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第1 节 数列的概念与简单表示法
考试要求 1.了解数列的概念和几种简单的表示方法(列表、图象、通项公式).
2.了解数列是自变量为正整数的一类特殊函数.
1.数列的定义
按照确定的顺序排列的一列数称为数列,数列中的每一个数叫做这个数列的项.
2.数列的分类
分类标准
类型
满足条件
项数
有穷数列
项数有限
无穷数列
项数无限
项与项
间的大
小关系
递增数列
an+1>an
其中
n∈N*
递减数列
an+1<an
常数列
an+1=an
摆动数列
从第二项起,有些项大于它的前一
项,有些项小于它的前一项的数列
3.数列的表示法
数列有三种表示法,它们分别是表格法、图象法和解析式法.
4.数列的通项公式
如果数列{an}的第n 项an与它的序号
n 之间的对应关系可以用一个式子来表示,
那么这个式子叫做这个数列的通项公式.
5.数列的递推公式
如果一个数列的相邻两项或多项之间的关系可以用一个式子来表示,那么这个
式子叫做这个数列的递推公式.
1
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1.若数列{an}的前n 项和为Sn,通项公式为an,则an=
2.在数列{an}中,若an最大,则若an最小,则
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)相同的一组数按不同顺序排列时都表示同一个数列.( )
(2)1,1,1,1,…,不能构成一个数列.( )
(3)任何一个数列不是递增数列,就是递减数列.( )
(4)如果数列{an}的前n 项和为Sn,则对任意n∈N*,都有an+1=Sn+1-Sn.( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
解析 (1)数列:1,2,3 和数列:3,2,1 是不同的数列.
(2)数列中的数是可以重复的,可以构成数列.
(3)数列可以是常数列或摆动数列.
2.(多选)(2021·长沙月考)已知数列的前4 项为2,0,2,0,则依此归纳该数列的
通项可能是( )
A.an=(-1)n-1+1
B.an=
C.an=2sin
D.an=cos(n-1)π+1
答案 ABD
解析 对n=1,2,3,4 进行验证,an=2sin 不合题意,其他都可能.
3.(2022·湘豫名校联考)已知数列{an}满足:对任意m,n∈N*,都有anam=an+m,
且a2=2,那么a20=( )
A.240
B.230 C.220
D.210
答案 D
解析 由anam=an+m,a2=2,得a20=a2a18=a2a2a16=a=210.故选D.
4.(易错题)已知数列{an}的前n 项和为Sn=n2+3,则{an}的通项公式为________.
答案 an=
解析 当n=1 时,a1=S1=4,
当n≥2 时,an=Sn-Sn-1=2n-1,
又a1=4 不适合上式,
所以an=
2
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5.若an=-n2+9n+10,则当数列{an}的前n 项和Sn最大时,n 的值为________.
答案 9 或10
解析 要使Sn最大,只需要数列中正数的项相加即可,
即需an>0,-n2+9n+10>0,
得-1<n<10,
又n∈N*,所以1≤n<10.
又a10=0,所以n=9 或10.
6.已知an=n2+λn,且对于任意的n∈N*,数列{an}是递增数列,则实数λ 的取
值范围是________.
答案 (-3,+∞)
解析 因为{an}是递增数列,所以对任意的n∈N*,都有an+1>an,即(n+1)2+
λ(n+1)>n2+λn,整理,
得2n+1+λ>0,即λ>-(2n+1).(*)
因为n≥1,所以-(2n+1)≤-3,要使不等式(*)恒成立,只需λ>-3.
考点一 由an与Sn的关系求通项
例1 (1)(多选)设Sn是数列{an}的前n 项和,且a1=-1,an+1=SnSn+1,则下列结
论正确的是( )
A.an=
B.an=
C.Sn=-
D.数列是等差数列
答案 BCD
解析 ∵an+1=Sn·Sn+1=Sn+1-Sn,两边同除以Sn+1·Sn,得-=-1.
∴是以-1 为首项,d=-1 的等差数列,
即=-1+(n-1)×(-1)=-n,
∴Sn=-.
