在数列 $\{a_n\}$ 中,$a_1=1$,$a_{n+1}=ca_n+c^{n+1}(2n+1)$,$n\in\mathbb N^*$,其中实数 $c\ne 0$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 求 $\{a_n\}$ 的通项公式;
    标注
    答案
    $a_n=\left(n^2-1\right)c^n+c^{n-1},n\in\mathbb N^*.$
    解析
    根据题意,有$$\dfrac{a_{n+1}}{c^{n+1}}=\dfrac{a_n}{c^n}+2n+1,$$于是可求得 $\dfrac{a_n}{c^n}=n^2-1+\dfrac 1c$,进而可得$$a_n=\left(n^2-1\right)c^n+c^{n-1},n\in\mathbb N^*.$$
  2. 若对一切 $k\in\mathbb N^*$ 有 $a_{2k}>a_{2k-1}$,求 $c$ 的取值范围.
    标注
    答案
    $\left(-\infty,-\dfrac{1+\sqrt{13}}6\right)\cup\left[1,+\infty\right)$
    解析
    题意即题意即$$\forall k\in\mathbb N^*,4\left(c^2-c\right)k^2+4ck-c^2+c-1>0,$$记 $f(x)=4(c^2-c)x^2+4cx-c^2+x-1$,对称轴为 $x=-\dfrac 1{2(x-1)}$,先探究必要条件:
    令 $k=1$ 得$$f(1)=3c^2+c-1>0,$$解得 $c>\dfrac {-1+\sqrt{13}}{2}$ 或 $c<-\dfrac {1+\sqrt{13}}{2}$;
    又 $c^2-c\geqslant 0$,解得 $c\geqslant 1$ 或 $c\leqslant 0$,对 $c=0,1$ 分别验证知 $c\geqslant 1$ 或 $c<0$.
    于是有 $c<-\dfrac {1+\sqrt{13}}{2}$ 或 $c\geqslant 1$,下面证明当 $c$ 在这个范围内时,不等式恒成立:
    当 $c\geqslant 1$ 时,$f(x)$ 的对称轴 $x=-\dfrac 1{2(c-1)}<0$,所以 $f(1)>0$ 可以保证当 $x\geqslant 1$ 时,$f(x)>0$;
    当 $c<-\dfrac {1+\sqrt{13}}{2}$ 时,$f(x)$ 的对称轴 $x=-\dfrac 1{2(c-1)}<\dfrac 12$,所以 $f(x)$ 在 $(1,+\infty)$ 上单调递增,从而 $f(1)>0$ 可以保证当 $x\geqslant 1$ 时,$f(x)>0$;
    综上知 $c$ 的取值范围是 $\left(-\infty,-\dfrac{1+\sqrt{13}}6\right)\cup\left[1,+\infty\right)$.
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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