Question

（2013•鹽城二模）設(shè)S_n是各項(xiàng)均為非零實(shí)數(shù)的數(shù)列{a_n}的前n項(xiàng)和，給出如下兩個(gè)命題上：命題p：{a_n}是等差數(shù)列；命題q：等式

1

a1a2

+

1

a2a3

+…+

1

anan+1

=

kn+b

a1an+1

對(duì)任意n（n∈N^*）恒成立，其中k，b是常數(shù)．
（1）若p是q的充分條件，求k，b的值；
（2）對(duì)于（1）中的k與b，問(wèn)p是否為q的必要條件，請(qǐng)說(shuō)明理由；
（3）若p為真命題，對(duì)于給定的正整數(shù)n（n＞1）和正數(shù)M，數(shù)列{a_n}滿足條件

a

2 1

+

a

2 n+1

≤M，試求S_n的最大值．

Answer 1

分析：（1）設(shè){a_n}的公差為d，利用裂項(xiàng)法原等式可化為

1

d

（

1

a1

-

1

a2

+

1

a2

-

1

a3

+…+

1

an

-

1

an+1

）=

kn+b

a1an+1

，整理可得（k-1）n+b=0對(duì)于n∈N^*恒成立，從而可求得k，b的值；
（2）當(dāng)k=1，b=0時(shí)，假設(shè)p是q的必要條件，分當(dāng)n=1時(shí)，當(dāng)n≥2時(shí)，當(dāng)n≥3時(shí)討論即可判斷結(jié)論是否正確；
（3）由

a

2 1

+

a

2 n+1

≤M，可設(shè)a₁=rcosθ，a_n+1=rsinθ，代入求和公式S_n=

(a1+an)n

2

，利用三角函數(shù)的有界性即可求得其最大值．

解答：解：（1）設(shè){a_n}的公差為d，則原等式可化為

1

d

（

1

a1

-

1

a2

+

1

a2

-

1

a3

+…+

1

an

-

1

an+1

）=

kn+b

a1an+1

，
所以

1

d

•

nd

a1an+1

=

kn+b

a1an+1

，
即（k-1）n+b=0對(duì)于n∈N^*恒成立，所以k=1，b=0．…（4分）
（2）當(dāng)k=1，b=0時(shí)，假設(shè)p是q的必要條件，即“若

1

a1a2

+

1

a2a3

+…+

1

anan+1

=

n

a1an+1

①對(duì)于任意的n（n∈N^*）恒成立，則{a_n}為等差數(shù)列”．
當(dāng)n=1時(shí)，

1

a1a2

=

1

a1a2

顯然成立．…（6分）
當(dāng)n≥2時(shí)，若

1

a1a2

+

1

a2a3

+…+

1

an-1an

=

n-1

a1an+1

②，
由①-②得，

1

anan+1

=

1

a1

（

n

an+1

-

n-1

an

），即na_n-（n-1）a_n+1=a₁③．
當(dāng)n=2時(shí)，a₁+a₃=2a₂，即a₁、a₂、a₃成等差數(shù)列，
當(dāng)n≥3時(shí)，（n-1）a_n-1-（n-2）a_n=a₁④，即2a_n=a_n-1+a_n+1．所以{a_n}為等差數(shù)列，即p是q的必要條件．…（10分）
（3）由

a

2 1

+

a

2 n+1

≤M，可設(shè)a₁=rcosθ，a_n+1=rsinθ，所以r≤

M

．
設(shè){a_n}的公差為d，則a_n+1-a₁=nd=rsinθ-rcosθ，
所以d=

rsinθ-rcosθ

n

，
所以a_n=rsinθ-

rsinθ-rcosθ

n

，
S_n=

(a1+an)n

2

=

(n+1)cosθ+(n-1)sinθ

2

r≤

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

2

•

M

=

2

2

M(n2+1)

，
所以S_n的最大值為

2

2

M(n2+1)

…（16分）

點(diǎn)評(píng)：本題考查等差數(shù)列與等比數(shù)列的綜合，突出考查“充分、必要條件”在數(shù)列中的綜合應(yīng)用，判斷（2）中“p是否為q的必要條件”是難點(diǎn)，考查參數(shù)方程及三角函數(shù)的有界性，屬于難題．