当n≥2 时,an=Sn-Sn-1=-+=,
又a1=-1 不符合上式,
∴an=
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(2)设数列{an}的前n 项和为Sn,数列{Sn}的前n 项和为Tn,满足Tn=2Sn-n2,
n∈N+.
①求a1的值;
②求数列{an}的通项公式.
解 ①令n=1 时,T1=2S1-1,
∵T1=S1=a1,∴a1=2a1-1,∴a1=1.
②n≥2 时,Tn-1=2Sn-1-(n-1)2,
则Sn=Tn-Tn-1=2Sn-n2-[2Sn-1-(n-1)2]=2(Sn-Sn-1)-2n+1
=2an-2n+1.
因为当n=1 时,a1=S1=1 也满足上式,
所以Sn=2an-2n+1(n≥1),
当n≥2 时,Sn-1=2an-1-2(n-1)+1,
两式相减得an=2an-2an-1-2,
所以an=2an-1+2(n≥2),
所以an+2=2(an-1+2),
因为a1+2=3≠0,
所以数列{an+2}是以3 为首项,公比为2 的等比数列.
所以an+2=3×2n-1,∴an=3×2n-1-2,
当n=1 时也成立,
所以an=3×2n-1-2.
感悟提升 (1)已知Sn求an的常用方法是利用an=转化为关于an的关系式,再求
通项公式.
(2)Sn与an关系问题的求解思路
方向1:利用an=Sn-Sn-1(n≥2)转化为只含Sn,Sn-1的关系式,再求解.
方向2:利用Sn-Sn-1=an(n≥2)转化为只含an,an-1的关系式,再求解.
训练1 (1)已知数列{an}中,Sn是其前n 项和,且Sn=2an+1,则数列的通项公式
an=________.
答案 -2n-1
解析 当n=1 时,a1=S1=2a1+1,∴a1=-1.
当n≥2 时,Sn=2an+1,①
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Sn-1=2an-1+1.②
①-②,Sn-Sn-1=2an-2an-1,即an=2an-2an-1,
即an=2an-1(n≥2),∴{an}是首项a1=-1,q=2 的等比数列.
∴an=a1·qn-1=-2n-1.
(2)设数列{an}满足a1+3a2+…+(2n-1)an=2n,则an=________.
答案
解析 因为a1+3a2+…+(2n-1)an=2n,
故当n≥2 时,a1+3a2+…+(2n-3)an-1=2(n-1),
两式相减得(2n-1)an=2,
所以an=(n≥2),
又由题设可得a1=2,满足上式,
故an=.
考点二 由数列的递推关系式求通项公式
角度1 累加法——形如an+1-an=f(n),求an
例2 在数列{an}中,a1=2,an+1=an+ln,则an等于( )
A.2+ln n
B.2+(n-1)ln n
C.2+nln n
D.1+n+ln n
答案 A
解析 因为an+1-an=ln
=ln(n+1)-ln n,
所以a2-a1=ln 2-ln 1,a3-a2=ln 3-ln 2,
a4-a3=ln 4-ln 3,
……
an-an-1=ln n-ln(n-1)(n≥2).
把以上各式分别相加得an-a1=ln n-ln 1,
则an=2+ln n(n≥2),且a1=2 也适合,
因此an=2+ln n(n∈N*).
角度2 累乘法——形如=f(n),求an
例3 在数列{an}中,an+1=an(n∈N*),且a1=4,则数列{an}的通项公式an=
________.
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答案
解析 由an+1=an,得=,
故=,=,…,=(n≥2),
以上式子累乘得,=··…···=.
因为a1=4,所以an=(n≥2).
因为a1=4 满足上式,所以an=.
角度3 构造法——形如an+1=Aan+B(A≠0 且A≠1,B≠0),求an
例4 (1)若a1=1,an+1=2an+3,则通项公式an=________.
答案 2n+1-3
解析 设递推公式an+1=2an+3 可以转化为an+1+t=2(an+t),即an+1=2an+t,
解得t=3.
故an+1+3=2(an+3).
令bn=an+3,则b1=a1+3=4,
且==2.
