已知数列 $\left\{ {a_n} \right\}$ 中,${a_1} = 1$,${a_{n + 1}} = c - \dfrac{1}{a_n}$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 设 $c = \dfrac{5}{2}$,${b_n} = \dfrac{1}{{{a_n} - 2}}$,求数列 $\left\{ {b_n} \right\}$ 的通项公式;
    标注
    答案
    解析
    由题意\[ {a_{n + 1}} - 2 = \dfrac{5}{2} - \dfrac{1}{a_n} - 2 = \dfrac{{{a_n} - 2}}{{2{a_n}}} ,\]所以\[ \dfrac{1}{{{a_{n + 1}} - 2}} = \dfrac{{2{a_n}}}{{{a_n} - 2}} = \dfrac{4}{{{a_n} - 2}} + 2, \]即\[{b_{n + 1}} = 4{b_n} + 2 ,{b_{n + 1}} + \dfrac{2}{3} = 4\left({b_n} + \dfrac{2}{3}\right),\]又 $ {a_1} = 1 $,故\[{b_1} = \dfrac{1}{{{a_1} - 2}} = - 1,\]所以 $\left\{ {b_n} + \dfrac{2}{3}\right\} $ 是首项为 $ - \dfrac{1}{3}$,公比为 $ 4 $ 的等比数列,所以\[ {b_n} + \dfrac{2}{3} = - \dfrac{1}{3} \times {4^{n - 1}},
    {b_n} = - \dfrac{1}{3} \times {4^{n - 1}} - \dfrac{2}{3}. \]所以数列 $\left\{ {b_n} \right\}$ 的通项公式为 $ {b_n} =- \dfrac{1}{3} \times {4^{n - 1}} - \dfrac{2}{3}$.
  2. 求使不等式 ${a_n} < {a_{n + 1}} < 3$ 成立的 $c$ 的取值范围.
    标注
    答案
    解析
    ${a_1} = 1$,${a_2} = c - 1$,由 $ {a_2} > {a_1} $,得 $ c > 2 $.
    用数学归纳法证明:当 $c > 2$ 时,${a_n} < {a_{n + 1}}$.
    (i)当 $n = 1$ 时,${a_2} = c - \dfrac{1}{a_1} > {a_1}$,命题成立;
    (ii)设当 $ n=k $ 时,${a_k} < {a_{k + 1}}$,则当 $ n=k+1 $ 时,有\[{a_{k + 2}} = c - \dfrac{1}{{{a_{k + 1}}}} > c - \dfrac{1}{a_k} = {a_{k + 1}} ,\]故由(i)(ii)知,当 $ c>2 $ 时,${a_n} < {a_{n + 1}}$.
    当 $ c>2 $ 时,令 $a = \dfrac{{c + \sqrt {{c^2} - 4} }}{2}$,由 ${a_n} + \dfrac{1}{a_n} < {a_{n + 1}} + \dfrac{1}{a_n} = c$,得 ${a_n} < a$;
    当 $2 < c \leqslant \dfrac{10}{3}$ 时,${a_n} < a \leqslant 3$;
    当 $c > \dfrac{10}{3}$ 时,$a > 3$,且 $1 \leqslant {a_n} < a$.
    于是\[a - {a_{n + 1}} = \dfrac{1}{{{a_n}a}}\left(a - {a_n}\right) < \dfrac{1}{3}\left(a - {a_n}\right) ,\]所以\[ a - {a_{n + 1}} < \dfrac{1}{3^n}\left(a - 1\right),\]当 $n > {\log _3}\dfrac{a - 1}{a - 3}$ 时,$a - {a_{n + 1}} < a - 3$,${a_{n + 1}} > 3$,与已知矛盾,因此 $c > \dfrac{10}{3}$ 不符合要求.
    所以 $ c $ 的取值范围是 $\left(2,\dfrac{10}{3}\right]$.
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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