(本小题满分16分)定义首项为且公比为正数的等比数列为“数列”。
(1)已知等比数列()满足:,,求证:数列为“数列”;
(2)已知数列()满足:,,其中为数列的前项和。
①求数列的通项公式;
②设为正整数,若存在“数列”(),对任意正整数,当时,都有成立,求的最大值。
(1)已知,,
又因为数列为等比数列,则,设公比为(),
所以,即,则有,
由可得,
即,解得,是正数,
所以数列是首项为公比为正数的等比数列,
即证得数列为“数列”。
(2)①已知,
由可知,
当时,有,则,
可变形为,
则,
两式相减得,
所以,
即,
令,则,
而,
所以数列为首项,公差为的等差数列,
,
则数列是首项为,公比为的等比数列,
则,即,
所以数列的通项公式为。
②由①可知,。
因为存在“数列”满足题目条件,
则数列是以为首项且公比为正数的等比数列,
设公比为,,则,
所以问题转化为存在,对任意,
都有恒成立。
ⅰ)当时,,与题目要求不合,舍去,
ⅱ)当时,,即,
ⅲ)当时,当时,恒成立,
当,,,,时,将上式以为底取对数,
分离变量,即,
设,,
当时,,
当,,单调递增,
当,,单调递减,
所以当,函数取最大值,
又因为,
当,,
则,当,,
所以当,函数单调递减,
所以若,,
当,对于,可取任意正整数,
对于,越小的取值越大,
所以当,可取最大值,
又因为,,
所以的最大值为。
本题主要考查数列的递推与通项、数列综合以及导数在研究函数中的应用。
(1)设出数列的公比,代入题中条件,可解出、的值,再结合定义即可。
(2)①将,代入得,对题中条件变形得,则有,相减整理可得,令,易证得数列为首项为公差为的等差数列,即,整理可得数列的通项公式为。
②由①可知,,则问题转化为存在,对任意,都有恒成立,分、、三种情况讨论,当时,当时,恒成立,当,,,,时,将上式以为底取对数,则,分离变量,即,设,,,研究这两个函数的单调性和极值,求出的最大值。