内容正文:
第一章 数列
§3 等比数列
3.1 等比数列的概念及其通项公式
第1课时 等比数列的概念及其通项公式
课程标准:通过生活中的实例,理解等比数列的概念和通项公式的意义.
教学重点:1.等比数列的概念.2.等比数列的通项公式.
教学难点:等比数列通项公式的推导过程.
核心素养:1.通过学习等比数列的概念及判断方法,提升数学抽象和逻辑推理素养.2.通过运用等比数列的通项公式求项或公比、项数,提升数学运算素养.
(教师独具内容)
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
知识点一 等比数列的定义
如果一个数列从________起,每一项与它的前一项的比值都是______________,那么称这样的数列为等比数列,称这个常数为等比数列的_______,通常用字母_______表示(q≠0).
知识点二 等比数列的通项公式
若首项是a1,公比是q,则等比数列{an}的通项公式为_____________________.
第2项
同一个常数
公比
q
an=a1qn-1(a1≠0,q≠0)
核心概念掌握
5
1.有关等比数列的定义应注意的问题
(1)注意定义中“从第2项起”这一条件的两层含义.
其一,第1项前面没有项,无法与后续条件中“与前一项的比”相吻合;其二,等比数列的定义包括了首项这一基本量,且必须从第2项起使数列中各项均与其前面一项作商.
(2)注意定义中“每一项与它的前一项的比”这一运算要求,它的含义也有两个.其一,强调作商的顺序,即后面的项比前面的项;第二,强调这两项必须相邻.
(3)注意定义中的“同一个常数”这一要求,否则这个数列不能称为等比数列.
核心概念掌握
6
核心概念掌握
7
答案: (1)√ (2)× (3)× (4)√
核心概念掌握
8
an=5n-1
4
±3
核心概念掌握
9
核心素养形成
④
核心素养形成
11
解析 ①不符合等比数列的定义,故不是等比数列;②不一定是等比数列,当数列{an}只有3项时,是等比数列,当数列{an}的项数超过3项时,不一定符合等比数列的定义;③不一定是等比数列,当常数列的各项都为0时,不是等比数列,当常数列的各项不为0时,是等比数列;④是等比数列.
核心素养形成
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核心素养形成
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核心素养形成
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核心素养形成
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题型二 等比数列的通项公式及应用
例2 在等比数列{an}中,
(1)a4=2,a7=8,求an;
(2)a2+a5=18,a3+a6=9,an=1,求n.
核心素养形成
16
核心素养形成
17
【感悟提升】等比数列通项公式的求法
a1和q是等比数列的基本量,只要求出这两个基本量,问题便迎刃而解.关于a1和q的求法通常有以下两种方法:
(1)根据已知条件,建立关于a1,q的方程组,求出a1,q后再求an,这是常规方法.
(2)充分利用各项之间的关系,直接求出q后,再求a1,最后求an,这种方法带有一定的技巧性,能简化运算.
核心素养形成
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【跟踪训练】
2.(1)已知{an}为等比数列,且a5=8,a7=2,该数列的各项都为正数,求an.
核心素养形成
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核心素养形成
20
题型三 等比数列的判定与证明
例3 已知数列{an}满足a1=1,an+1=2an+1.证明:数列{an+1}是等比数列.
核心素养形成
21
解:∵an+1=2Sn+1,∴an=2Sn-1+1(n≥2),
两式相减得an+1-an=2an,
即an+1=3an(n≥2),
又a2=2S1+1=3,a1=1,∴a2=3a1,
∴数列{an}是首项为1,公比为3的等比数列.
[变式探究] 本例中若将“an+1=2an+1”改为“an+1=2Sn+1(其中Sn为数列{an}的前n项和)”,其他条件不变,试判断数列{an}是否为等比数列?
核心素养形成
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核心素养形成
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核心素养形成
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随堂水平达标
解析:由等比数列的定义,知①②④是等比数列.③中当x=0时,不是等比数列.