所以{bn}是以4 为首项,2 为公比的等比数列.
∴bn=4·2n-1=2n+1,∴an=2n+1-3.
(2)(2022·广州调考)设数列{an}的前n 项和为Sn,已知a1=1,Sn+1-2Sn=1,
n∈N*,则数列{an}的通项公式为________.
答案 an=2n-1,n∈N*
解析 因为Sn+1-2Sn=1,
所以Sn+1=2Sn+1.
因此Sn+1+1=2(Sn+1),因为a1=S1=1,S1+1=2,所以{Sn+1}是首项为2,
公比为2 的等比数列.
所以Sn+1=2n,Sn=2n-1.
当n≥2 时,an=Sn-Sn-1=2n-1,a1=1 也满足此式,
所以an=2n-1,n∈N*.
感悟提升 (1)形如an+1=an+f(n)的递推关系式利用累加法求和,特别注意能消
去多少项,保留多少项.
(2)形如an+1=an·f(n)的递推关系式可化为=f(n)的形式,可用累乘法,也可用an
=··…··a1代入求出通项.
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(3)形如an+1=pan+q 的递推关系式可以化为(an+1+x)=p(an+x)的形式,构成新
的等比数列,求出通项公式,求变量x 是关键.
(4)形如an+1=(A,B,C 为常数)的数列,可通过两边同时取倒数的方法构造新
数列求解.
训练2 (1) 已知数列{an} 满足a1 =2 ,an-an -1=n(n≥2 ,n∈N*) ,则an =
________.
答案
解析 由题意可知,a2-a1=2,a3-a2=3,…,an-an-1=n(n≥2),
以上式子累加,得an-a1=2+3+…+n.
因为a1=2,所以an=2+(2+3+…+n)
=2+=(n≥2).
因为a1=2 满足上式,所以an=.
(2)若数列{an}满足a1=1,an+1=,则数列{an}的通项公式an=________.
答案
解析 因为an+1=,a1=1,
所以an≠0,所以=+,
即-=.
又a1=1,则=1,
所以是以1 为首项,为公差的等差数列.
所以=+(n-1)×=+,
所以an=.
(3)已知数列{an}中,a1=3,且点Pn(an,an+1)(n∈N+)在直线4x-y+1=0 上,
则数列{an}的通项公式an=________.
答案 ×4n-1-
解析 因为点Pn(an,an+1)(n∈N+)在直线4x-y+1=0 上,
所以4an-an+1+1=0.
所以an+1+=4.
因为a1=3,所以a1+=.
故数列是首项为,公比为4 的等比数列.
所以an+=×4n-1,
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故数列{an}的通项公式为an=×4n-1-.
考点三 数列的性质
角度1 数列的周期性
例5 (2022·衡水联考)若P(n)表示正整数n 的个位数字,an=P(n2)-P(2n),数列
{an}的前n 项和为Sn,则S2 022=( )
A.-1
B.0
C.1 009
D.1 011
答案 C
解析 由题意得a1=-1,a2=0,a3=3,a4=-2,a5=5,a6=4,a7=5,a8=
-2,a9=-7,a10=0,a11=-1,a12=0……所以数列{an}为周期数列,且周期
为10.因为S10=5,所以S2 022=5×202+(-1)+0=1 009.
角度2 数列的单调性
例6 已知数列{an}的通项公式为an=,若数列{an}为递减数列,则实数k 的取值
范围为( )
A.(3,+∞)
B.(2,+∞)
C.(1,+∞)
D.(0,+∞)
答案 D
解析 因为an+1-an=-=,由数列{an}为递减数列知,对任意n∈N*,an+1-an
=<0,所以k>3-3n 对任意n∈N*恒成立,所以k∈(0,+∞).故选D.
角度3 数列的最值
例7 已知数列{an}的通项公式为an=,则数列中的最大项为________.
答案
解析 法一 an+1-an=-=·,
当n<8 时,an+1-an>0,即an+1>an;
当n=8 时,an+1-an=0,即an+1=an;
当n>8 时,an+1-an<0,即an+1<an.
