Question

我們用部分自然數(shù)構(gòu)造如下的數(shù)表：用a_ij（i≥j）表示第i行第j個(gè)數(shù)（i、j為正整數(shù)），使a_i1=a_ii=i；每行中的其余各數(shù)分別等于其“肩膀”上的兩個(gè)數(shù)之和（第一、二行除外，如圖），設(shè)第n（n為正整數(shù)）行中各數(shù)之和為b_n．
（Ⅰ）試寫(xiě)出b₂-2b₁，b₃-2b₂，b₄-2b₃，b₅-2b₄，并推測(cè)b_n+1和b_n的關(guān)系（無(wú)需證明）；
（Ⅱ）證明數(shù)列{b_n+2}是等比數(shù)列，并求數(shù)列{b_n}的通項(xiàng)公式b_n；
（Ⅲ）數(shù)列{b_n}中是否存在不同的三項(xiàng)b_p，b_q，b_r（p、q、r為正整數(shù)）恰好成等差數(shù)列？若存在，求出p、q、r的關(guān)系；若不存在，請(qǐng)說(shuō)明理由．

Answer 1

解：（Ⅰ）b₁=1；b₂，=4；b₃=10；b₄=22；b₅=46；
可見(jiàn)：b₂-2b₁=2；b₃-2b₂=2；b₄-2b₃=2；b₅-2b₄=2，（2分）
猜測(cè)：b_n+1-2b_n=2（或b_n+1=2b_n+2或b_n+1-b_n=3×2^n-1）（5分）
（Ⅱ）由（Ⅰ），（7分）
所以b_n+2是以b₁+2=3為首項(xiàng)，2為公比的等比數(shù)列，
∴b_n+2=3×2^n-1，即b_n=3×2^n-1-2（注：若考慮，且不討論n=1，扣1分）（10分）
（Ⅲ）若數(shù)列{b_n}中存在不同的三項(xiàng)b_p，b_q，b_r（p、q、r∈N^*）恰好成等差數(shù)列，
不妨設(shè)p＞q＞r，顯然，b_n是遞增數(shù)列，則2b_q=b_p+b_r（11分）
即2×（3×2^q-1-2）=（3×2^p-1-2）+（3×2^r-1-2），于是2×2^q-r=2^p-r+1（14分）
由p、q、r∈N^*且p＞q＞r知，q-r≥1，p-r≥2，
∴等式的左邊為偶數(shù)，右邊為奇數(shù)，不成立，
故數(shù)列{b_n}中不存在不同的三項(xiàng)b_p，b_q，b_r（p、q、r∈N^*）恰好成等差數(shù)列．（16分）
分析：（Ⅰ）b₁=1；b₂=4；b₃=10；b₄=22；b₅=46；可見(jiàn)：b₂-2b₁=2；b₃-2b₂=2；b₄-2b₃=2；b₅-2b₄=2，由此能夠猜測(cè)：b_n+1-2b_n=2．
（Ⅱ）由，知b_n=3×2^n-1-2．
（Ⅲ）若數(shù)列{b_n}中存在不同的三項(xiàng)b_p，b_q，b_r（p、q、r∈N^*）恰好成等差數(shù)列，設(shè)p＞q＞r，b_n是遞增數(shù)列，則2b_q=b_p+b_r，于是2×2^q-r=2^p-r+1，由p、q、r∈N^*且p＞q＞r知，q-r≥1，p-r≥2，由此知數(shù)列{b_n}中不存在不同的三項(xiàng)b_p，b_q，b_r（p、q、r∈N^*）恰好成等差數(shù)列．
點(diǎn)評(píng)：本題考查數(shù)列的性質(zhì)和綜合應(yīng)用及等比關(guān)系的確定，解題時(shí)要認(rèn)真審題，仔細(xì)解答，注意合理地進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化．