Question

已知數(shù)列a_n是各項均不為0的等差數(shù)列，公差為d，S_n為其前n項和，且滿足a_n²=S_2n-1，n∈N^*．?dāng)?shù)列b_n滿足bn=

1

an•an+1

，T_n為數(shù)列b_n的前n項和．
（1）求a₁、d和T_n；
（2）若對任意的n∈N^*，不等式λT_n＜n+8•（-1）ⁿ恒成立，求實數(shù)λ的取值范圍；
（3）是否存在正整數(shù)m，n（1＜m＜n），使得T₁，T_m，T_n成等比數(shù)列？若存在，求出所有m，n的值；若不存在，請說明理由．

Answer 1

分析：（1）在a_n²=S_2n-1中，令n=1，n=2，得

a12=S1 a22=S3

，由此能求出求a₁、d和T_n；
（2）①當(dāng)n為偶數(shù)時，要使不等式λT_n＜n+8•（-1）ⁿ恒成立，λ需滿足λ＜25．②當(dāng)n為奇數(shù)時，要使不等式λT_n＜n+8•（-1）ⁿ恒成立，λ需滿足λ＜-21．綜合①、②可得λ的取值范圍．
（3）T1=

1

3

， Tm=

m

2m+1

， Tn=

n

2n+1

，若T₁，T_m，T_n成等比數(shù)列，則

m2

4m2+4m+1

=

n

6n+3

．由

m2

4m2+4m+1

=

n

6n+3

，可得-2m²+4m+1＞0，由此能求出求出所有m，n的值．

解答：解：（1）在a_n²=S_2n-1中，令n=1，n=2，
得

a12=S1 a22=S3

即

a12=a1 (a1+d)2=3a1+3d

（2分）
解得a₁=1，d=2，（3分）∴a_n=2n-1．∵bn=

1

anan+1

=

1

(2n-1)(2n+1)

=

1

2

(

1

2n-1

-

1

2n+1

)，∴Tn=

1

2

(1-

1

3

+

1

3

-

1

5

++

1

2n-1

-

1

2n+1

)=

n

2n+1

．（5分）
（2）①當(dāng)n為偶數(shù)時，要使不等式λT_n＜n+8•（-1）ⁿ恒成立，即需不等式λ＜

(n+8)(2n+1)

n

=2n+

8

n

+17恒成立．（6分）∵2n+

8

n

≥8，等號在n=2時取得．∴此時λ需滿足λ＜25．（7分）
②當(dāng)n為奇數(shù)時，要使不等式λT_n＜n+8•（-1）ⁿ恒成立，即需不等式λ＜

(n-8)(2n+1)

n

=2n-

8

n

-15恒成立．（8分）∵2n-

8

n

是隨n的增大而增大，∴n=1時2n-

8

n

取得最小值-6．∴此時λ需滿足λ＜-21．（9分）
綜合①、②可得λ的取值范圍是λ＜-21．（10分）
（3）T1=

1

3

， Tm=

m

2m+1

， Tn=

n

2n+1

，
若T₁，T_m，T_n成等比數(shù)列，則(

m

2m+1

)2=

1

3

(

n

2n+1

)，即

m2

4m2+4m+1

=

n

6n+3

．（11分）
由

m2

4m2+4m+1

=

n

6n+3

，可得

3

n

=

-2m2+4m+1

m2

＞0，
即-2m²+4m+1＞0，（12分）∴1-

6

2

＜m＜1+

6

2

．（13分）
又m∈N，且m＞1，所以m=2，此時n=12．
因此，當(dāng)且僅當(dāng)m=2，n=12時，數(shù)列 {T_n}中的T₁，T_m，T_n成等比數(shù)列．（14分）

點評：本題考查了等差數(shù)列、等比數(shù)列的概念及其性質(zhì)，以及數(shù)列的求和、利用均值不等式求最值等知識；考查了學(xué)生的函數(shù)思想方法，及其推理論證和探究的能力．