三、解答题
21.(本小题满分13分)
已知
(
)是曲线
上的点,
,
是数列
的前
项和,
且满足
,
,
….
(I)证明:数列
(
)是常数数列;
(II)确定
的取值集合
,使
时,数列
是单调递增数列;
(III)证明:当
时,弦
(
)的斜率随
单调递增.
解:(I)当
时,由已知得
.
因为
,所以
.
……
①
于是
.
……②
由②-①得
.
……
③
于是
.
……
④
由④-③得
,
……
⑤
所以
,即数列
是常数数列.
(II)由①有
,所以
.由③有
,
,
所以
,
.
而⑤表明:数列
和
分别是以
,
为首项,6为公差的等差数列,
所以
,
,
,
数列
是单调递增数列
且
对任意的
成立.
且![]()
![]()
.
即所求
的取值集合是
.
(III)解法一:弦
的斜率为
任取
,设函数
,则
记
,则
,
当
时,
,
在
上为增函数,
当
时,
,
在
上为减函数,
所以
时,
,从而
,所以
在
和
上都是增函数.
由(II)知,
时,数列
单调递增,
取
,因为
,所以
.
取
,因为
,所以
.
所以
,即弦
的斜率随
单调递增.
解法二:设函数
,同解法一得,
在
和
上都是增函数,
所以
,
.
故
,即弦
的斜率随
单调递增.
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