题目内容

已知数列{an}中,a1=3,a2=5,其前n项和Sn满足Sn+Sn-2=2Sn-1+2n-1(n≥3).令bn=
1
an•an+1
.
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)若f(x)=2x-1,求证:Tn=b1f(1)+b2f(2)+…+bnf(n)<
1
6
(n≥1);
(Ⅲ)令Tn=
1
2
(b1a+b2a2+b3a3+…+bnan)
(a>0),求同时满足下列两个条件的所有a的值:①对于任意正整数n,都有Tn<
1
6
;②对于任意的m∈(0,
1
6
)
,均存在n0∈N*,使得n≥n0时,Tn>m.
分析:(Ⅰ)由题意知Sn-Sn-1=Sn-1-Sn-2+2n-1(n≥3)即an=an-1+2n-1再用累加法求解.
(Ⅱ)由(I)求得bn,再观察Tn=b1f(1)+b2f(2)+…+bnf(n)可用裂项相消法求解.
(Ⅲ)受(II )的启发,我们可以先a=2研究,由(Ⅱ)知:Tn<
1
6
,即条件①满足;又0<m<
1
6
,
∴Tn>m?
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)>m?2n+1>
3
1-6m
-1?n>log2(
3
1-6m
-1)-1>0
.
因为是恒成立,所以取n0等于不超过log2(
3
1-6m
-1)
的最大整数,则当n≥n0时,Tn>m(ⅱ)当a>2时,∵n≥1,
an
2n
=(
a
2
)n≥
a
2
,∴an≥
a
2
•2n
,.(ⅲ)当0<a<2时,∵n≥1,
an
2n
=(
a
2
)n≤
a
2
,∴an≤
a
2
•2n
,分别放缩研究.
解答:解:(Ⅰ)由题意知Sn-Sn-1=Sn-1-Sn-2+2n-1(n≥3)
即an=an-1+2n-1(n≥3)(1分)
∴an=(an-an-1)+(an-1-an-2)++(a3-a2)+a2
=2n-1+2n-2++22+5
=2n-1+2n-2++22+2+1+2
=2n+1(n≥3)(3分)
检验知n=1、2时,结论也成立,故an=2n+1.(4分)
(Ⅱ)由于bnf(n)=
1
(2n+1)(2n+1+1)
•2n-1=
1
2
•
(2n+1+1)-(2n+1)
(2n+1)(2n+1+1)
=
1
2
(
1
2n+1
-
1
2n+1+1
)

故Tn=b1f(1)+b2f(2)++bnf(n)=
1
2
[(
1
1+2
-
1
1+22
)+(
1
1+22
-
1
1+23
)++(
1
2n+1
-
1
2n+1+1
)]

=
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)<
1
2
•
1
1+2
=
1
6
.(9分)
(Ⅲ)(ⅰ)当a=2时,由(Ⅱ)知:Tn<
1
6
,即条件①满足;又0<m<
1
6
,
∴Tn>m?
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)>m?2n+1>
3
1-6m
-1?n>log2(
3
1-6m
-1)-1>0
.
取n0等于不超过log2(
3
1-6m
-1)
的最大整数,则当n≥n0时,Tn>m.(10分)
(ⅱ)当a>2时,∵n≥1,
an
2n
=(
a
2
)n≥
a
2
,∴an≥
a
2
•2n
,
∴bn•an≥bn•
a
2
•2n=
a
2
•bn•2n
.
∴Tn=
n
i=1
(
1
2
biai)≥
a
2
n
i=1
(bi•2i-1)=
a
2
•
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)
.
由(ⅰ)知存在n0∈N*,当n≥n0时,
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)>
1
3a
,
故存在n0∈N*,当n≥n0时,Tn=
a
2
•
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)>
a
2
•
1
3a
=
1
6
,不满足条件.(12分)
(ⅲ)当0<a<2时,∵n≥1,
an
2n
=(
a
2
)n≤
a
2
,∴an≤
a
2
•2n
,
∴bn•an≤bn•
a
2
•2n=
a
2
•bn•2n
.
∴Tn=
n
i=1
1
2
(biai)≤
n
i=1
a
2
(bi2i-1)=
a
2
•
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)
.
取m=
a
12
∈(0,
1
6
)
,若存在n0∈N*,当n≥n0时,Tn>m,
则
a
2
•
1
2
(
1
1+2
-
1
2n+1+1
)>
a
12
.
∴
1
1+2
-
1
2n+1+1
>
1
3
矛盾.故不存在n0∈N*,
当n≥n0时,Tn>m.不满足条件.
综上所述:只有a=2时满足条件,故a=2.(14分)
点评:本题主要考查累加法求通项,裂项相消法求和,具体到一般分类讨论等思想方法的运用.
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