每日一题[662]不动点法改造数列

已知数列{an}a1=2an+1=(21)(an+2)n=1,2,3,
(1) 求{an}的通项公式;
(2) 若数列{bn}中,b1=2bn+1=3bn+42bn+3,证明:2<bna4n3n=1,2,3,


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分析与解 (1) 递推公式即an+12=(21)(an2),

进而不难求出an=2[(21)n+1]n=1,2,3,

(2) 设f(x)=3x+42x+3,则当x(2,2]时,f(x)(2,2],且函数f(x)在区间(2,2]上单调递增.因此不难证明{bn}单调递减(由b2<b1,可以得到f(b2)=b3<f(b1)=b2,所以由数学归纳法容易证得{bn}单调递减),且bn(2,2].利用f(x)=x的不动点x=2将递推公式改造为bn+12=3222bn+3(bn2)<32222+3(bn2)=(21)4(bn2),

于是取n=1,2,3,,n1累乘可得bn2(21)4n4(22)=a4n32,
因此原命题得证.


(2)另法 由f(x)=3x+42x+3=x解得不动点x=±2.通过不动点改造数列得bn+12=(322)bn22bn+3,bn+1+2=(3+22)bn+22bn+3

两式相比得bn+12bn+1+2=3223+22bn2bn+2.
于是得bn2bn+2=222+2(3223+22)n1=(21)4n2.
从而解得bn=1+m4n21m4n22,其中m=21.直接可以得到bn>2,右边不等式等价于证明1+m4n21m4n21+m4n3.
整理得m4n32m4n2m8n5=m4n3(12mm4n2)0,
也即证明m4n2=(21)4n212m=(21)2.
因为4n22,所以此不等式显然成立.

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