Question

如圖，將圓分成n個(gè)區(qū)域，用3種不同顏色給每一個(gè)區(qū)域染色，要求相鄰區(qū)域顏色互異，把不同的染色方法種數(shù)記為a_n．求
（Ⅰ）a₁，a₂，a₃，a₄；
（Ⅱ）a_n與a_n+1（n≥2）的關(guān)系式；
（Ⅲ）數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式a_n，并證明a_n≥2n（n∈N^*）．

Answer 1

【答案】分析：（Ⅰ）直接求出n=1時(shí)a₁，n=2時(shí)a₂，n=3時(shí)a₃，n=4時(shí)a₄；的值；
（Ⅱ）依次對扇形區(qū)域染色求出a_n然后說明它與a_n+1（n≥2）的關(guān)系式；
（Ⅲ）通過a_n與a_n+1（n≥2）的關(guān)系式；令n=1，2，3，4，…n時(shí)寫出關(guān)系式，利用累加法求出數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式a_n，
要證明a_n≥2n（n∈N^*）需要已知n=1，n=2，n=3時(shí)成立，然后利用二項(xiàng)式定理證明表達(dá)式成立即可．．
解答：解：（Ⅰ） 當(dāng)n=1時(shí)，不同的染色方法種數(shù)a₁=3，
當(dāng)n=2時(shí)，不同的染色方法種數(shù)a₂=6，
當(dāng)n=3時(shí)，不同的染色方法種數(shù)a₃=6，
當(dāng)n=4時(shí)，分扇形區(qū)域1，3同色與異色兩種情形
∴不同的染色方法種數(shù)a₄=3×1×2×2+3×2×1×1=18．
（Ⅱ）依次對扇形區(qū)域1，2，3，…n，n+1染色，不同的染色方法種數(shù)為3×2ⁿ，其中扇形區(qū)域1與n+1不同色的有a_n+1種，扇形區(qū)域1與n+1同色的有a_n種
∴a_n+a_n+1=3×2ⁿ（n≥2）
（Ⅲ）∵a_n+a_n+1=3×2ⁿ（n≥2）
∴a₂+a3=3×2²
a₃+a₄=3×2³
…
a_n-1+a_n=3×2^n-1將上述n-2個(gè)等式兩邊分別乘以（-1）^k（k=2，3…n-1），再相加，得
a₂+（-1）^n-1a_n=3×2²-3×2³+…+3×（-1）^k×2^n-1=，
∴a_n=2ⁿ+2•（-1）ⁿ從而．
（Ⅲ）證明：當(dāng)n=1時(shí)，a₁=3＞2×1
當(dāng)n=2時(shí)，a₂=6＞2×2，
當(dāng)n≥3時(shí)，
a_n=2ⁿ+2•（-1）ⁿ=（1+1）ⁿ+2•（-1）ⁿ
=1+n+C₂ⁿ+C₃ⁿ+…+C_n-2ⁿ+n+1+2•（-1）ⁿ
≥2n+2+2（-1）ⁿ≥2n，
故a_n≥2n（n∈N^*）．
點(diǎn)評：本題是中檔題，考查排列組合的應(yīng)用，數(shù)列與不等式的故選的應(yīng)用，數(shù)列的求和的基本方法，二項(xiàng)式定理的應(yīng)用，考查轉(zhuǎn)化思想，計(jì)算能力，難度較大．