求高中数学数列难题,加答案
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如果由数列{an}生成的数列{bn}满足对任意的n∈N*均有bn+1<bn,其中bn=an+1-an,则称数列{an}为“Z数列”.
(Ⅰ)在数列{an}中,已知an=-n2,试判断数列{an}是否为“Z数列”;
(Ⅱ)若数列{an}是“Z数列”,a1=0,bn=-n,求an;
(Ⅲ)若数列{an}是前缺“Z数列”,设s,t,m∈N*,且s<t,求证:at+m-as+m<at-as.
解:(Ⅰ)因为an=-n2,
所以bn=an+1-an=-(n+1)2+n2=-2n-1,n∈N*,(2分)
所以bn+1-bn=-2(n+1)-1+2n+1=-2,
所以bn+1<bn,数列{an}是“Z数列”.(4分)
(Ⅱ)因为bn=-n,
所以a2-a1=b1=-1,a3-a2=b2=-2,an-an-1=bn-1=-(n-1),
所以an-a1=-1-2--(n-1)=-
(n-1)n2
(n≥2),(6分)
所以an=-
(n-1)n2
(n≥2),
又a1=0,所以an=-
(n-1)n2
(n∈N*).(8分)
(高悔昌Ⅲ)因为as+m-as=(as+m-as+m-1)++(as+1-as)=bs+m-1++bs,at+m-at=(at+m-at+m-1)++(at+1-at)=bt+m-1++bt,
(10分)
又s,t,m∈N*,且s<t,所以s+i<t+i,bs+i>bt+i,n∈N*,
所以bs+m-1>bt+m-1,bs+m-2>bt+m-2,,bs>bt,(12分)
所以at+m-at<as+m-as,即at+m-as+m<at-as.(14分)
设事件A发生的概率为P,若在A发生的条件下B发生的概率为P′,则由A产生B的概率为PP′,根据这一规律解答下题:一种掷硬币走跳棋的游戏:棋盘上有第戚扒0,1,2,3,…,100,共101站,设棋子跳到第n站的概率为Pn,一枚棋子开始在第0站(即P0=1),由棋手每掷一次硬币,棋子向前跳动一次,若硬币出现正面则棋子向前跳动一站,出现反面则向前跳动两站,直到棋子跳到第99站(获胜)或100站(失败)时,游戏结束.已知硬币出现正反面的概率都为
12
.
(1)求P1,P2,P3,并根据棋子跳到第n+1站的情况,试用Pn,Pn-1表示Pn+1;
(2)设an=Pn-Pn-1(1≤n≤100),求证:数列{an}是等比数列,并求出{an}的通项公式;
(3)求玩该游戏获胜的概率
解:(1)根据题意,棋子跳到第n站的概率为Pn,
则P1即棋子跳到第一站,有一种情况,即掷出正面,故P1=12,
P2即棋子跳到第2站,有2种情况,即两次掷出正面或一次掷出反面,则P2=
12P0+
12P1=
34,
P3即棋子跳到第3站,有2种情况,即在第1站掷出反面,或在第2站掷出正面,则P3=
12P1+
12P2=
58
故Pn+1即棋子跳到第n站,有2种情况,即在第n-1站掷出反面,或在第n站掷出正面,则Pn+1=
12Pn+
12Pn-1
(2)由(1)知:Pn+1=
12Pn+
12Pn-1,
∴Pn+1-Pn=-
12(Pn-Pn-1),
∴{Pn-Pn-1}表示等比数列,其公比为-
12
又a1=P1-P0=-
12,
∴an=(-
12)n,1≤n≤100;
(3)玩该游戏获胜,即求P99
由(2)知,Pn-Pn-1=(-
12)n(2≤n≤100),
∴P2-P1=14,
P3-P2=-
18,…
Pn-Pn-1=(-
12)n(2≤n≤100),
∴Pn-P1=14-
18+…+(-
12)n
∴Pn-P1=14[1-(-
12)n-1]1-(-
12)
∴Pn=
23[1-
14×(-
12)n-1]
∴n=99时,P99=
23[1-(
12)100].
