设 $\{a_n\}$ 是各项均为正数的数列,且对满足 $m+n=p+q$ 的任意正整数 $m,n,p,q$,都有\[\dfrac{a_m+a_n}{(1+a_m)(1+a_n)}=\dfrac{a_p+a_q}{(1+a_p)(1+a_q)},\]则 \((\qquad)\)
A: 当 $a_1=1$ 时,$a_{2017}=1$
B: 当 $a_1=\dfrac 12$ 时,$a_2$ 的值可能为 $\dfrac 13$
C: 当 $a_1=\dfrac 35$ 时,$a_{2017}=\dfrac 13$
D: 当 $a_1=\dfrac 12$ 时,$a_2$ 的值可能为 $\dfrac 45$
【难度】
【出处】
2017年清华大学THUSSAT测试题
【标注】
【答案】
AD
【解析】
方法一令 $m=2$,$p=1$,$q=n+1$,则有$$\dfrac{a_2+a_n}{(1+a_2)(1+a_n)}=\dfrac{a_1+a_{n+1}}{(1+a_1)(1+a_{n+1})},$$整理得$$a_{n+1}=\dfrac{(1-a_1a_2)a_n+a_2-a_1}{(a_2-a_1)a_n+1-a_1a_2},$$利用不动点改造递推公式,可得若 $a_1=1$,则 $a_n=1 (n=1,2,\cdots)$.若 $a_1\neq 1$,由不动点法,我们有\[\dfrac{a_{n+1}+1}{a_{n+1}-1}=\dfrac{a_1-1}{a_1+1}\cdot\dfrac{a_2+1}{a_2-1}\cdot \dfrac{a_n+1}{a_n-1},\]从而可求出数列 $\{a_n\}$ 的通项.又\[\left|\dfrac{a_{n+1}+1}{a_{n+1}-1}\right|=\left|\dfrac{a_1-1}{a_1+1}\cdot\dfrac{a_2+1}{a_2-1}\right|\cdot \left|\dfrac{a_n+1}{a_n-1}\right|,\]由于 $\left|\dfrac{a_{n+1}+1}{a_{n+1}-1}\right|>1$,于是\[\left|\dfrac{a_1-1}{a_1+1}\cdot\dfrac{a_2+1}{a_2-1}\right|\geqslant 1,\]从而\[\left|\dfrac{a_{n+1}+1}{a_{n+1}-1}\right|\geqslant \left|\dfrac{a_n+1}{a_n-1}\right|,\]进而可得当 $n\geqslant 2$ 时,$a_n$ 在 $\dfrac 1{a_1}$ 到 $a_1$ 之间.
方法二令\[a_n=\dfrac{\dfrac{1}{2}-b_n}{\dfrac{1}{2}+b_n}>0,\]有 $-\dfrac{1}{2}<b_n<\dfrac{1}{2}$,且对满足 $m+n=p+q$ 的任意正整数 $m,n,p,q$,都有 $b_mb_n=b_pb_q$,因此 $b_n=0 (n=1,2,\cdots)$ 或者 $\left\{b_n\right\}$ 成等比数列(公比 $q$ 满足 $|q|\leqslant 1$).
若 $a_1=1$,则 $a_n=1 (n=1,2,\cdots)$,故选项A正确.
若 $a_1=\dfrac{1}{2}$,$a_2=\dfrac{1}{3}$,解得 $b_1=\dfrac{1}{6}$,$b_2=\dfrac{1}{4}$,$q=\dfrac{3}{2}>1$,故选项B错误.
若 $a_1=\dfrac{3}{5}$,$a_{2017}=\dfrac{1}{3}$,解得 $b_1=\dfrac{1}{8}$,$b_{2017}=\dfrac{1}{4}$,$|q|=\sqrt[2016]{2}>1$,故选项C错误.
若 $a_1=\dfrac{1}{2}$,$a_2=\dfrac{4}{5}$,解得 $b_1=\dfrac{1}{6}$,$b_2=\dfrac{1}{18}$,$q=\dfrac{1}{3}$,满足题意,且易知 $a_2$ 还有其它满足题意的取值,故选项D正确.
题目 答案 解析 备注
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