设数列 $\left\{ {{a_n}} \right\}$ 的前 $n$ 项和为 ${S_n}$,且 ${a_1} = 3$,${S_n} = {a_{n + 1}} + 2n - 3$,$n \in {{\mathbb{N}}^*}$.
【难度】
【出处】
2013年卓越大学联盟自主选拔录取学科基础测试数学试题
【标注】
  • 数学竞赛
    >
    数列
    >
    数列通项
  • 题型
    >
    数列
    >
    求数列的通项公式
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的通项公式
    >
    前n项和与通项公式之间的关系
  • 数学竞赛
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    数列
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    数列通项
  • 知识点
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    数列
    >
    数列的性质
    >
    数列的单调性
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的差分
  • 方法
    >
    代数处理
    >
    分离变量法
  1. 求 $\left\{ {{a_n}} \right\}$ 的通项公式;
    标注
    • 数学竞赛
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      数列
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      数列通项
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      求数列的通项公式
    • 知识点
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      数列
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      数列的通项公式
      >
      前n项和与通项公式之间的关系
    答案
    ${a_n} = {2^{n - 1}} + 2,n\in\mathbb N^*$
    解析
    由 ${a_1} = 3$,及 ${S_n} = {a_{n + 1}} + 2n - 3$,得 ${a_2} = 4$.当 $n \geqslant 2$,$n \in {{\mathbb{N}}^*}$ 时,$${S_n} = {a_{n + 1}} + 2n - 3,$$$${S_{n - 1}} = {a_n} + 2\left( {n - 1} \right) - 3,$$两式相减得$${a_{n + 1}} = 2{a_n} - 2,$$即$${a_{n + 1}} - 2 = 2\left( {{a_n} - 2} \right),$$所以$${a_n} = {2^{n - 1}} + 2\left( {n \geqslant 2} \right),$$显然 $n = 1$ 时也成立.
    所以 $\left\{ {{a_n}} \right\}$ 的通项公式为$${a_n} = {2^{n - 1}} + 2.$$
  2. 设 ${b_n} = {2^n} + {\left( { - 1} \right)^n}\lambda {a_n}$.若对所有的 $n \in {{\mathbb{N}}^*}$,都有 ${b_{n + 1}} > {b_n}$,求实数 $\lambda $ 的取值范围.
    标注
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      代数处理
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      分离变量法
    答案
    $\left(-\dfrac 27,\dfrac 25\right)$
    解析
    由题意及 ${a_n} = {2^{n - 1}} + 2$,得$${b_n} = {2^n} + {\left( { - 1} \right)^n}\lambda \left( {{2^{n - 1}} + 2} \right),$$$${b_{n + 1}} = {2^{n + 1}} + {\left( { - 1} \right)^{n + 1}}\lambda \left( {{2^n} + 2} \right).$$两式相减,并由 ${b_{n + 1}} > {b_n}$ 得$${b_{n + 1}} - {b_n} = {2^n} + {\left( { - 1} \right)^{n + 1}}\lambda \left( {3 \times {2^{n - 1}} + 4} \right) > 0,$$当 $n$ 为偶数时,$${2^n} > \lambda \left( {3 \times {2^{n - 1}} + 4} \right),$$所以$$\lambda < \dfrac{{{2^n}}}{{3 \times {2^{n - 1}} + 4}}.$$易知 $\left\{ {\dfrac{{{2^n}}}{{3 \times {2^{n - 1}} + 4}}} \right\}$ 单调递增,所以$$\lambda < \dfrac{{{2^2}}}{{3 \times {2^{2 - 1}} + 4}} = \dfrac{2}{5}.$$当 $n$ 为奇数时,$${2^n} >- \lambda \left( {3 \times {2^{n - 1}} + 4} \right),$$所以$$\lambda > -\dfrac{{{2^n}}}{{3 \times {2^{n - 1}} + 4}}.$$易知 $\left\{ { - \dfrac{{{2^n}}}{{3 \times {2^{n - 1}} + 4}}} \right\}$ 单调递减,所以$$\lambda > -\dfrac{{{2^1}}}{{3 \times {2^{1 - 1}} + 4}} = - \dfrac{2}{7}.$$综上,$\lambda $ 的取值范围是 $\left(-\dfrac 27,\dfrac 25\right)$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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