随堂水平达标
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2.已知等比数列{an}满足a1=3,a1+a3+a5=21,则a3+a5+a7=( )
A.21
B.42
C.63
D.84
解析:设等比数列{an}的公比为q,则由a1=3,a1+a3+a5=21,得3(1+q2+q4)=21,解得q2=-3(舍去)或q2=2,于是a3+a5+a7=q2(a1+a3+a5)=2×21=42.故选B.
随堂水平达标
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随堂水平达标
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随堂水平达标
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4.首项为3的等比数列的第n项是48,第2n-3项是192,则n=________.
5
随堂水平达标
30
随堂水平达标
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课后课时精练
一、选择题
1.在等比数列{an}中,a2024=8a2021,则公比q的值为( )
A.2
B.3
C.4
D.8
课后课时精练
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A级
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2.若一数列为a-6,1,a6,a12,a18,…,其中a≠0,则a822是这个数列的( )
A.不在此数列中 B.第137项
C.第138项 D.第139项
解析:数列为a-6,1,a6,a12,a18,…,记此数列为{bn},则它是首项为a-6,公比为a6的等比数列,于是得数列{bn}的通项公式为bn=a-6·(a6)n-1=a6n-12,由6n-12=822,得n=139,所以a822是这个数列的第139项.
课后课时精练
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A级
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3.设等比数列{an}满足a1+a2=-1,a1-a3=-3,则a4=( )
A.8
B.-8
C.4
D.-4
解析:设等比数列{an}的公比为q,∵a1+a2=-1,a1-a3=-3,∴a1(1+q)=-1,a1(1-q2)=-3,解得q=-2,a1=1.则a4=1×(-2)3=-8.故选B.
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课后课时精练
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A级
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5.(多选)已知数列{an}中,a1=2,an+1=4an-3n+1,n∈N+,则下列说法正确的是( )
A.{an-n}是等比数列
B.an=4n-1
C.{log2(an-n)}是等差数列
D.{log4an}是等比数列
课后课时精练
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7.已知数列{an}满足a1=2,an+1=2an-1(n∈N+),则数列{an-1}是________数列(填“等差”或“等比”),数列{an}的通项公式为an=________.
解析:根据题意,数列{an}满足an+1=2an-1,即an+1-1=2(an-1),又a1-1=1≠0,则数列{an-1}是以1为首项,2为公比的等比数列,则an-1=1×2n-1=2n-1,则an=2n-1+1.
等比
2n-1+1
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A级
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8.在数列{an},{bn}中,a1=2,且对任意正整数n,3an+1-an=0,bn是an与an+1的等差中项,则数列{bn}的通项公式为bn=________.
课后课时精练
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A级
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三、解答题
9.在等比数列{an}中.
(1)已知a1=3,q=-2,求a6;
(2)已知a3=20,a6=160,求an.
课后课时精练
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A级
42
解:(1)设数列{an}的公比为q(q≠0,q≠1).
由a5,a3,a4成等差数列,得2a3=a5+a4,即2a1q2=a1q4+a1q3.
由a1≠0,q≠0,得q2+q-2=0,解得q1=-2或q2=1(舍去).
所以q=-2.
(2)证明:对任意k∈N+,Sk+2+Sk+1-2Sk=(Sk+2-Sk)+(Sk+1-Sk)=ak+1+ak+2+ak+1=2ak+1+ak+1·(-2)=0,所以对任意k∈N+,Sk+2,Sk,Sk+1成等差数列.
10.设{an}是公比不为1的等比数列,其前n项和为Sn,且a5,a3,a4成等差数列.
(1)求数列{an}的公比;
(2)证明:对任意k∈N+,Sk+2,Sk,Sk+1成等差数列.
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课后课时精练
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B级
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课后课时精练
1
2
B级
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2.设数列{an}的前n项和Sn=2an-2n.
(1)求a3,a4;
(2)证明:{an+1-2an}是等比数列;
(3)求{an}的通项公式.
解:(1)∵a1=S1,S1=2a1-2,
∴a1=2,S1=2.
由Sn=2an-2n,即2an=Sn+2n知2an+1=Sn+1+2n+1=an+1+Sn+2n+1,
∴an+1=Sn+2n+1, ①
∴a2=S1+22=2+22=6,S2=8,
a3=S2+23=8+23=16,S3=24,a4=S3+24=40.
