Question

若數(shù)列{a_n}，{b_n}中，a₁=a，b₁=b，

an=-2an-1+4bn-1 bn=-5an-1+7bn-1

，（n∈N，n≥2）．請(qǐng)按照要求完成下列各題，并將答案填在答題紙的指定位置上．
（1）可考慮利用算法來(lái)求a_m，b_m的值，其中m為給定的數(shù)據(jù)（m≥2，m∈N）．右圖算法中，虛線(xiàn)框中所缺的流程，可以為下面A、B、C、D中的

ACD

（請(qǐng)?zhí)畛鋈�部答案�?BR>A、B、
C、D、

（2）我們可證明當(dāng)a≠b，5a≠4b時(shí)，{a_n-b_n}及{5a_n-4b_n}均為等比數(shù)列，請(qǐng)按答紙題要求，完成一個(gè)問(wèn)題證明，并填空．
證明：{a_n-b_n}是等比數(shù)列，過(guò)程如下：a_n-b_n=（-2a_n-1+4b_n-1）+（5a_n-1-7b_n-1）=3a_n-1-3b_n-1=3（a_n-1-b_n-1）
所以{a_n-b_n}是以a₁-b₁=a-b≠0為首項(xiàng)，以

3

為公比的等比數(shù)列；
同理{5a_n-4b_n}是以5a₁-4b₁=5a-4b≠0為首項(xiàng)，以

2

為公比的等比數(shù)列
（3）若將a_n，b_n寫(xiě)成列向量形式，則存在矩陣A，使

an bn

=A

an-1 bn-1

=A(A

an-2 bn-2

)=A2

an-2 bn-2

=…=An-1

a1 b1

，請(qǐng)回答下面問(wèn)題：
①寫(xiě)出矩陣A=

-2 4 -5 7

；  ②若矩陣B_n=A+A²+A³+…+Aⁿ，矩陣C_n=PB_nQ，其中矩陣C_n只有一個(gè)元素，且該元素為B_n中所有元素的和，請(qǐng)寫(xiě)出滿(mǎn)足要求的一組P，Q：

P=

1   1

，Q=

1 1

； ③矩陣C_n中的唯一元素是

2ⁿ⁺²-4

．
計(jì)算過(guò)程如下：

Answer 1

分析：（1）根據(jù)數(shù)列{a_n}，{b_n}中的遞推關(guān)系可知只有B選項(xiàng)不正確，從而得出正確答案；
（2）結(jié)合證明過(guò)程，根據(jù)等比數(shù)列的定義知：答案為：3，2；
（3）由于矩陣B_n中所有元素的和等于A，A²，A³，…Aⁿ中所有元素的和的和，于是可先求Aⁿ中四個(gè)元素之和．
解法一：由

an bn

=An-1

a1 b1

⇒

an+1 bn+1

=An

a1 b1

，利用問(wèn)題（2），得出

an+1=(5×2n-4×3n)a+(4×3n-4×2n)b bn+1=(5×2n-5×3n)a+(5×3n-4×2n)b

從而有：Aⁿ中元素之和為2×2ⁿ，最后B_n中所有元素的和即得；
解法二：由

an bn

=An-1

a1 b1

⇒

an+1 bn+1

=An

a1 b1

，可知當(dāng)a₁=b₁=1時(shí)，Aⁿ中元素之和就等于a_n+1+b_n+1，于是由問(wèn)題（2）可知當(dāng)a=b=1時(shí)a_n-b_n=3（a_n-1-b_n-1）=…=0，即a_n=b_n，于是由a_n=-2a_n-1+4b_n-1=2a_n-1⇒a_n=2^n-1，即得；
解法三：注意到AQ=

-2 4 -5 7

1 1

=

2 2

=2Q，于是AnQ=An-1(AQ)=A^n-1所以PAnQ=P(2n

1 1

)=2n

1&1

1 1

=2n+1于是C_n=2²+2³+…2ⁿ⁺¹=2ⁿ⁺²-4．

解答：解：（1）根據(jù)數(shù)列{a_n}，{b_n}中的遞推關(guān)系可知只有B選項(xiàng)不正確，答案：ACD …（3分）
（2）結(jié)合證明過(guò)程，根據(jù)等比數(shù)列的定義知：答案為：
        3    2
（3）答案：A=

-2 4 -5 7

，一組P，Q的值可以為P=

1   1

，Q=

1 1

（滿(mǎn)足P=

1 a & 1 a

，Q=

a a

形式即可） 矩陣C_n中唯一元素為2ⁿ⁺²-4．
解：由于矩陣B_n中所有元素的和等于A，A²，A³，…Aⁿ中所有元素的和的和，于是可先求Aⁿ中四個(gè)元素之和．
（填空，可利用能進(jìn)行矩陣運(yùn)算的計(jì)算器大概兩分鐘可得出A，A²，A³，A⁴，計(jì)算和分別為4，8，16，32歸納得出Aⁿ中元素之和為4×2^n-1，但Aⁿ的通項(xiàng)很難歸納得出）
解法一：由

an bn

=An-1

a1 b1

⇒

an+1 bn+1

=An

a1 b1

，利用問(wèn)題（2），得出

an-bn=(a-b)3n-1 5an-4bn=(5a-4b)2n-1

⇒

an=(5×2n-1-4×3n-1)a+(4×3n-1-4×2n-1)b bn=(5×2n-1-5×3n-1)a+(5×3n-1-4×2n-1)b

于是

an+1=(5×2n-4×3n)a+(4×3n-4×2n)b bn+1=(5×2n-5×3n)a+(5×3n-4×2n)b

所以An=

5×2n-4×3n 4×3n-4×2n 5×2n-5×3n 5×3n-4×2n

，Aⁿ中元素之和為2×2ⁿ，
從而B(niǎo)_n中所有元素的和為2²+2³+2⁴+…+2ⁿ⁺¹=2ⁿ⁺²-4．
解法二：由

an bn

=An-1

a1 b1

⇒

an+1 bn+1

=An

a1 b1

，可知當(dāng)a₁=b₁=1時(shí)，Aⁿ中元素之和就等于a_n+1+b_n+1，于是由問(wèn)題（2）可知當(dāng)a=b=1時(shí)a_n-b_n=3（a_n-1-b_n-1）=…=0，即a_n=b_n，于是由a_n=-2a_n-1+4b_n-1=2a_n-1⇒a_n=2^n-1，
所以a_n+1+b_n+1=2a_n+1=2×2ⁿ，即Aⁿ的元素之和為2ⁿ⁺¹，從而B(niǎo)_n中所有元素的和為2²+2³+2⁴+…+2ⁿ⁺¹=2ⁿ⁺²-4．
解法三：注意到AQ=

-2 4 -5 7

1 1

=

2 2

=2Q，
于是AnQ=An-1(AQ)=A^n-1
所以PAnQ=P(2n

1 1

)=2n

1&1

1 1

=2n+1
于是C_n=2²+2³+…2ⁿ⁺¹=2ⁿ⁺²-4
（注：解法三不具有通用性，本題中恰好AQ=2Q，于是運(yùn)算可進(jìn)行下去．）
故答案為：ACD；2，3；

-2 4 -5 7

，P=

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1   1