每日一题[3118]对偶数列

已知数列 $\left\{a_n\right\},\left\{b_n\right\}$ 满足 $a_1=2$,$b_1=\dfrac{1}{2}$,$a_{n+1}=b_n+\dfrac{1}{a_n}$,$b_{n+1}=a_n+\dfrac{1}{b_n}$,其中 $n \in \mathbb{N}^{\ast}$,则下列选项正确的有(       )

A.$\dfrac{a_2}{b_2}+\dfrac{a_3}{b_3}=\dfrac{17}{4}$

B.$a_{100}^2+b_{100}^2=\dfrac{5}{2} a_{100} \cdot b_{100}$

C.$200<a_{100} \cdot b_{100}<\dfrac{449}{2}$

D.$a_{100}-b_{100}<-15 \sqrt{2}$

答案    ACD.

解析    根据题意,有\[\dfrac{a_{n+1}}{b_{n+1}}=\dfrac{b_n+\dfrac{1}{a_n}}{a_n+\dfrac{1}{b_n}}=\dfrac{b_n}{a_n},\]因此\[\dfrac{a_2}{b_2}+\dfrac{a_3}{b_3}=\dfrac{b_1}{a_1}+\dfrac{a_1}{b_1}=4+\dfrac 14=\dfrac{17}4,\]

选项 $\boxed{A}$ 正确. 进而可得\[\dfrac{a_n}{b_n}=\begin{cases} 4,&n~\text{是奇数},\\ \dfrac14,&n~\text{是偶数},\end{cases}\implies \dfrac{a_n}{b_n}+\dfrac{b_n}{a_n}=\dfrac{17}4\iff \dfrac{a_n^2+b_n^2}{a_nb_n}=\dfrac{17}4,\]

选项 $\boxed{B}$ 错误. 而\[a_{n+1}b_{n+1}=\left(b_n+\dfrac{1}{a_n}\right)\left(a_n+\dfrac{1}{b_n}\right)=a_n b_n+\dfrac{1}{a_nb_n}+2,\]因此当 $n\geqslant 3$ 时,有\[a_{n+1}b_{n+1}-a_nb_n>2\implies a_nb_n>a_2b_2+2\cdot (n-2)=2n,\]且当 $n\geqslant 3$ 时,有 $a_nb_n\geqslant 4$,从而当 $n\geqslant 3$ 时,有\[a_{n+1}b_{n+1}-a_nb_n=\dfrac{1}{a_nb_n}+2\leqslant \dfrac 14+2=\dfrac 94,\]因此\[a_nb_n<a_2b_2+ \dfrac 94\cdot (n-2)=\dfrac{9n-2}4,\]选项 $\boxed{C}$ 正确.

根据之前的结论,有当 $n\geqslant 3$ 时,有\[\dfrac{(a_n-b_n)^2}{a_nb_n}=\dfrac{9}4\implies (a_n-b_n)^2=\dfrac 94a_nb_n>\dfrac 94\cdot 2n=\dfrac 92n\implies |a_n-b_n|=\dfrac{3\sqrt{2n}}2,\]因此\[a_{100}-b_{100}=-|a_{100}-b_{100}|<\dfrac{3\sqrt{200}}2=-15\sqrt 2,\]选项 $\boxed{D}$ 成立.

综上所述,正确的选项为 $\boxed{A}$ $\boxed{C}$ $\boxed{D}$.

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