课后课时精练
1
2
B级
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课后课时精练
1
2
B级
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R
2.由等比数列的任意两项可求公比
若已知等比数列{an}中的任意两项an,am,由an=amqn-m可以求得公比
q=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\r(n-m,\f(an,am)),n-m为奇数,,±\r(n-m,\f(an,am)),n-m为偶数.))
1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)数列1,-1,1,-1是等比数列.( )
(2)若一个数列从第2项开始每一项与前一项的比是常数,则这个数列是等比数列.( )
(3)若an=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(3,n=1,,2n-1,n≥2,))则数列{an}是等比数列.( )
(4)等比数列至少有3项.( )
2.做一做(请把正确的答案写在横线上)
(1)等比数列1,5,25,125,…的通项公式为____________.
(2)等比数列-eq \f(1,10),-eq \f(1,100),-eq \f(1,1000),…的公比为________.
(3)在等比数列{an}中,已知an=4n-3,则a1=________,q=________.
(4)已知等比数列{an}中,a1=1,a3=9,则a2=________.
eq \f(1,10)
eq \f(1,16)
题型一 等比数列的概念
例1 观察下面几个数列:
①1,1,2,4,8,16,32,64;
②数列{an}中,已知eq \f(a2,a1)=2,eq \f(a3,a2)=2;
③常数列a,a,…,a,…;
④在数列{an}中,eq \f(an+1,an)=q,其中n∈N+.
其中是等比数列的是________(只填序号).
【感悟提升】判断一个数列是否为等比数列的方法是利用定义,即eq \f(an+1,an)=q(与n无关的常数,且不等于0).
【跟踪训练】
1.设数列{an}为等比数列,q为公比,有下面四个数列:
①{aeq \o\al(3,n)};②{pan}(p为非零常数);
③{an·an+1};④{an+an+1}.
其中是等比数列的有( )
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
解析:对于①,因为3,n+1)eq \f(a,aeq \o\al(3,n))
=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(an+1,an)))
eq \s\up12(3)=q3(常数),所以{aeq \o\al(3,n)}是等比数列;对于②,因为eq \f(pan+1,pan)=eq \f(an+1,an)=q(常数),所以{pan}是等比数列;对于③,因为eq \f(an+1·an+2,an·an+1)=eq \f(an+2,an)=q2(常数),所以{an·an+1}是等比数列;对于④,当q=-1时,an+an+1=0,故此时{an+an+1}不是等比数列,当q≠-1时,因为eq \f(an+1+an+2,an+an+1)=eq \f(anq+an+1q,an+an+1)=eq \f(q(an+an+1),an+an+1)=q(常数),所以{an+an+1}是等比数列.故是等比数列的有3个.故选C.
解 (1)解法一:因为eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a4=a1q3,,a7=a1q6,))所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1q3=2, ①,a1q6=8. ②))
由②÷①,得q3=4,从而q=eq \r(3,4),而a1q3=2,
于是a1=eq \f(2,q3)=eq \f(1,2),所以an=a1qn-1=2eq \s\up8(\f(2n-5,3)).
解法二:因为a7=a4q3,所以q3=4.
所以an=a4qn-4=2·(eq \r(3,4))n-4=2eq \s\up8(\f(2n-5,3)).
(2)解法一:由题意,
知eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2+a5=a1q+a1q4=18, ③,a3+a6=a1q2+a1q5=9, ④))
由④÷③,得q=eq \f(1,2),从而a1=32.
又an=1,所以32×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)=1,
即26-n=20,所以n=6.
解法二:因为a3+a6=q(a2+a5),所以q=eq \f(1,2).
由a1q+a1q4=18,知a1=32.
由an=a1qn-1=1,知n=6.
解:由已知,得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1q4=8,,a1q6=2,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(q2=\f(1,4),,a1=128,))
∵an>0,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(q=\f(1,2),,a1=128,))
∴an=128×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-1)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(n-8).
解:由an=a1qn-1,得eq \f(1,3)=eq \f(9,8)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))
eq \s\up12(n-1),
即eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))
eq \s\up12(n-1)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))
eq \s\up12(3),
解得n=4.
