北京大学 2020年强基第19题
📝 题目
满足对任意 $n \geq 1$ 有 $a_{n+1}=2^{n}-3 a_{n}$ 且严格递增的数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 的个数为 。 A. 0 B. 1 C.无穷多个 D.前三个答案都不对
💡 答案解析
B 解析:因为 $a_{n+1}=2^{n}-3 a_{n}$ ,则 $\displaystyle \frac{a_{n+1}}{2^{n+1}}=-\frac{3}{2} \cdot \frac{a_{n}}{2^{n}}+\frac{1}{2}$ 则 $\displaystyle \frac{a_{n+1}}{2^{n+1}}-\frac{1}{5}=-\frac{3}{2}\left(\frac{a_{n}}{2^{n}}-\frac{1}{5}\right)$ ,则 $\displaystyle \frac{a_{n}}{2^{n}}-\frac{1}{5}=\left(-\frac{3}{2}\right)^{n-1}\left(\frac{a_{1}}{2}-\frac{1}{5}\right)$ ,则 $\displaystyle a_{n}=\frac{2^{n}}{5}+\left(a_{1}-\frac{2}{5}\right) \cdot(-3)^{n}$ 当 $\displaystyle a_{1}=\frac{2}{5}$ 时,满足严格递增,当 $\displaystyle a_{1} \neq \frac{2}{5}$ 时,会出现正负交替,不满足,故选 B。
📋 详细解题步骤
步骤 1/5
目标:将递推关系转化为等比形式
将原式两边除以2^{n+1},得到a_{n+1}/2^{n+1} = -3/2 * a_n/2^n + 1/2。
公式:a_{n+1}/2^{n+1} = -3/2 * a_n/2^n + 1/2
提示:通过除以2的幂次,构造出关于a_n/2^n的线性递推。
步骤 2/5
目标:构造等比数列
设b_n = a_n/2^n,则b_{n+1} = -3/2 b_n + 1/2。令b_{n+1} - c = -3/2 (b_n - c),解得c=1/5。
公式:b_{n+1} - 1/5 = -3/2 (b_n - 1/5)
提示:待定系数法求常数c,使新数列成等比。
步骤 3/5
目标:求出通项公式
由等比数列得b_n - 1/5 = (-3/2)^{n-1}(b_1 - 1/5),代入b_n = a_n/2^n,整理得a_n = 2^n/5 + (a_1 - 2/5)(-3)^n。
公式:a_n = 2^n/5 + (a_1 - 2/5)(-3)^n
提示:注意(-3)^n的符号变化。
步骤 4/5
目标:分析严格递增条件
若a_1 = 2/5,则a_n = 2^n/5,显然严格递增。若a_1 ≠ 2/5,则(-3)^n项导致正负交替,数列不单调。
提示:考虑(-3)^n的振荡性。
步骤 5/5
目标:得出结论
只有a_1 = 2/5时数列严格递增,故满足条件的数列个数为1。
提示:注意初始项唯一确定。
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