已知数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_n=\frac{(n^2+1)^2}{n^4+4}$($n=1,2,3,\ldots$).证明:对任意正整数 $n$,都有 $a_1^2a_2^{n-1}a_3^{n-2}\ldots a_n=\frac{2^{n+1}}{n^2+2n+2}$.
【难度】
【出处】
全国高中数学联赛模拟试题(10)
【标注】
  • 题型
    >
    数列
  • 题型
    >
    数列
    >
    数列创新题
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的通项公式
    >
    求数列通项的辅助数列法
【答案】
【解析】
设 $c_k=k^2+1,d_k=k^4+1$,则$$c_{k-1}c_{k+1}=((k-1)^2+1)((k+1)^2+1)=(k^2-2k+2)(k^2+2k+2)=k^4+4=d_k,$$即$$a_k=\frac{c_k^2}{c_{k-1}c_{k+1}}.$$从而,对任意正整数 $n$,有$$\begin{aligned}
a_1^na_2^{n-1}a_3^{n-2}\ldots a_n&=\prod^n_{k=1}a_k^{n+1-k}=\prod^n_{k=1}\frac{c_k^{2n+2-2k}}{c_{k-1}^{n+1-k}c_{k+1}^{n+1-k}}\\
&=\frac{c_1^{2n-(n-1)}}{c_0^n}\cdot \prod^n_{k=2}\frac{c_k^{2n+2-2k}}{c_k^{n+2-k}c_k^{n-k}}\cdot \frac{1}{c_{n+1}}\\
&=\frac{c_1^{n+1}}{c_0^n}\cdot 1^{n-1}\cdot \frac{1}{c_{n+1}}\\
&=\frac{c_1^{n+1}}{c_0^nc_{n+1}}.\\
\end{aligned}$$由 $c_0=1, c_1=2, c_{n+1}=(n+1)^2+1=n^2+2n+2$,得$$a_1^na_2^{n-1}a_3^{n-2}\ldots a_n=\frac{2^{n+1}}{n^2+2n+2}.$$
答案 解析 备注
0.451192s