(2)若等比数列{an}的首项a1=eq \f(9,8),末项an=eq \f(1,3),公比q=eq \f(2,3),求项数n.
证明 因为an+1=2an+1,
所以an+1+1=2(an+1).
由a1=1,知a1+1≠0,从而an+1≠0,
所以eq \f(an+1+1,an+1)=2(n∈N+).
所以数列{an+1}是等比数列.
【感悟提升】
(1)等比数列的判定与证明
利用定义:eq \f(an+1,an)=q(与n无关的常数).
(2)如果证明数列不是等比数列,可以通过选择三个连续项不成等比数列来证明.
(3)对形如an+1=can+b(n∈N+,b,c≠0,且c≠1,b,c为常数)的递推公式,通常可以变形为an+1+eq \f(b,c-1)=ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an+\f(b,c-1))),从而构造一个等比数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an+\f(b,c-1))),通过求该等比数列的通项公式可得an.证明一个数列为等比数列,要紧扣定义,这里采用了转化与化归的策略.
(4)涉及Sn与an的式子,则利用an=Sn-Sn-1,n≥2,消去Sn,判断an,an-1或an+1,an的关系证明.
证明:由a1=S1=eq \f(3,2)a1+b,得a1=-2b.
因为Sn=eq \f(3,2)an+b,所以当n≥2时,Sn-1=eq \f(3,2)an-1+b,
两式相减得Sn-Sn-1=eq \f(3,2)an+b-eq \f(3,2)an-1-b,
所以an=eq \f(3,2)an-eq \f(3,2)an-1,所以an=3an-1,
又a1=-2b≠0,故{an}是公比q=3的等比数列.
【跟踪训练】
3.已知数列{an}的前n项和为Sn,且满足Sn=eq \f(3,2)an+b(n∈N+,b∈R,b≠0).求证:{an}是等比数列.
1.下列各组数成等比数列的是( )
①1,-2,4,-8;②-eq \r(2),2,-2eq \r(2),4;③x,x2,x3,x4;④a-1,a-2,a-3,a-4.
A.①②
B.①②③
C.①②④
D.①②③④
3.(多选)如图给出了一个“三角形数阵”,已知每一列数成等差数列,从第3行起,每一行数成等比数列,而且每一行的公比都相等,记第i行第j列的数为aij(i,j∈N+),则下列式子正确的是( )
A.a53=eq \f(5,16)
B.a51=eq \f(5,4)
C.a44=eq \f(1,16)
D.a41=1
解析:第1列构成首项为eq \f(1,4),公差为eq \f(1,4)的等差数列,所以a51=eq \f(1,4)+(5-1)×eq \f(1,4)=eq \f(5,4),a41=1.又因为从第3行起每一行数成等比数列,而且每一行的公比都相等,a44=1×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(3)=eq \f(1,8),所以第5行构成首项为eq \f(5,4),公比为eq \f(1,2)的等比数列,所以a53=eq \f(5,4)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(2)=eq \f(5,16).
解析:设公比为q,则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(3qn-1=48,,3q2n-4=192))⇒eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(qn-1=16,,q2n-4=64))⇒q2=4,得q=±2.由(±2)n-1=16,得n=5.
5.已知数列{an}的前n项和为Sn,Sn=eq \f(1,3)(an-1)(n∈N+).
(1)求a1,a2;
(2)求证:数列{an}是等比数列.
解:(1)由S1=eq \f(1,3)(a1-1),得a1=eq \f(1,3)(a1-1),故a1=-eq \f(1,2).
又S2=eq \f(1,3)(a2-1),即a1+a2=eq \f(1,3)(a2-1),得a2=eq \f(1,4).
(2)证明:当n≥2时,an=Sn-Sn-1=eq \f(1,3)(an-1)-eq \f(1,3)(an-1-1),得an=-eq \f(1,2)an-1,
又a1=-eq \f(1,2)≠0,
所以数列{an}是首项为-eq \f(1,2),公比为-eq \f(1,2)的等比数列.
解析:∵a2024=8a2021,∴q3=eq \f(a2024,a2021)=8,∴q=2.
