已知数列{an}\{a_{n}\}中,a1=1a_{1}=1,a2=2a_{2}=2,且an+1=4an−3an−1(n∈N∗,n⩾2)a_{n+1}=4a_{n}-3a_{n-1}(n∈N^{*},n\geqslant 2). ((Ⅰ))令bn=an+1−anb_{n}=a_{n+1}-a_{n},求证:数列{bn}\{b_{n}\}为等比数列; ((Ⅱ))求ana_{n}.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 计算首项 $b_1$ 的值

由题意,当 n=1n=1 时,b1=a2−a1=2−1=1b_{1} = a_{2} - a_{1} = 2 - 1 = 1。

2. 推导 $b_n$ 与 $b_{n-1}$ 之间的比例关系

当 n⩾2n \geqslant 2 时,已知 an+1=4an−3an−1a_{n+1} = 4a_{n} - 3a_{n-1},
两边同时减去 ana_n,得:
an+1−an=3an−3an−1=3(an−an−1)a_{n+1} - a_n = 3a_n - 3a_{n-1} = 3(a_n - a_{n-1})
即 bn=3bn−1b_n = 3 b_{n-1} (n⩾2n \geqslant 2)。

3. 得出结论,判定等比数列

因为 b1=1eq0b_1 = 1 eq 0,且对任意 n⩾2n \geqslant 2 都有 bnbn−1=3\dfrac{b_n}{b_{n-1}} = 3(常数),
所以数列 {bn}\{b_n\} 是以 11 为首项,33 为公比的等比数列。

答案

数列 {bn}\{b_{n}\} 是以 11 为首项,33 为公比的等比数列,得证。

(Ⅱ)

1. 写出等比数列 $b_n$ 的通项公式

由第 (Ⅰ) 问可知,{bn}\{b_{n}\} 是以 11 为首项,33 为公比的等比数列,
故 bn=1×3n−1=3n−1b_{n} = 1 \times 3^{n-1} = 3^{n-1}。

2. 运用累加法表达 $a_n$

当 n⩾2n \geqslant 2 时,由 bk=ak+1−akb_k = a_{k+1} - a_k 可得:
an=a1+(a2−a1)+(a3−a2)+⋯+(an−an−1)a_n = a_1 + (a_2 - a_1) + (a_3 - a_2) + \dots + (a_n - a_{n-1})
an=a1+b1+b2+⋯+bn−1a_n = a_1 + b_1 + b_2 + \dots + b_{n-1}

3. 求和并化简得到 $a_n$ 通项公式

代入 a1=1a_1 = 1 和 bk=3k−1b_k = 3^{k-1}:
an=1+∑k=1n−13k−1=1+1⋅(3n−1−1)3−1=1+3n−1−12=3n−1+12a_n = 1 + \sum_{k=1}^{n-1} 3^{k-1} = 1 + \frac{1 \cdot (3^{n-1} - 1)}{3 - 1} = 1 + \frac{3^{n-1} - 1}{2} = \frac{3^{n-1} + 1}{2}
当 n=1n = 1 时,a1=30+12=1a_1 = \frac{3^0 + 1}{2} = 1,符合上式。
因此,数列 {an}\{a_n\} 的通项公式为 an=3n−1+12a_n = \dfrac{3^{n-1} + 1}{2}。

答案

an=3n−1+12a_{n} = \dfrac{3^{n-1} + 1}{2}

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