设集合W是满足下列两个条件的无穷数列{an}的集合:①an+1≥;②an≤M.

设集合W是满足下列两个条件的无穷数列{an}的集合:

①an+1;②an≤M.其中n∈N

*,M是与n无关的常数.

(1)若{an}是等差数列,Sn是其前n项的和,a4=2,S4=20,证明{Sn}∈W;

(2)设数列{bn}的通项为bn=5n-2n,且{bn}∈W,求M的取值范围;

(3)设数列{cn}的各项均为正整数,且{cn}∈W,试证cn≤cn+1.

答案

(1)证明:设等差数列{an}的公差是d,则a1+3d=2,4a1+6d=20,解得a1=8,d=-2,所以Sn=na1+d=-n2+9n.

-Sn+1=[(-n2+9n)-(n+2)2+9(n+2)+2(n+1)2-18(n+1)]=-1<0,

<Sn+1,适合条件①.

又Sn=-n2+9n=-(n)2+,所以当n=4或5时,Sn取得最大值20,即Sn≤20,适合条件②.综上所述,{Sn}∈W.

(2)解:因为bn+1-bn=5(n+1)-2n+1-5n+2n=5-2n,所以当n≥3时,bn+1-bn<0,此时数列{bn}单调递减;当n=1,2时,bn+1-bn>0,即b1<b2<b3.

因此数列{bn}中的最大项是b3=7,所以M≥7.

(3)证明:假设存在正整数k,使得ck>ck+1成立,

由数列{cn}的各项均为正整数,可得ck≥ck+1+1,即ck+1≤ck-1.

因为≤ck+1,所以ck+2≤2ck+1-ck≤2(ck-1)-ck=ck-2.

由ck+2≤2ck+1-ck及ck>ck+1,得ck+2<2ck+1-ck+1=ck+1,故ck+2≤ck+1-1.

因为≤ck+2,所以ck+3≤2ck+2-ck+1≤2(ck+1-1)-ck+1=ck+1-2≤ck-3.

依次类推,可得ck+m≤ck-m(m∈N

*).

又存在M,使ck≤M,总有M<m,故有ck+m<0,这与数列{cn}的各项均为正整数矛盾!

所以假设不成立,即对于任意n∈N

*,都有cn≤cn+1成立.

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