设数列{an}\{a_{n}\}满足an+1=4an−2an+1(n∈N∗)(1)a_{n+1}= \dfrac {4a_{n}-2}{a_{n}+1}(n∈N^{*})(1)若a1=3a_{1}=3,bn=2−anan−1(n∈N∗)b_{n}= \dfrac {2-a_{n}}{a_{n}-1}(n∈N^{*}),求证数列{bn}\{b_{n}\}是等比数列,并求{bn}\{b_{n}\}的通项公式bnb_{n}; (2)若an>an+1a_{n} > a_{n+1}对∀n∈N∗∀n∈N^{*}恒成立,求a1a_{1}的取值范围.

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

(1)

1. 推导 $b_{n+1}$ 与 $b_n$ 的递推关系

由题意 bn=2−anan−1b_n = \dfrac{2-a_n}{a_n-1},将 an+1=4an−2an+1a_{n+1} = \dfrac{4a_n-2}{a_n+1} 代入 bn+1b_{n+1} 可得:
bn+1=2−an+1an+1−1=2−4an−2an+14an−2an+1−1b_{n+1} = \dfrac{2-a_{n+1}}{a_{n+1}-1} = \dfrac{2 - \dfrac{4a_n-2}{a_n+1}}{\dfrac{4a_n-2}{a_n+1} - 1}
分子分母同乘以 an+1a_n+1 化简:
bn+1=2(an+1)−(4an−2)(4an−2)−(an+1)=−2an+43an−3=−2(an−2)3(an−1)=23⋅2−anan−1=23bnb_{n+1} = \dfrac{2(a_n+1) - (4a_n-2)}{(4a_n-2) - (a_n+1)} = \dfrac{-2a_n+4}{3a_n-3} = \dfrac{-2(a_n-2)}{3(a_n-1)} = \dfrac{2}{3} \cdot \dfrac{2-a_n}{a_n-1} = \dfrac{2}{3}b_n

2. 求首项 $b_1$ 并得出等比数列结论与通项公式

当 n=1n=1 时,由 a1=3a_1 = 3 可得:
b1=2−a1a1−1=2−33−1=−12b_1 = \dfrac{2-a_1}{a_1-1} = \dfrac{2-3}{3-1} = -\dfrac{1}{2}
因为 b1=−12≠0b_1 = -\dfrac{1}{2} \neq 0,且对任意 n∈N∗n \in \mathbb{N}^* 均满足 bn+1=23bnb_{n+1} = \dfrac{2}{3}b_n,所以数列 {bn}\{b_n\} 是以 −12-\dfrac{1}{2} 为首项,23\dfrac{2}{3} 为公比的等比数列。
其通项公式为:
bn=−12⋅(23)n−1b_n = -\dfrac{1}{2} \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^{n-1}

答案

数列 {bn}\{b_n\} 是以 −12-\dfrac{1}{2} 为首项、23\dfrac{2}{3} 为公比的等比数列;通项公式为 bn=−12⋅(23)n−1b_n = -\dfrac{1}{2} \cdot \left(\dfrac{2}{3}\right)^{n-1}。

(2)

1. 将单调性条件 $a_n > a_{n+1}$ 转化为关于 $a_n$ 的不等式

由 an>an+1a_n > a_{n+1} 得 an−4an−2an+1>0a_n - \dfrac{4a_n-2}{a_n+1} > 0,通分化简:
an(an+1)−(4an−2)an+1=an2−3an+2an+1=(an−1)(an−2)an+1>0\dfrac{a_n(a_n+1) - (4a_n-2)}{a_n+1} = \dfrac{a_n^2 - 3a_n + 2}{a_n+1} = \dfrac{(a_n-1)(a_n-2)}{a_n+1} > 0
解此分式不等式,可得使单步递减成立的 ana_n 取值范围为 an∈(−1,1)∪(2,+∞)a_n \in (-1, 1) \cup (2, +\infty)。
要使 an>an+1a_n > a_{n+1} 对任意 n∈N∗n \in \mathbb{N}^* 恒成立,必须保证对所有 n∈N∗n \in \mathbb{N}^* 均有 an∈(−1,1)∪(2,+∞)a_n \in (-1, 1) \cup (2, +\infty)。

2. 分析递推函数的保持性并分类讨论确定 $a_1$ 的取值范围

考虑函数 f(x)=4x−2x+1=4−6x+1f(x) = \dfrac{4x-2}{x+1} = 4 - \dfrac{6}{x+1}:
① 若 a1>2a_1 > 2,当 x>2x > 2 时,x+1>3  ⟹  0<6x+1<2  ⟹  f(x)>2x+1 > 3 \implies 0 < \dfrac{6}{x+1} < 2 \implies f(x) > 2。
由数学归纳法可知,若 a1>2a_1 > 2,则对任意 n∈N∗n \in \mathbb{N}^* 都有 an>2a_n > 2,满足 an∈(2,+∞)a_n \in (2, +\infty),故 an>an+1a_n > a_{n+1} 对 ∀n∈N∗\forall n \in \mathbb{N}^* 恒成立。
② 若 a1∈(−1,1)a_1 \in (-1, 1),由于当 x∈(−1,1)x \in (-1, 1) 时 f(x)<xf(x) < x,数列 {an}\{a_n\} 严格递减。若 ana_n 恒属于 (−1,1)(-1, 1),则数列单调有界必收敛于固定点 L∈[−1,1)L \in [-1, 1),但 f(x)=xf(x)=x 的解仅为 x=1x=1 或 x=2x=2,均不在 [−1,1)[-1, 1) 内,产生矛盾。这说明 ana_n 必在有限步后落入 (−∞,−1](-\infty, -1] 内,破坏单调性条件。
综上所述,a1a_1 的取值范围为 (2,+∞)(2, +\infty)。

答案

a1a_1 的取值范围是 (2,+∞)(2, +\infty)(或 a1>2a_1 > 2)。

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知一个数列的前 nn 项和为 Sn=3n(n+2)S_n = 3n(n + 2)。证明该数列是一个等差数列。 第 (a) 部分中数列的第二项、第七项和第 mm 项是一个等比数列的前三个连续项,该等比数列的第 nn 项记为 vnv_n。求 mm…
  2. 2已知一个级数的前 nn 项和为 Sn=3n(n+2)S_n = 3n(n + 2)。证明该级数的各项构成等差数列。 (a) 部分中该级数的第二项、第七项和第 mm 项是一个等比级数的前三个连续项,且其第 nn 项由 vnv_n 给出。求 mm 的值…
  3. 3等比数列{an}\{a_{n}\}中,若a2a_{2}、a4a_{4}是方程2x2−11x+8=02x^{2}-11x+8=0的两根,则a3a_{3}的值为()(\quad) A. 22 B. ±2±2 C. 2\sqrt{2}…
  4. 4一个等差数列的前 100 项之和为 10,000。该数列的第一项、第二项和第五项构成一个等比数列的三个连续项。求该等差数列的首项和非零公差。
  5. 5数列 u1,u2,u3,…u_{1}, u_{2}, u_{3}, \ldots 的前 nn 项和为 SnS_{n},其中 Sn=∑r=1nurS_{n} = \sum_{r=1}^{n} u_{r}。已知 Sn=18−2n+13n−2S_{n} = 18 - \dfrac{2^{n+1}}{3^{n-2}}…