则a1<a2<a3<…<a8,a8=a9,a9>a10>a11>…,故数列{an}中的最大项为第8
项和第9 项,且a8=a9==.
法二 设数列{an}中的第n 项最大,
则
即解得8≤n≤9.
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又n∈N*,则n=8 或n=9.
故数列{an}中的最大项为第8 项和第9 项,且a8=a9=.
感悟提升 1.解决数列周期性问题,根据给出的关系式求出数列的若干项,通
过观察归纳出数列的周期,进而求出有关项的值或前n 项和.
2.求数列最大项与最小项的常用方法
(1)函数法:利用相关的函数求最值.若借助通项的表达式观察出单调性,直接确
定最大(小)项,否则,利用作差法.
(2)利用(n≥2)确定最大项,利用(n≥2)确定最小项.
训练3 (1)已知数列{an}的通项公式是an=,那么这个数列是( )
A.递增数列
B.递减数列
C.摆动数列
D.常数列
答案 A
解析 an+1-an=-=>0,
∴an+1>an,∴选A.
(2)(2021·崇左二模)数列{an}满足:a1=a2=1,an=an-1+an-2(n≥3,n∈N*).将数
列{an}的每一项除以4 所得的余数构成一个新的数列{bn},则b21=( )
A.1
B.2
C.3
D.0
答案 B
解析 ∵数列{an}满足a1=a2=1,an=an-1+an-2(n≥3,n∈N*).
∴a3=2,a4=3,a5=5,a6=8,a7=13,a8=21,a9=34,a10=55,a11=89,
数列{an}的每一项除以4 所得的余数构成一个新的数列{bn}为1,1,2,3,1,
0,1,1,2,3,1,…,
可得数列{bn}构成一个周期为6 的数列.
∴b21=b3=2.
(3)(多选)在数列{an}中,an=(n+1),则数列{an}中的最大项可以是( )
A.第6 项
B.第7 项
C.第8 项
D.第9 项
答案 AB
解析 假设an最大,则有
即
所以
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即6≤n≤7,所以最大项为第6 项和第7 项.
用不动点法求数列的通项
若数列{an}的递推公式为an+1=f(an),把此式中的an+1、an均换成x 得方程x=
f(x).我们把方程x=f(x)的实数根x 称为数列{an}的不动点.利用数列的非零不动点,
即可简便快捷地求出数列{an}的通项公式.
(1)若f(x)=ax+b(a≠0,1),p 是f(x)的不动点.数列{an}满足an+1=f(an),则an+1
-p=a(an-p),即{an-p}是公比为a 的等比数列.
(2)设f(x)=(c≠0,ad-bc≠0),数列{an}满足an+1=f(an),a1≠f(a1).若f(x)有两个
相异的不动点p,q,则=k·.
例 (1)在数列{an}中,a1=1,an+1=an+1,求数列{an}的通项公式.
(2)若a1=-1,an=(n∈N*,且n≥2),求数列{an}的通项公式.
(3)设数列{an}满足8an+1an-16an+1+2an+5=0(n∈N*),且a1=1,记bn=.求数
列{bn}的通项公式.
解 (1)设f(x)=x+1,令f(x)=x,即x+1=x,得x=2,
∴x=2 是函数f(x)=x+1 的不动点,
∴an+1-2=(an-2),
∴数列{an-2}是以-1 为首项,以为公比的等比数列,
∴an-2=-1×,
∴an=2-,n∈N*.
(2)由x=得{an}有两个相同的非零不动点1,
则an-1=-1=.
两边取倒数得==-1.
∴是以=-为首项,-1 为公差的等差数列,故当n≥2 时,=-+(n-1)·(-1)
=-n.
∴an=.
又a1=-1 也满足上式.
∴{an}的通项公式为an=.
(3)由已知得an+1=,
由方程x=,得不动点x1=,x2=.
∴==·,
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∴数列是首项为-2,公比为的等比数列,
∴=-2×=-,解得an=.
故bn==,n∈N*.
