Question

数列{a_n}的前n项和是S_n,数列{na_n}的前n项和是T_n,且a₁=1,S_n+T_n=na_n+1.

(1)写出a₂,a₃的值,并求出a_n.

(2)是否存在最大的正数M,使≥M对一切正整数n都成立?若存在,试探求出M的值并加以证明;若不存在,请说明理由.

Answer 1

解:(1)令n=1,得S₁+T₁=1·a₂,得a₂=2;令n=2,得S₂+T₂=2·a₃,得a₃=4.          

依题意有S_n+T_n=na_n+1,S_n-1+T_n-1=(n-1)a_n(n≥2),

两式相减可得a_n+na_n=na_n+1-(n-1)a_n,即a_n+1=2a_n(n≥2),

又a₂=2a₁,所以数列{a_n}的通项公式是a_n=2^n-1.                                

                              

(2)存在M_max=.                                                        

证明:由a_n=2^n-1,得S_n==2ⁿ-1,

∴==,要证≥,

只需证9［2²ⁿ⁺²-(2ⁿ+2ⁿ⁺²)+1］≥7(2²ⁿ⁺²-2·2ⁿ⁺¹+1),只要证2²ⁿ⁺³-2ⁿ⁺³-9·2ⁿ+2≥0,

即证(2ⁿ⁺³-9)(2ⁿ-1)≥7.                        (*)

∵对一切正整数n,2ⁿ⁺³-9≥7,2ⁿ-1≥1,

∴(*)式成立,且等号当且仅当n=1时成立.

∴M_max=.                                                            

或可证出f(n)=单调递增,f(n)≥f(1)=.