题面
20.(15分)(2016•浙江)设数列满足∣an−2an+1∣≤1,n∈N∗
(Ⅰ)求证:an∣22n−1(∣a1∣−2)(n∈N∗)
(Ⅱ)若∣an∣≤(23)n,n∈N∗,证明:∣an∣≤2, n∈N∗
2016年浙江省高考数学试卷(理科)
解析
分析
(I)使用三角不等式得出∣an∣−21∣an+1∣≤1,变形得2n∣an∣−2n+1∣an+1∣≤2n1,使用累加法可求得2∣aˉ1∣−2n∣aˉn∣<1,即结论成立;
(II)利用(I)的结论得出2n∣an∣−2n∣an∣<2n−11,进而得出∣an∣<2+(43) m∙2n,利用m的任意性可证∣an∣≤2
解答
解:(I)∵∣an−2aˉn+1∣≤1,⋅∣an∣−21∣an+1∣≤1
∴2n∣an∣−2n+1∣an+1∣≤2n1,n∈N∗,
∴2∣a1∣−2n∣an∣=(2∣a1∣−22∣a2∣)+(22∣a2∣−23∣a3∣)+⋯+(2n−1∣an−1∣−2n∣an∣)
≤21+221+231+⋯+2n1=1−2121(1−2n1)=1−2n1<1.
∴∣an∣≥2n−1(∣a1∣−2)(n∈N∗).
(II)任取 n∈N∗,由(I)知,对于任意m>n
2n∣an∣−2m∣am∣=(2n∣an∣−2n+1∣an+1∣)+(2n+1∣an+1∣−2n+2∣an+2∣)+⋯+(2m−1∣am−1∣−2m∣am∣)
≤2n1+2n+11+⋯+2m−11=1−212n1(1−2m−n+11)<2n−11.
\therefore | a_{n} | < \left(\frac{1}{2^{n - 1}} + \frac{| a_{m} |}{2^{m}}\right) \cdot 2^{n} \leq \left[\frac{1}{2^{n - 1}} + \frac{1}{2^{m}} \cdot \left(\frac{3}{2}\right)^{m} \right] \cdot 2^{n} = 2 + \left(\frac{3}{4}\right)^{m} \cdot 2^{n}.\tag{①}
由m的任意性可知∣an∣≤2
否则,存在n0∈N∗,使得∣an0∣>2,
取正整数m0>log432n0∣an0∣−2且m0>n0,则
{2}^{\mathrm{n_{0}}} \cdot ( \frac{3}{4} )^{\quad \mathrm{n_{0}}} \cdot \mathrm{n_{0}} \cdot ( \frac{3}{4} )^{\quad \mathrm{}} \frac \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm{} \mathrm①式矛盾
综上,对于任意n∈N∗,都有an≤2