已知数列{an}\{a_{n}\}满足a1=1a_{1}\text{=}1,an+1=an2+3an(n∈N*)a_{n\text{+}1}\text{=}\dfrac{a_{n}}{2\text{+}3a_{n}}(n{\in}N^{\text{*}}),则下列结论正确的有( )(\text{ })
A. {1an+3}\{\dfrac{1}{a_{n}}\text{+}3\}为等比数列
B. {an}\{a_{n}\}的通项公式为an=12n+1-3a_{n}\text{=}\dfrac{1}{2^{n\text{+}1}\text{-}3}
C. {an}\{a_{n}\}为递增数列
D. {1an}\{\dfrac{1}{a_{n}}\}的前nn项和Tn=2n+2-3n-4T_{n}\text{=}2^{n\text{+}2}\text{-}3n\text{-}4

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完整解法

1. 对递推公式取倒数并变形,证明 $\{\dfrac{1}{a_n} + 3\}$ 为等比数列(判断选项A)

已知 a1=1>0a_1 = 1 > 0,an+1=an2+3ana_{n+1} = \dfrac{a_n}{2 + 3a_n},可得对任意 n∈N∗n \in \mathbb{N}^* 均有 an>0a_n > 0。
两边取倒数,得:
1an+1=2+3anan=2an+3\dfrac{1}{a_{n+1}} = \dfrac{2 + 3a_n}{a_n} = \dfrac{2}{a_n} + 3
设 bn=1anb_n = \dfrac{1}{a_n},则 bn+1=2bn+3b_{n+1} = 2b_n + 3,两边同时加 33 得:
bn+1+3=2(bn+3)b_{n+1} + 3 = 2(b_n + 3)
即 1an+1+3=2(1an+3)\dfrac{1}{a_{n+1}} + 3 = 2\left(\dfrac{1}{a_n} + 3\right)。
又首项为 1a1+3=1+3=4≠0\dfrac{1}{a_1} + 3 = 1 + 3 = 4 \neq 0,
所以数列 {1an+3}\left\{\dfrac{1}{a_n} + 3\right\} 是以 44 为首项,22 为公比的等比数列。
故选项 A 正确。

2. 求出 $a_n$ 的通项公式,并判断其单调性(判断选项B与C)

由第 1 步可知 1an+3\dfrac{1}{a_n} + 3 的通项公式为:
1an+3=4⋅2n−1=2n+1\dfrac{1}{a_n} + 3 = 4 \cdot 2^{n-1} = 2^{n+1}
由此解得:
1an=2n+1−3  ⟹  an=12n+1−3\dfrac{1}{a_n} = 2^{n+1} - 3 \implies a_n = \dfrac{1}{2^{n+1} - 3}
故选项 B 正确。

因为对任意 n∈N∗n \in \mathbb{N}^*,2n+1−3>02^{n+1} - 3 > 0 且分母 2n+1−32^{n+1} - 3 随 nn 的增大而严格单调递增,
所以 an=12n+1−3a_n = \dfrac{1}{2^{n+1} - 3} 随 nn 的增大而严格单调递减,即 {an}\{a_n\} 为递减数列。
故选项 C 错误。

3. 计算 $\{\dfrac{1}{a_n}\}$ 的前 $n$ 项和 $T_n$(判断选项D)

由第 2 步知 1an=2n+1−3\dfrac{1}{a_n} = 2^{n+1} - 3。
则数列 {1an}\left\{\dfrac{1}{a_n}\right\} 的前 nn 项和为:
Tn=∑k=1n(2k+1−3)=(22+23+⋯+2n+1)−3nT_n = \sum_{k=1}^n \left(2^{k+1} - 3\right) = \left(2^2 + 2^3 + \dots + 2^{n+1}\right) - 3n
利用等比数列求和公式可得:
22+23+⋯+2n+1=4(2n−1)2−1=2n+2−42^2 + 2^3 + \dots + 2^{n+1} = \dfrac{4(2^n - 1)}{2 - 1} = 2^{n+2} - 4
因此:
Tn=2n+2−4−3n=2n+2−3n−4T_n = 2^{n+2} - 4 - 3n = 2^{n+2} - 3n - 4
故选项 D 正确。

答案

A, B, D

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