Question

設(shè)集合W是滿足下列兩個(gè)條件的無窮數(shù)列{a_n}的集合：①對任意n∈N⁺，

an+an+2

2

≤a_n+1，恒成立；②對任意n∈N⁺，存在與n無關(guān)的常數(shù)M，使a_n≤M恒成立．
（Ⅰ）若{a_n}是等差數(shù)列，S_n是其前n項(xiàng)的和，且a₃=4，S₃=18，試探究數(shù)列{S_n}與集合W之間的關(guān)系；
（Ⅱ）設(shè)數(shù)列{b_n}的通項(xiàng)公式為b_n=5n-2ⁿ，且{b_n}∈W，求M的取值范圍．

Answer 1

（Ⅰ）設(shè)等差數(shù)列{a_n}的公差是d，則

a1+2d=4 3a1+3d=18

，解得

a1=8 d=-2

，（2分）
∴S_n=na₁+

n(n-1)

2

d=-n²+9n，
∴

Sn+Sn+2

2

-S_n+1=

(Sn+2-Sn+1)-(Sn+1-Sn)

2

=

an+2-an+1

2

=

d

2

=-1＜0
∴得

Sn+Sn+2

2

＜S_n+1，適合條件①．（5分）
又S_n=-n²+9n=-(n-

9

2

)2+

81

4

，
∴所以當(dāng)n=4或n=5時(shí)，S_n取得最大值20，即S_n≤20，適合條件②．（7分）
綜上，{S_n}∈W．（8分）
（Ⅱ）∵=5（n+1）-2ⁿ⁺¹-5n+=5-2ⁿ，
∴當(dāng)n≥3時(shí)，b_n+1-b_n＜0，此時(shí)數(shù)列{b_n}單調(diào)遞減；（11分）
當(dāng)n=1，2時(shí)，b_n+1-b_n＞0，即b₁＜b₂＜b₃，（12分）
因此數(shù)列{b_n}中的最大項(xiàng)是b₃=7，（13分）
∴M≥7，即M的取值范圍是[7，+∞）．（14分）