在数列 $\left\{a_n\right\}$ 中,$a_1=3$,$a_{n+1}a_n+\lambda a_{n+1}+\mu a_n^2=0\left(n\in {\mathbb{N}}_+\right)$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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若 $\lambda=0$,$\mu=-2$,求数列 $ \left\{a_n\right\} $ 的通项公式;标注答案$a_n=3\cdot 2^{n-1}$.解析将条件 $\lambda=0$,$\mu=-2$ 代入可分析知 $\{a_n\}$ 是一个等比数列.由 $\lambda=0$,$\mu=-2$,有 $a_{n+1}a_n=2a_n^2\left(n\in {\mathbb{N}}_+\right)$.
若存在某个 $n_0\in {\mathbb{N}}_+$,使得 $a_{n_0}=0$,则由上述递推公式易得 $a_{n_0-1}=0$,重复上述过程可得 $a_1=0$,此与 $a_1=3$ 矛盾,所以对任意 $n\in {\mathbb{N}}_+$,$a_n\neq 0$.
从而 $a_{n+1}=2a_n\left(n\in {\mathbb{N}}_+\right)$,即 $\left\{a_n\right\}$ 是一个公比 $q=2$ 的等比数列.
故 $a_n=a_1q^{n-1}=3\cdot 2^{n-1}$. -
若 $\lambda=\dfrac{1}{k_0}\left(k_0\in {\mathbb{N}}_+,k_0\geqslant 2\right)$,$\mu=-1$,证明:$2+\dfrac{1}{3k_0+1}<a_{k_0+1}<2+\dfrac{1}{2k_0+1}$.标注答案略.解析可先由递推关系分析出 $\{a_n\}$ 的单调性和上界,然后计算 $a_{n+1}$ 和 $a_n$ 的差,继而用累加法求 $a_{{k_0}+1}$,然后通过 $a_n$ 的上界 $3$ 放缩,从而证得不等式左边成立.然后利用 $a_n$ 的下界 $2$ 放缩,证得右边不等式成立.由 $\lambda=\dfrac{1}{k_0}$,$\mu=-1$,数列 $\left\{a_n\right\}$ 的递推关系式变为 $a_{n+1}a_n+\dfrac{1}{k_0}a_{n+1}-a_n^2=0$,变形为 $a_{n+1}\left(a_n+\dfrac{1}{k_0}\right)=a_n^2\left(n\in {\mathbb{N}}_+\right)$.
由上式及 $a_1=3>0$,归纳可得 $3=a_1>a_2>\cdots>a_n>a_{n+1}>\cdots>0$.
因为 $a_{n+1}=\dfrac{a_n^2}{a_n+\dfrac{1}{k_0}}=\dfrac{a_n^2-\dfrac{1}{k_0^2}+\dfrac{1}{k_0^2}}{a_n+\dfrac{1}{k_0}}=a_n-\dfrac{1}{k_0}+\dfrac{1}{k_0}\cdot \dfrac{1}{k_0a_n+1}$,
所以对 $n=1$,$2$,$\cdots$,$k_0$ 求和得\[ \begin{split}a_{k_0+1}&=a_1+\left(a_2-a_1\right)+\cdots+\left(a_{k_0+1}-a_{k_0}\right)\\&=a_1-k_0\cdot\dfrac{1}{k_0}+\dfrac{1}{k_0}\cdot\left(\dfrac{1}{k_0a_1+1}+\dfrac{1}{k_0a_2+1}+\cdots+\dfrac{1}{k_0a_{k_0}+1}\right)\\& >2+\dfrac{1}{k_0}\cdot\left(\underbrace{\dfrac{1}{3k_0+1}+\dfrac{1}{3k_0+1}+\cdots+\dfrac{1}{3k_0+1}}_{k_0个}\right)\\&=2+\dfrac{1}{3k_0+1} .\end{split} \]另一方面,由上已证的不等式知 $a_1>a_2>\cdots>a_{k_0}>a_{k_0+1}>2$,得\[ \begin{split}a_{k_0+1}&=a_1-k_0\cdot\dfrac{1}{k_0}+\dfrac{1}{k_0}\cdot\left(\dfrac{1}{k_0a_1+1}+\dfrac{1}{k_0a_2+1}+\cdots+\dfrac{1}{k_0a_k+1}\right)\\& <2+\dfrac{1}{k_0}\cdot \left(\underbrace{\dfrac{1}{2k_0+1}+\dfrac{1}{2k_0+1}+\cdots+\dfrac{1}{2k_0+1}}_{k_0个}\right)\\&=2+\dfrac{1}{2k_0+1} .\end{split} \]综上,$2+\dfrac{1}{3k_0+1}<a_{k_0+1}<2+\dfrac{1}{2k_0+1}$.
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