Question

在數(shù)列{a_n}中，a₁=1，a₂=3，a_n+2=3a_n+1-ka_n（k≠0對(duì)任意n∈N^*）成立，令b_n=a_n+1-a_n，且{b_n}是等比數(shù)列．
（1）求實(shí)數(shù)k的值；
（2）求數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式；
（3）求證：

1

a1

+

1

a2

+

1

a3

+…+

1

an

＜

34

21

．

Answer 1

考點(diǎn)：數(shù)列的求和

專題：應(yīng)用題

分析：（1）由已知條件求出數(shù)列{a_n}的前四項(xiàng)，由此能求出數(shù)列{b_n}，再由{b_n}是等比數(shù)列，能求出k．
（2）由（1）知b1=a2-a1 =2，

bn+1

bn

=2，從而得到b_n=2ⁿ，由此利用累加法能求出數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式．（3）由an=2n-1，2ⁿ-1＞2ⁿ-2=2（2^n-1-1），利用放縮法能證明

1

a1

+

1

a2

+

1

a3

+…+

1

an

＜

34

21

．

解答： （1）解：∵在數(shù)列{a_n}中，a₁=1，a₂=3，a_n+2=3a_n+1-ka_n（k≠0對(duì)任意n∈N^*）成立，
∴a₁=1，a₂=3，a₃=9-k，a₄=27-6k，
∵b_n=a_n+1-a_n，
∴b₁=2，b₂=6-k，b₃=18-5k，
∵{b_n}是等比數(shù)列，
∴b22=b1•b3，即（6-k）²=2×（18-5k），
解得k=2或k=0（舍），
當(dāng)k=2時(shí)，a_n+2=3a_n+1-2a_n，即a_n+2-a_n+1=2（a_n+1-a_n），
∴

bn+1

bn

=2，
∴k=2時(shí)滿足條件．
（2）解：∵b1=a2-a1 =2，

bn+1

bn

=2，
∴b_n=2ⁿ，
∴a₂-a₁=2，a3-a2=22，…，an-an-1=2n-1，
∴an-a1=2+22+…+2n-1，
∴a_n=1+2+2²+2³+…+2^n-1
=

1×(1-2n)

1-2

=2ⁿ-1．
∴an=2n-1．
（3）證明：∵an=2n-1，2ⁿ-1＞2ⁿ-2=2（2^n-1-1），
∴

1

an

=

1

2n-1

＜

1

2

×

1

2n-1-1

=

1

2an-1

，
∴

1

a1

+

1

a2

+

1

a3

+…+

1

an

=

1

1

+

1

3

+

1

7

+…+

1

2n -1

＜

1

1

+

1

3

+

1

7

+

1

14

+…+

1

7•2n-3

=

1

1

+

1

3

+

2

7

[1-(

1

2

)n-2]
＜1+

1

3

+

2

7

=

34

21

．
∴

1

a1

+

1

a2

+

1

a3

+…+

1

an

＜

34

21

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查實(shí)數(shù)值和數(shù)列的通項(xiàng)公式的求法，考查不等式的證明，解題時(shí)要熟練掌握等比數(shù)列的性質(zhì)，注意放縮法在證明題中的合理運(yùn)用．