已知数列 $\{a_n\}, \{b_n\}$ 满足 $a_1=b_1=1, a_{n+1}=2b_n+1, b_{n+1}=2a_n-1$($n=1,2,\ldots$).若对任意整数 $k\geqslant 2$,都有 $a_{2k}+a_{2k-1}\geqslant c (a_{2k+2}+a_{2k+1})$,则实数 $c$ 的最大可能值是 .
【难度】
【出处】
全国高中数学联赛模拟试题(23)
【标注】
【答案】
$\frac{1}{4}$
【解析】
由题设知,$a_1=b_1=1, a_2=2b_1+1=3$,当 $n\geqslant 2$ 时,有$$a_{n+1}=2b_n+1=2(2a_{n-1}-1)+1=4a_{n-1}-1.$$于是$$a_{n+1}-\frac{1}{3}=4\left(a_{n-1}-\frac{1}{3}\right) (n\geqslant 2).$$从而,对正整数 $k$,有$$a_{2k}-\frac{1}{3}=4\left(a_2(k-1)-\frac{1}{3}\right)=\ldots=4^{k-1}\left(a_2-\frac{1}{3}\right)=\frac{2}{3}\times 4^k,$$$$a_{2k-1}-\frac{1}{3}=4\left(a_{2(k-1)-1}-\frac{1}{3}\right)=\ldots=4^{k-1}\left(a_1-\frac{1}{3}\right)=\frac{2}{3}\times 4^{k-1},$$即$$a_{2k}=\frac{2}{3}\times 4^k+\frac{1}{3}, a_{2k-1}=\frac{2}{3}\times 4^{k-1}+\frac{1}{3}.$$故$$a_{2k}+a_{2k-1}=\frac{10}{3}\times 4^{k-1}+\frac{2}{3}(k\geqslant 1).$$代入题中的不等式,得$$\frac{2}{3}(5\times 4^{k-1}+1)\geqslant c\cdot \frac{2}{3} (5\times 4^k+1),$$即$$c\leqslant \frac{5\times 4^{k-1}+1}{5\times 4^k+1}=\frac{5\times 4^k+4}{4(5\times 4^k+1)}=\frac{1}{4}\left(1+\frac{3}{5\times 4^k+1}\right).$$由上式对任意正整数 $k$ 成立,结合 $\lim_{k\to \infty}\frac{3}{5\times 4^k+1}=0$,知 $c$ 的最大可能值为 $\frac{1}{4}$.
题目
答案
解析
备注