2011年高考天津卷理科数学第20题(压轴题):
设数列{an}和{bn}满足:bnan+an+1+bn+1an+2=0,bn=3+(−1)n2,n∈N∗,且a1=2,a2=4.
(1) 求a3,a4,a5的值;
(2) 设cn=a2n−1+a2n+1,n∈N∗,求证:{cn}是等比数列;
(3) 设Sk=a2+a4+⋯+a2k,k∈N∗,求证:4n∑k=1Skak<76(n∈N∗).
分析与解 (1) 当n为奇数时,bn=1;当n为偶数时,bn=2,于是a3=−3,a4=−5,a5=4.
(2) 对任意n∈N∗,有a2n−1+a2n+2a2n+1=0,2a2n+a2n+1+a2n+2=0,a2n+1+a2n+2+2a2n+3=0,
从而可得a2n=a2n+3,于是cn+1cn=a2n+1+a2n+3a2n−1+a2n+1=a2n+a2n+1a2n−1+a2n+1=−1,所以{cn}是等比数列.
(3) 根据(2),a2k−1+a2k+1=(−1)k,k∈N∗,于是不难求得an={(−1)k+1(k+1),n=2k−1,(−1)k+1(k+3),n=2k,从而S2k=−k,S2k−1=k+3,于是4n∑k=1Skak=n∑m=1(S4m−3a4m−3+S4m−2a4m−2+S4m−1a4m−1+S4ma4m)=n∑m=1(2m+22m−2m−12m+2−2m+32m+1+2m2m+3)=n∑m=1[22m(2m+1)+3(2m+2)(2m+3)],而当n⩾3时,有n∑m=122m(2m+1)<13+n∑m=22(2m−1)(2m+1)=13+n∑m=2(12m−1−12m+1)=23−12n+1,又n∑m=13(2m+2)(2m+3)<n∑m=13(2m+1)(2m+3)=32⋅n∑m=1(12m+1−12m+3)=12−32⋅12n+3,于是4n∑k=1Skak<23−12n+1+12−32⋅12n+3<76,经检验当n=1,2时不等式均成立.
综上所述,原不等式得证.