已知数列 {an} 满足递推关系式:2an+1=1−a2n(n⩾1,n∈N),且 0<a1<1.
1、求 a3 的取值范围.
2、用数学归纳法证明:当 n⩾3 且 n∈N 时,|an−(√2−1)|<12n.
3、若 bn=1an,求证:当 n⩾3 且 n∈N 时 |bn−(√2+1)|<122n.
解析
1、因为an+1=1−a2n2,
所以 0<a2<12,38<a3<12.
2、当 n=3 时,a3−(√2−1)∈(118−√2,32−√2)⊃(−18,18),
所以命题成立.
假设当命题对 n 成立,即|an−(√2−1)|<12n.
当在 n+1 时,|an+1−(√2−1)|=|1−a2n2−(√2−1)|=12|a2n−(√2−1)2|=12|an−(√2−1)|⋅|an+(√2−1)|<12n+1|an+(√2−1)|
因为−12n<an−(√2−1)<12n,
所以−12n+2(√2−1)<an+(√2−1)<12n+2(√2−1).
因此 |an+(√2−1)|<1,于是|an+1−(√2−1)|<12n+1.
综上,原命题得证.
3、以下讨论中 n⩾3,由 (2),|an−(√2−1)|<12n 即为|1√2−1−1an|<12n⋅1(√2−1)an=√2+12n⋅1|an|,
而由√2−1−12n<an<√2−1+12n,
有√2−1−18<an<√2+1+18
恒成立,于是1an<1√2−1−18,√2+1an<√2+1√2−1−18<12,
所以|1an−(√2+1)|<122n,
从而原不等式 |bn−(√2+1)|<122n(n⩾3,n∈N) 得证.