设 $\triangle A_n B_n C_n$($n\in \mathbb N^{\ast}$)的内角 $A_n,B_n,C_n$ 的对边分別为 $a_n,b_n,c_n$,已知 $b_1>c_1$,$b_1+c_1=2 a_1$.
1、求 $A_1$ 的取值范围;
2、若对任意的 $n\in \mathbb N^{\ast}$,都有 $a_n=2$,且 $a_n,b_{n+1},c_n$ 成等差数列,$a_n,c_{n+1},b_n$ 也成等差数列.证明:$\triangle A_nB_nC_n$ 的周长为定值.
解析
1、根据正弦定理,有\[2a_1=b_1+c_1\implies 2\sin A_1=\sin B_1+\sin C_1\implies \sin A_1=\sin\dfrac{B_1+C_1}{2}\cos\dfrac{B_1-C_1}2,\]进而\[\sin A_1=\cos\dfrac{A_1}2\cos\dfrac{B_1-C_1}2\implies \sin\dfrac{A_1}2=\dfrac 12\cos\dfrac{B_1-C_1}2,\]从而 $\sin\dfrac{A_1}2$ 的取值范围是 $\left(0,\dfrac 12\right)$,所以 $A_1$ 的取值范围是 $\left(0,\dfrac{\pi}3\right)$.
2、根据题意,有\[\begin{cases} 2b_{n+1}=c_n+2,\\ 2c_{n+1}=b_n+2,\end{cases}\implies b_{n+1}+c_{n+1}=\dfrac 12(b_n+c_n)+2,\]从而\[b_{n+1}+c_{n+1}-4=\dfrac 12(b_n+c_n-4),\]而 $b_1+c_1-4=2a_1-4=0$,因此 $b_n+c_n=4$,$\triangle A_nB_nC_n$ 的周长为定值 $6$,命题得证.