已知数列 $\left\{ {a_n}\right\} $ 的前 $n$ 项和为 ${S_n}$,${a_1} = 1$,$ {S_{n + 1}} = 4{a_n} + 1$,设 ${b_n} = {a_{n + 1}} - 2{a_n}$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    数列
    >
    等比数列及其性质
    >
    等比数列的定义与通项
  • 题型
    >
    不等式
    >
    恒成立与存在性问题
  • 知识点
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    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    分拆与裂项
  • 方法
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    代数处理
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    分离变量法
  • 知识点
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    数列
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    数列的性质
    >
    数列的单调性
  1. 证明数列 $\left\{ {b_n}\right\} $ 是等比数列;
    标注
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      数列
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      等比数列及其性质
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      等比数列的定义与通项
    答案
    解析
    因为 $S_{n+1}=4a_{n}+1$,所以$$S_{n+2}=4a_{n+1}+1,$$于是$$a_{n+2}=4(a_{n+1}-a_{n}).$$对于数列 $\{b_{n}\}$,有\[\begin{split}\dfrac{b_{n+1}}{b_{n}}&=\dfrac{a_{n+2}-2a_{n+1}}{a_{n+1}-2a_{n}}\\ &=\dfrac{4(a_{n+1}-a_{n})-2a_{n+1}}{a_{n+1}-2a_{n}}\\ &=2.\end{split}\]又 $b_{1}=a_{2}-2a_{1}=2$,所以数列 $\{b_{n}\}$ 是首项为 $2$,公比为 $2$ 的等比数列.
  2. 数列 $\left\{ {c_n}\right\} $ 满足 ${c_n} = \dfrac{1}{{{{\log }_2}{b_n} + 3}}\left(n \in {{\mathbb{N}}^*}\right)$,设 ${T_n} = {c_1}{c_2} + {c_2}{c_3} + {c_3}{c_4} + \cdots + {c_n}{c_{n + 1}}$,若对一切 $n \in {{\mathbb{N}}^*}$,不等式 $4m{T_n} > \left(n + 2\right){c_n}$ 恒成立,求实数 $m$ 的取值范围.
    标注
    • 题型
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      不等式
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      恒成立与存在性问题
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      代数变形
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      分拆与裂项
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      代数处理
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      分离变量法
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      数列
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      数列的性质
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      数列的单调性
    答案
    $\left(\dfrac{15}{4},+\infty\right)$
    解析
    由 $(1)$ 可知 $b_{n}=2^{n}$,则$$c_{n}=\dfrac{1}{\log_{2}b_{n}+3}=\dfrac{1}{n+3}(n\in\mathbb N^{*}).$$从而\[\begin{split}T_{n}&=c_{1}c_{2}+c_{2}c_{3}+c_{3}c_{4}+\cdots+c_{n}c_{n+1}\\&=\dfrac{1}{4\cdot 5}+\dfrac{1}{5\cdot 6}+\dfrac{1}{6\cdot 7}+\cdots+\dfrac{1}{(n+3)(n+4)}\\&=\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{n+4}\\&=\dfrac{n}{n+4}.\end{split}\]由 $4mT_{n}>(n+2)c_{n}$,得\[\dfrac{mn}{n+4}>\dfrac{n+2}{n+3},\]即\[m>\dfrac{n^{2}+6n+8}{n^{2}+3n}.\]记右侧数列为 $A_n$,则\[A_{n+1}-A_n=\dfrac{-32 - 19 n - 3 n^2}{n (3 + n) (4 + 5 n + n^2)},\]因此 $\{A_n\}$ 单调递减,其最大值为 $A_1=\dfrac{15}4$.于是 $m$ 的取值范围是 $\left(\dfrac{15}{4},+\infty\right)$.
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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