(Ⅰ)在数列{an}中,已知an=-n2,试判断数列{an}是否为“Z数列”;
(Ⅱ)若数列{an}是“Z数列”,a1=0,bn=-n,求an;
(Ⅲ)若数列{an}是前缺“Z数列”,设s,t,m∈N*,且s<t,求证:at+m-as+m<at-as.
解:(Ⅰ)因为an=-n2,
所以bn=an+1-an=-(n+1)2+n2=-2n-1,n∈N*,(2分)
所以bn+1-bn=-2(n+1)-1+2n+1=-2,
所以bn+1<bn,数列{an}是“Z数列”.(4分)
(Ⅱ)因为bn=-n,
所以a2-a1=b1=-1,a3-a2=b2=-2,an-an-1=bn-1=-(n-1),
所以an-a1=-1-2--(n-1)=-
(n-1)n2
(n≥2),(6分)
所以an=-
(n-1)n2
(n≥2),
又a1=0,所以an=-
(n-1)n2
(n∈N*).(8分)
(高悔昌Ⅲ)因为as+m-as=(as+m-as+m-1)++(as+1-as)=bs+m-1++bs,at+m-at=(at+m-at+m-1)++(at+1-at)=bt+m-1++bt,
(10分)
又s,t,m∈N*,且s<t,所以s+i<t+i,bs+i>bt+i,n∈N*,
所以bs+m-1>bt+m-1,bs+m-2>bt+m-2,,bs>bt,(12分)
所以at+m-at<as+m-as,即at+m-as+m<at-as.(14分)
设事件A发生的概率为P,若在A发生的条件下B发生的概率为P′,则由A产生B的概率为PP′,根据这一规律解答下题:一种掷硬币走跳棋的游戏:棋盘上有第戚扒0,1,2,3,…,100,共101站,设棋子跳到第n站的概率为Pn,一枚棋子开始在第0站(即P0=1),由棋手每掷一次硬币,棋子向前跳动一次,若硬币出现正面则棋子向前跳动一站,出现反面则向前跳动两站,直到棋子跳到第99站(获胜)或100站(失败)时,游戏结束.已知硬币出现正反面的概率都为
12
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(1)求P1,P2,P3,并根据棋子跳到第n+1站的情况,试用Pn,Pn-1表示Pn+1;
(2)设an=Pn-Pn-1(1≤n≤100),求证:数列{an}是等比数列,并求出{an}的通项公式;
(3)求玩该游戏获胜的概率
解:(1)根据题意,棋子跳到第n站的概率为Pn,
则P1即棋子跳到第一站,有一种情况,即掷出正面,故P1=12,
P2即棋子跳到第2站,有2种情况,即两次掷出正面或一次掷出反面,则P2=
12P0+
12P1=
34,
P3即棋子跳到第3站,有2种情况,即在第1站掷出反面,或在第2站掷出正面,则P3=
12P1+
12P2=
58
故Pn+1即棋子跳到第n站,有2种情况,即在第n-1站掷出反面,或在第n站掷出正面,则Pn+1=
12Pn+
12Pn-1
(2)由(1)知:Pn+1=
12Pn+
12Pn-1,
∴Pn+1-Pn=-
12(Pn-Pn-1),
∴{Pn-Pn-1}表示等比数列,其公比为-
12
又a1=P1-P0=-
12,
∴an=(-
12)n,1≤n≤100;
(3)玩该游戏获胜,即求P99
由(2)知,Pn-Pn-1=(-
12)n(2≤n≤100),
∴P2-P1=14,
P3-P2=-
18,…
Pn-Pn-1=(-
12)n(2≤n≤100),
∴Pn-P1=14-
18+…+(-
12)n
∴Pn-P1=14[1-(-
12)n-1]1-(-
12)
∴Pn=
23[1-
14×(-
12)n-1]
∴n=99时,P99=
23[1-(
12)100].
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