥2,k∈N*,都有bk-1>bk,
∴对$P({b_k})=\frac{1}{k-1}(|{{b_1}-{b_2}}|+|{{b_2}-{b_3}}|+…+|{{b_{k-1}}-{b_k}}|)$
=$\frac{1}{k-1}({b_1}-{b_2}+{b_2}-{b_3}+…+{b_{k-1}}-{b_k})=\frac{{{b_1}(1-q)}}{k-1}(1+q+{q^2}+…+{q^{k-2}})$
$P({b_{k+1}})=\frac{{{b_1}(1-q)}}{k}(1+q+{q^2}+…+{q^{k-1}})$,
因0<q<1,
∴qi>qk-1(i<k-1);
∴1>qk-1,q>qk-1,q2>qk-1,…,qk-2>qk-1,
∴1+q+q2+…+qk-2>(k-1)qk-1,
∴k(1+q+q2+…+qk-2)>(k-1)(1+q+q2+…+qk-2+qk-1)
∴$\frac{{(1+q+{q^2}+…+{q^{k-2}})}}{k-1}>\frac{{(1+q+{q^2}+…+{q^{k-2}}+{q^{k-1}})}}{k}$
∴$\frac{{{b_1}(1-q)(1+q+{q^2}+…+{q^{k-2}})}}{k-1}>\frac{{{b_1}(1-q)(1+q+{q^2}+…+{q^{k-2}}+{q^{k-1}})}}{k}$,
即对任意的k≥2,k∈N*,都有P(bk)>P(bk+1),故{bn}是“趋稳数列”.

点评 本题考查了等比数列与等差数列的应用及二项式定理的应用,同时考查了学生的化简运算能力.

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