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已知數列{an},{bn},且滿足an+1-an=bn(n=1,2,3,…).
(1)若a1=0,bn=2n,求數列{an}的通項公式;
(2)若bn+1+bn-1=bn(n≥2),且b1=1,b2=2.記cn=a6n-1(n≥1),求證:數列{cn}為常數列;
(3)若bn+1bn-1=bn(n≥2),且b1=1,b2=2.若數列{
ann
}中必有某數重復出現無數次,求首項a1應滿足的條件.
分析:(1)利用“累加求和”和等差數列的前n項和公式即可求出;
(2)通過已知條件先探究數列{bn}是一個以6為周期的循環(huán)數列,進而即可證明數列{cn}為常數列.
(3)由條件探索出:數列{a6n+i}均為以7為公差的等差數列,求出fn=
an
n
,及其單調性,通過對ai分類討論即可得出結論.
解答:解:(1)當n≥2時,有
an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1
=a1+b1+b2+…+bn-1
=2×1+2×2+…+2×(n-1)
=2×
(n-1)n
2
=n2-n,又當n=1時此式也成立.
∴數列{an}的通項為an=n2-n
(2)∵bn+1+bn-1=bn(n≥2),
∴對任意的n∈N*有bn+6=bn+5-bn+4=-bn+3=bn+1-bn+2=bn,
∴數列{bn}是一個以6為周期的循環(huán)數列
又∵b1=1,b2=2,
∴b3=b2-b1=1,b4=b3-b2=-1,b5=b4-b3=-2,b6=b5-b4=-1.
∴cn+1-cn=a6n+5-a6n-1=a6n+5-a6n+4+a6n+4-a6n+3+…+a6n-a6n-1
=b6n+4+b6n+3+b6n+2+b6n+1+b6n+b6n-1=b4+b3+b2+b1+b6+b5
=-1+1+2+1-1+-2=0(n≥1),
所以數列{cn}為常數列.
(3)∵bn+1bn-1=bn(n≥2),且b1=1,b2=2,
∴b3=2,b4=1,b5=
1
2
,b6=
1
2

且對任意的n∈N*,有bn+6=
bn+5
bn+4
=
1
bn+3
=
bn+1
bn+2
=bn
,
設cn=a6n+i(n≥0),(其中i為常數且i∈{1,2,3,4,5,6},
∴cn+1-cn=a6n+6+i-a6n+i=b6n+i+b6n+i+1+b6n+i+2+b6n+i+3+b6n+i+4+b6n+i+5
=b1+b2+b3+b4+b5+b6
=1+2+2+1+
1
2
+
1
2
=7(n≥0).
所以數列{a6n+i}均為以7為公差的等差數列.
fn=
an
n
,則fk=
a6k+i
6k+i
=
ai+7
i+6k
=
7
6
(i+6k)+ai-
7i
6
i+6k
=
7
6
+
ai-
7i
6
i+6k
,
(其中n=6k+i,k≥0,i為{1,2,3,4,5,6}中的一個常數),
ai=
7i
6
時,對任意的n=6k+i有
ai
n
=
7
6
;
ai
7i
6
時,fk+1-fk=
ai-
7i
6
6(k+1)+i
-
ai-
7i
6
6k+i

=(ai-
7i
6
)(
1
6(k+1)+i
-
1
6k+i
)

=(ai-
7i
6
)
-6
[6(k+1)+i](6k+i)
,
①若ai
7i
6
,則對任意的k∈N有fk+1<fk,數列{
a6k+i
6k+i
}為單調減數列;
②若ai
7i
6
,則對任意的k∈N有fk+1>fk,數列{
a6k+i
6k+i
}為單調增數列;
綜上,當ai=
7i
6
且i∈{1,2,3,4,5,6}時,數列{
an
n
}中必有某數重復出現無數次
當i=1時,a1=
7
6
符合要求;當i=2時,a2=
7×2
6
=
7
3
符合要求,
此時的a1=a2-b1=
4
3
;
當i=3時,a3=
7×3
6
=
7
2
符合要求,
此時的a2=a3-b2=
3
2
a1=a2-b1=
1
2
;
當i=4時,a4=
7×4
6
=
14
3
符合要求,
此時的a1=a4-b3-b2-b1=-
1
3
;
當i=5時,a5=
7×5
6
=
35
6
符合要求,
此時的a1=a5-b4-b3-b2-b1=-
1
6
;
當i=6時,a6=
7×6
6
=7
符合要求,
此時的a1=a6-b5-b4-b3-b2-b1=
1
2
;
即當a1∈{
7
6
4
3
,
1
2
,-
1
3
,-
1
6
}時,
數列{
an
n
}中必有某數重復出現無數次.
點評:熟練掌握等差數列的前n項和公式、“累加求和”、探究數列{bn}是一個以6為周期的循環(huán)數列、數列{a6n+i}均為以7為公差的等差數列,求出fn=
an
n
并探究其單調性是解題的關鍵.注意分類討論思想方法的運用,本題較好的考查了學生的探究能力和計算能力,本題有一點的難度.
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1
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an=
5
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    n≥2
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