1.数列{an}的前几项为,3,,8,,…,则此数列的通项可能是( )
A.an=
B.an=
C.an=
D.an=
答案 A
解析 数列为,,,,,…,其分母为2,
分子可表示为1+5(n-1)=5n-4,
因此通项公式可能为an=.
2.已知数列{an}满足an+1=,若a1=,则a2 023=( )
A.-1
B.
C.1
D.2
答案 B
解析 由a1=,an+1=得a2=2,a3=-1,a4=,a5=2,…,可知数列{an}是以
3 为周期的数列,因此a2 023=a3×674+1=a1=.
3.记Sn为数列{an}的前n 项的和,若Sn=2an+1,则S6=( )
A.31
B.-31
C.63
D.-63
答案 D
解析 当n≥2 时,an=Sn-Sn-1=2an+1-(2an-1+1)⇒an=2an-1,
当n=1 时,a1=S1=-1,∴数列{an}是首项为-1,公比为2 的等比数列,
∴an=-1×2n-1=-2n-1,
∴S6==-63.
4.(2022·武汉月考)已知数列{an}的前n 项和为Sn,a2=6,Sn=(n∈N*).则数列
{an}的通项公式为( )
A.an=3n
B.an=3n
C.an=n+4
D.an=n2+2
答案 A
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解析 当n=1 时,S1=a1;
当n≥2 时,由Sn=可得
Sn-1=,上述两式作差得
an=,整理可得(n-1)an=nan-1,∴=.
由累乘法可得an=a2···…·=6×××…×=3n.
因此,an=3n(n∈N*).
5.(多选)下列四个命题中,正确的有( )
A.数列的第k 项为1+
B.已知数列{an}的通项公式为an=n2-n-50,n∈N*,则-8 是该数列的第7 项
C.数列3,5,9,17,33,…的一个通项公式为an=2n-1
D.数列{an}的通项公式为an=,n∈N*,则数列{an}是递增数列
答案 ABD
解析 对于A,数列的第k 项为1+,A 正确;
对于B,令n2-n-50=-8,得n=7 或n=-6(舍去),B 正确;
对于C,将3,5,9,17,33,…的各项减去1,得2,4,8,16,32,…,设
该数列为{bn},则其通项公式为bn=2n(n∈N*),因此数列3,5,9,17,33,…
的一个通项公式为an=bn+1=2n+1(n∈N*),C 错误;
对于D,an==1-,则an+1-an=-=>0,因此数列{an}是递增数列,D 正确.
6.已知数列{an}满足a1=1,an+1=(n∈N*).若bn=log2,则数列{bn}的通项公式bn
=( )
A.n
B.n-1
C.n
D.2n
答案 C
解析 由an+1=,得=1+,所以+1=2,
又+1=2,所以数列是首项为2,公比为2 的等比数列,
所以+1=2·2n-1=2n.
所以bn=log2=log22n=n.
7.(2021·大连一模)已知数列{an}的首项a1=1,前n 项和为Sn,且满足2an+1+Sn
=2(n∈N*),则数列{an}的通项公式an=________.
答案
解析 因为2an+1+Sn=2,①,
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当n≥2 时,2an+Sn-1=2,②,
①式减②式得an+1=an,
又当n=1 时,2a2+S1=2,a2=,
所以数列{an}是以1 为首项,公比为的等比数列,an=.
8.已知数列{an}的通项公式an=,若a1·a2·…·an≤a1·a2·…·ak对n∈N*恒成立,则
正整数k 的值为________.
答案 5
解析 an=,当n≤5 时,an>1;
当n≥6 时,an<1,
由题意知,a1·a2·…·ak是{an}的前n 项乘积的最大值,所以k=5.
9.(2022·北京昌平区模拟)设数列{an}的前n 项和为Sn,且∀n∈N*,an+1>an,
Sn≥S6.请写出一个满足条件的数列{an}的通项公式an=________.
答案 n-6(n∈N*)(答案不唯一)
解析 ∀n∈N*,an+1>an,则数列{an}是递增的,
∀n∈N*,Sn≥S6,即S6最小,
只要前6 项均为负数,或前5 项为负数,第6 项为0,即可,
所以,满足条件的数列{an}的一个通项公式an=n-6(n∈N*)(答案不唯一).
