Question

已知f（x）=x²+2x，數(shù)列{a_n}滿足a₁=3，a_n+1=f′（a_n）-n-1，數(shù)列{b_n}滿足b₁=2，b_n+1=f（b_n）．
（1）求證：數(shù)列{a_n-n}為等比數(shù)列；
（2）令cn=

1

an-n-1

，求證：c2+c3+…+cn＜

2

3

；
（3）求證：

1

3

≤

1

1+b1

+

1

1+b2

+…+

1

1+bn

＜

1

2

Answer 1

分析：（1）先求出函數(shù)f（x）的導(dǎo)函數(shù)，代入a_n+1=f′（a_n）-n-1可得a_n+1與a_n的關(guān)系，設(shè)a_n+1+x（n+1）+y=2（a_n+xn+y）進(jìn)而可得方程組

2x-x=-1 2y-y-x=1

解得x和y，代入a_n+1+x（n+1）+y=2（a_n+xn+y），可得a_n+1-（n+1）=2（a_n-n），進(jìn)而可證明數(shù)列{a_n-n}為等比數(shù)列．
（2）把（1）中求得的a_n代入Cn，可得Cn=

1

2n-1

=

2n+1-1

2n

[

1

2n-1

-

1

2n+1-1

]，根據(jù)

2n+1-1

2n

=2-

1

2n

＜2可知Cn＜2[

1

2n-1

-

1

2n+1-1

]，進(jìn)而可知C₂+C₃++C_n＜2(

1

3

-

1

2n+1-1

)，原式得證．
（3）把b_n代入b_n+1=f（b_n）．可得b_n+1+1=（b_n+1）²，兩邊求對(duì)數(shù)化簡(jiǎn)得

1

bn+1

=(

1

3

)2n-1≤(

1

3

)n，進(jìn)而根據(jù)等比數(shù)列的求和公式可推斷

1

1+b1

+

1

1+b2

+…+

1

1+bn

≤

1-( 1 3 )n-1

2

＜2，又

1

b1+1

+

1

b2+1

++

1

bn+1

≥

1

b1+1

=

1

3

進(jìn)而可證明原式．

解答：解：（1）f'（x）=2x+2?a_n+1=2a_n+2-n-1?a_n+1=2a_n-n+1
設(shè)a_n+1+x（n+1）+y=2（a_n+xn+y）?

2x-x=-1 2y-y-x=1

?

x=-1 y=0

?a_n+1-（n+1）=2（a_n-n），
∴數(shù)列{a_n-n}是首項(xiàng)為2，公比為2的等比數(shù)列，
∴a_n=2ⁿ+n（n∈N^*）．
（2）Cn=

1

2n-1

=

2n+1-1

2n

[

1

2n-1

-

1

2n+1-1

]＜2[

1

2n-1

-

1

2n+1-1

]
∴C2+C3++Cn＜2[

1

22-1

-

1

23-1

+

1

23-1

-

1

24-1

++

1

2n-1

-

1

2n+1-1

]
=2(

1

3

-

1

2n+1-1

)＜

2

3

．
（3）b_n+1=b_n²+2b_n?b_n+1+1=（b_n+1）²?log₃（b_n+1+1）=2log₃（b_n+1）
?

1

bn+1

=(

1

3

)2n-1?

1

bn+1

≤(

1

3

)n?

1

b1+1

+

1

b2+1

+

1

bn+1

＜

1

2

，
又∵

1

b1+1

+

1

b2+1

++

1

bn+1

≥

1

b1+1

=

1

3

∴原式得證．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查數(shù)列等比關(guān)系的確定．等比數(shù)列常與冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、不等式一塊考查，應(yīng)注意聯(lián)系這些函數(shù)的性質(zhì)．