Question

已知數列{a_n}滿足：a₁=1，an=

1+2a n 2 n為偶數 1 2 +2a n-1 2 n為奇數

，n=2，3，4，…．
（Ⅰ）求a₃，a₄，a₅的值；
（Ⅱ）設bn=a2n-1+1，n=1，2，3…，求證：數列{b_n}是等比數列，并求出其通項公式；
（Ⅲ）對任意的m≥2，m∈N^*，在數列{a_n}中是否存在連續的2^m項構成等差數列？若存在，寫出這2^m項，并證明這2^m項構成等差數列；若不存在，說明理由．

Answer 1

分析：（Ⅰ）由題設條件可知a₂=1+2a₁=3，a3=

1

2

+2a1=

5

2

，a₄=1+2a₂=7，a5=

1

2

+2a2=

13

2

．
（Ⅱ）由題意知bn+1=a2n+1，又a2n+1=(2a

2n

2

+1)+1=2(a2n-1+1)=2bn，所以b_n+1=2b_n．再由b1=a21-1+1=a1+1=2可知b_n=2ⁿ．
（Ⅲ）對任意的m≥2，k∈N^*，在數列{a_n}中，a2m，a2m+1，a2m+2，，a2m+2m-1這連續的2^m項就構成一個等差數列．再用分析法進行證明．

解答：解：（Ⅰ）因為a₁=1，所以a₂=1+2a₁=3，a3=

1

2

+2a1=

5

2

，a₄=1+2a₂=7，a5=

1

2

+2a2=

13

2

（3分）
（Ⅱ）由題意，對于任意的正整數n，bn=a2n-1+1，
所以bn+1=a2n+1（4分）
又a2n+1=(2a

2n

2

+1)+1=2(a2n-1+1)=2bn
所以b_n+1=2b_n（6分）
又b1=a21-1+1=a1+1=2（7分）
所以{b_n}是首項為2，公比為2的等比數列，所以b_n=2ⁿ（8分）
（Ⅲ）存在．事實上，對任意的m≥2，k∈N^*，在數列{a_n}中，
a2m，a2m+1，a2m+2，，a2m+2m-1這連續的2^m項就構成一個等差數列（10分）
我們先來證明：
“對任意的n≥2，n∈N^*，k∈（0，2^n-1），k∈N^*，有a2n-1+k=2n-1-

k

2

”
由（II）得bn=a2n-1+1=2n，所以a2n-1=2n-1．
當k為奇數時，a2n-1+k=

1

2

+2a

2n-1+k-1

2

=

1

2

+2a2n-2+

k-1

2

當k為偶數時，a2n-1+k=1+2a

2n-1+k

2

=1+2a2n-2+

k

2

記k1=

k 2 k為偶數 k-1 2 k為奇數

因此要證a2n-1+k=2n-1-

k

2

，只需證明a2n-2+k1=2n-1-1-

k1

2

，
其中k₁∈（0，2^n-2），k₁∈N^*
（這是因為若a2n-2+k1=2n-1-1-

k1

2

，則當k1=

k-1

2

時，則k一定是奇數，
有a2n-1+k=

1

2

+2a

2n-1+k-1

2

=

1

2

+2a2n-2+

k-1

2

=

1

2

+2(2n-1-1-

k1

2

)=

1

2

+2(2n-1-1-

k-1 2

2

)=2n-1-

k

2

；
當k1=

k

2

時，則k一定是偶數，有a2n-1+k=1+2a

2n-1+k

2

=1+2a2n-2+

k

2

=1+2(2n-1-1-

k1

2

)=1+2(2n-1-1-

k 2

2

)=2n-1-

k

2

）
如此遞推，要證a2n-2+k1=2n-1-1-

k1

2

，只要證明a2n-3+k2=2n-2-1-

k2

2

，
其中k2=

k1 2 k1為偶數 k1-1 2 k1為奇數

，k₂∈（0，2^n-3），k₂∈N^*
如此遞推下去，我們只需證明a21+kn-2=22-1-

kn-2

2

，k_n-2∈（0，2¹），k_n-2∈N^*
即a21+1=22-1-

1

2

=3-

1

2

=

5

2

，即a3=

5

2

，由（I）可得，
所以對n≥2，n∈N^*，k∈（0，2^n-1），k∈N^*，有a2n-1+k=2n-1-

k

2

，
對任意的m≥2，m∈N^*，a2m+i=2m+1-1-

i

2

，a2m+i+1=2m+1-1-

i+1

2

，
其中i∈（0，2^m-1），i∈N^*，
所以a2m+i+1-a2m+i=-

1

2

又a2m=2m+1-1，a2m+1=2m+1-1-

1

2

，所以a2m+1-a2m=-

1

2

所以a2m，a2m+1，a2m+2，，a2m+2m-1這連續的2^m項，
是首項為a2m=2m+1-1，公差為-

1

2

的等差數列（13分）
說明：當m₂＞m₁（其中m₁≥2，m₁∈N^*，m₂∈N^*）時，
因為a2m_，a2m_+1，a2m_+2，，a2m_+2m_-1構成一個項數為2m2的等差數列，
所以從這個數列中任取連續的2m1項，也是一個項數為2m1，公差為-

1

2

的等差數列．

點評：本題考查數列性質的綜合應用，具有一定的難度，解題時要認真審題，注意培養計算能力．