已知数列{an}的前n项和满足:a1=-1,Sn+1+2Sn=-1(nN*),数列{bn}的通项公式

已知数列{an}的前n项和满足:a1=-1,Sn+1+2Sn=-1(nN*),数列{bn}的通项公式为bn=3n-4(nN*).

(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;

(Ⅱ)试比较an与bn的大小,并加以证明;

(Ⅲ)是否存在圆心在x轴上的圆C及互不相等的正整数n、m、k,使得三点An(bn,an),Am(bm,am),Ak(bk,ak)落在圆C上?说明理由.

答案

解:

(1)∵Sn+1+2Sn=-1(a∈N*),∴Sn+2+2Sn+1=-1(n∈N*)两式相减得an+2+2an+1=0,

即an+2=-2an+1(n∈N

*).又a1=-1,S2+2S1=3a1+a2=-1,a2=-2a1,∴a1=-1,an+1=-2an(n∈N*),

即数列{an}是首项为-1;公比为-2的等比数列,其通项公式是an=-(-2)n-1  。

(Ⅱ)a1=-1,b1=-1;a2=2,b2=2;a4=8,b4=8∴当n=1,2,4时,an=bn当n=2k+1(k∈N

*)时,a2k+1=-(-2)2k<0,b2k+1=6k-1>0,∴an<bn

当n=2k(k∈N

*)时,a2k=2k-1=24·(1+1)2k-5≥16()=32k-64>0,

b2k=6k-4,  ∵k∈N

*,k≥3.∴an-bn≥26k-60≥18>0,即an>bn

(Ⅲ)不存在圆心在x轴上的圆C及互不相等的正整数n、m、k,使得三点An、Am、Ak落在圆C上.假没存在圆心在x轴上的圆C及互不相等的正整数n、m、k,使得三点An、Am、Ak,即An(3n-4,-(-2)n-1),Am(3m-4,-(-2)m-1),Ak(3k-4,-(-2)k-1)落在圆C上.

不妨设n>m>k≥1,设圆C的方程为:x2+y2+Dx+F=0

从而9n2-24n+16+4n-1+(3n-4)D+F=0  ①

9m2-24m+16+4m-1+(3m-4)D+F=0  ②

9k2-24k+16+4k-1+(3k-4)D+F=0  ③

由①-②,②-③得:

9(n+m)(n-m)-24(n-m)++3(n-m)D=0

9(m+k)(m-k)-24(m-k)++3(m-k)D=0

即9(n+m)-24++3D=0  ④

9(m+k)-24++3D=0  ⑤

由④-⑤得:9(n-k)+=0

整理得,9(n-k)+[(m-k)(n-k)()+(n-m)]=0

∵n>m>k≥1,∴又作函数f(x)=(x≥1),

由f′(x)=,0(x≥1)知函数f(x)=(x≥1)是增函数.

∵n>m>k≥1,∴n-k>m-k≥1,∴,与矛盾.

故不存在圆心在x轴上的圆C及互不相等的正整数n、m、k,使得三点An、Am、Ak落在圆C上.

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