10.已知数列{an}的前n 项和为Sn,求数列{an}的通项公式.
(1)Sn=2n-1,n∈N*;
(2)Sn=2n2+n+3,n∈N*.
解 (1)∵Sn=2n-1(n∈N*),
∴当n=1 时,a1=S1=2-1=1;
当n≥2 时,an=Sn-Sn-1
=2n-1-(2n-1-1)=2n-1.
经检验,当n=1 时,符合上式,
∴an=2n-1(n∈N*).
(2)∵Sn=2n2+n+3(n∈N*),
∴当n=1 时,a1=S1=2×12+1+3=6;
当n≥2 时,an=Sn-Sn-1=2n2+n+3-[2(n-1)2+(n-1)+3]=4n-1.
经检验,当n=1 时,不符合上式,
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∴an=
11.已知数列{an}中,a1=1,其前n 项和为Sn,且满足2Sn=(n+1)an(n∈N*).
(1)求数列{an}的通项公式;
(2)记bn=3n-λa,若数列{bn}为递增数列,求λ 的取值范围.
解 (1)∵2Sn=(n+1)an,
∴2Sn+1=(n+2)an+1,
∴2an+1=(n+2)an+1-(n+1)an,
即nan+1=(n+1)an,∴=,
∴==…==1,
∴an=n(n∈N*).
(2)bn=3n-λn2.
bn+1-bn=3n+1-λ(n+1)2-(3n-λn2)=2·3n-λ(2n+1).
∵数列{bn}为递增数列,
∴2·3n-λ(2n+1)>0,即λ<.
令cn=,即=·=>1.
∴{cn}为递增数列,∴λ<c1=2,
即λ 的取值范围为(-∞,2).
12.(多选)若数列{an}满足:对任意正整数n,{an+1-an}为递减数列,则称数列
{an}为“差递减数列”.给出下列数列{an}(a∈N*),其中是“差递减数列”的有(
)
A.an=3n
B.an=n2+1
C.an=
D.an=ln
答案 CD
解析 对于A,若an=3n,则an+1-an=3(n+1)-3n=3,所以{an+1-an}不为递
减数列,故A 错误;
对于B,若an=n2+1,则an+1-an=(n+1)2-n2=2n+1,所以{an+1-an}为递增
数列,故B 错误;
对于C,若an=,则an+1-an=-=,所以{an+1-an}为递减数列,故C 正确;
对于D,若an=ln ,则an+1-an=ln -ln =ln=ln,
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由函数y=ln 在(0,+∞)上单调递减,所以{an+1-an}为递减数列,故D 正确.
13.已知各项均为正数的数列{an}满足an+1-an=2n,a1=13,则取最小值时,n
=( )
A.3
B.4
C.5
D.6
答案 B
解析 由an+1-an=2n 得,
当n=1 时,a2-a1=2×1,
当n=2 时,a3-a2=2×2,
…,
第n-1 项,an-an-1=2(n-1),
累加可得an-a1=2[1+2+…+(n-1)]=n(n-1),
∴an=n2-n+13,
∴=n+-1≥2-1,当且仅当n=时取等号,又n∈N*,
∴当n=3 时,=;
当n=4 时,=,所以n=4 时,取得最小值.
14.已知数列{an}中,an=1+(n∈N*,a∈R 且a≠0).
(1)若a=-7,求数列{an}中的最大项和最小项的值;
(2)若对任意的n∈N*,都有an≤a6成立,求a 的取值范围.
解 (1)∵an=1+(n∈N*,a∈R,且a≠0),
又a=-7,∴an=1+(n∈N*).
结合函数f(x)=1+的单调性,可知1>a1>a2>a3>a4,a5>a6>a7>…>an>1(n∈N*).
∴数列{an}中的最大项为a5=2,最小项为a4=0.
(2)an=1+=1+,
已知对任意的n∈N*,都有an≤a6成立,
结合函数f(x)=1+的单调性,
可知5<<6,即-10<a<-8.
故a 的取值范围是(-10,-8).
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