Question

已知正项数列{a_n}，{b_n}满足：对任意正整数n，都有a_n，b_n，a_n+1成等差数列，b_n，a_n+1，b_n+1成等比数列，且a₁=10，a₂=15．
（Ⅰ）求证：数列是等差数列；
（Ⅱ）求数列{a_n}，{b_n}的通项公式；
（Ⅲ） 设，如果对任意正整数n，不等式恒成立，求实数a的取值范围．

Answer

（I）通过已知得到关于数列的项的两个等式，处理方程组得到，利用等差数列的定义得证
（II）利用等差数列的通项公式求出，求出bn，an．
（III）先通过裂项求和的方法求出Sn，代入化简得到关于n的二次不等式恒成立，构造新函数，通过对二次项系数的讨论求出函数的最大值，令最大值小于0，求出a的范围．
【解析】
（I）由已知，得2bn=an+an+1①，an+12=bn•bn+1②．由②得③．
将③代入①得，对任意n≥2，n∈N*，有．
即．
∴是等差数列．（4分）
（Ⅱ）设数列的公差为d，
由a1=10，a2=15．经计算，得．
∴．
∴．
∴，．（9分）
（Ⅲ）由（1）得．∴．
不等式化为．
即（a-1）n2+（3a-6）n-8＜0．
设f（n）=（a-1）n2+（3a-6）n-8，则f（n）＜0对任意正整数n恒成立．
当a-1＞0，即a＞1时，不满足条件；
当a-1=0，即a=1时，满足条件；
当a-1＜0，即a＜1时，f（n）的对称轴为，f（n）关于n递减，
因此，只需f（1）=4a-15＜0．解得，∴a＜1．
综上，a≤1．（14分）