对数列{an},规定{△an}为数列{an}的一阶差分数列,其中△an=an+1-an(n∈N).对自然数k,规定{△kan}为{an}的k阶差分数列,其中△kan=△k-1an+1-△k-1an=△(△k-1an).
(1)已知数列{an}的通项公式an=n2+n(n∈N),试判断{△an},{△2an}是否为等差或等比数列,为什么?
(2)若数列{an}首项a1=1,且满足△2an-△an+1+an=-2n(n∈N),求数列{an}的通项公式.
(3)(理)对(2)中数列{an},是否存在等差数列{bn},使得b1Cn1+b2Cn2+…+bnCnn=an对一切自然n∈N都成立?若存在,求数列{bn}的通项公式;若不存在,则请说明理由.在线课程解:(1)△an=an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)=2n+2,
∴{△an}是首项为4,公差为2的等差数列.△2an=2(n+1)+2-(2n+2)=2,
∴{△2an}是首项为2,公差为0的等差数列;
也是首项为2,公比为1的等比数列.
(2)∵△2an-△an+1+an=-2n,即△an+1-△an-△an+1+an=-2n,
即△an-an=2n,∴an+1=2an+2n,∵a1=1,
∴a2=4=2×21,a3=12=3×22,a4=32=4×23,猜想:an=n•2n-1,
证明:ⅰ)当n=1时,a1=1=1×20;ⅱ)假设n=k时,ak=k•2k-1;
n=k+1时,ak+1=2ak+2k=k•2k+2k=(k+1)•2(k+1)-1结论也成立,
∴由ⅰ)、ⅱ)可知,an=n•2n-1.
(3)b1Cn1+b2Cn2+…+bnCnn=an,即b1Cn1+b2Cn2+…+bnCnn=n•2n-1,
∵1Cn1+2Cn2+3Cn3+…+nCnn=n(Cn-10+Cn-11+Cn-12+…+Cn-1n-1)=n•2n-1,
∴存在等差数列{bn},bn=n,使得b1Cn1+b2Cn2+…+bnCnn=an对一切自然n∈N都成立.
分析:(1)先根据定义可得△an=an+1-an,把an=n2+n代入整理,根据等差及等比数列的定义判断{△an}是否为等差数列或等比数列,同理可判断{△2an}是否为等差或等比数列.
(2)根据题中的定义可把已知转化为△an+1-△an-△an+1+an=-2n,整理可得an+1=2an+2n,利用递推关系及a1=1计算a2,a3,a4,然后进行猜想an,再利用数学归纳法进行证明
(3)结合组合数的性质:1Cn1+2Cn2+3Cn3+…+nCnn=n(Cn-10+Cn-11+Cn-12+…+Cn-1n-1)=n•2n-1,
进行求解
点评:本小题以新定义为载体主要考查等差数列、等比数列的定义的基础知识,考查观察、猜想并进行证明的数学思想方法.还考查了把新的定义转化为利用所学知识进行求解的能力.
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