4.一个各项均为正的等比数列,每一项都等于它后面相邻两项之和,则公比q=( )
A.eq \f(\r(3),2)
B.eq \f(2\r(5),2)
C.eq \f(\r(5)-1,2)
D.eq \f(1+\r(5),2)
解析:由题意有an=an+1+an+2=anq+anq2,而an≠0,∴q2+q-1=0,∴q=eq \f(-1±\r(5),2),而an>0,∴q>0,∴q=eq \f(\r(5)-1,2).
解析:对于A,由an+1=4an-3n+1,得an+1-(n+1)=4(an-n),n∈N+.又a1-1=1≠0,所以an-n≠0,所以eq \f(an+1-(n+1),an-n)=4,所以数列{an-n}是首项为1,公比为4的等比数列,故A正确;对于B,由上可知an-n=4n-1,所以数列{an}的通项公式为an=4n-1+n,故B错误;对于C,log2(an-n)=log24n-1=log222(n-1)=2n-2,所以{log2(an-n)}是等差数列,故C正确;对于D,log4an=log4(4n-1+n),{log4an}既不是等差数列,又不是等比数列,故D错误.故选AC.
二、填空题
6.在正项等比数列{an}中,若3a1,eq \f(1,2)a3,2a2成等差数列,则eq \f(a2023-a2022,a2025-a2024)=_____.
解析:设正项等比数列{an}的公比q>0,∵3a1,eq \f(1,2)a3,2a2成等差数列,∴2×eq \f(1,2)a3=3a1+2a2,即a1q2=3a1+2a1q,∴q2-2q-3=0,q>0,解得q=3,则原式=eq \f(a2023-a2022,q2(a2023-a2022))=eq \f(1,q2)=eq \f(1,9).
eq \f(1,9)
解析:由题设eq \f(an+1,an)=eq \f(1,3),∴数列{an}是等比数列,公比为eq \f(1,3),∴an=2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))
eq \s\up12(n-1),bn=eq \f(1,2)(an+an+1)=eq \f(1,2)
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))\s\up12(n-1)+2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))\s\up12(n)))=eq \f(4,3n).
eq \f(4,3n)
解:(1)由等比数列的通项公式,得a6=3×(-2)6-1=-96.
(2)设等比数列的公比为q,
那么eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a1q2=20,,a1q5=160,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(q=2,,a1=5,))
所以an=a1qn-1=5×2n-1(n∈N+).
1.设关于x的一元二次方程anx2-an+1x-1=0(n=1,2,3,…)有两根α和β,且满足6α+2αβ+6β=3,a1=eq \f(7,6).
(1)试用an表示an+1;
(2)求证:数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an-\f(2,3)))是等比数列.
解:(1)由根与系数的关系,知eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(α+β=\f(an+1,an),,αβ=-\f(1,an),))
代入6α+2αβ+6β=3,得eq \f(6an+1,an)-eq \f(2,an)=3,所以an+1=eq \f(1,2)an+eq \f(1,3).
(2)证明:因为an+1=eq \f(1,2)an+eq \f(1,3),所以an+1-eq \f(2,3)=eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(an-\f(2,3))),
又a1-eq \f(2,3)=eq \f(1,2)≠0,所以an-eq \f(2,3)≠0,所以数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(an-\f(2,3)))是首项为eq \f(1,2),公比为eq \f(1,2)的等比数列.
(2)证法一:由题设和①式知an+1-2an=(Sn+2n+1)-(Sn+2n)=2n+1-2n=2n,∴{an+1-2an}是首项为2,公比为2的等比数列.
证法二:由Sn=2an-2n,
②
得Sn+1=2an+1-2n+1.
③
③-②得an+1=2an+1-2n+1-2an+2n,即an+1-2an=2n.
∴{an+1-2an}是首项为2,公比为2的等比数列.
(3)由(2)知an+1-2an=2n,等号两端同时除以2n+1,得eq \f(an+1,2n+1)-eq \f(an,2n)=eq \f(1,2),
∴数列eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(an,2n)))是以eq \f(a1,2)=1为首项,eq \f(1,2)为公差的等差数列,
∴eq \f(an,2n)=1+eq \f(1,2)(n-1),即an=(n+1)·2n-1.
$