题目内容

已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=n2an+2a1-1,其中n∈N*.
(Ⅰ)求an及Sn;
(Ⅱ)对任意n∈N*,试比较an与
1
2n
的大小,并说明理由.
考点:数列的求和
专题:等差数列与等比数列
分析:(Ⅰ)a1=S1=a1+2a1-1,得a1=
1
2
.n≥2时,an=Sn-Sn-1=n2an-(n-1)2an-1,由此利用累乘法能求出an=
1
n(n+1)
,从面求出Sn=
n
n+1
.
(Ⅱ)通过逐项比较和数学归纳法证明,推导出n=1时,an=
1
2n
;1<n≤4时,an<
1
2n
;当n≥5时,an>
1
2n
.
解答: 解:(Ⅰ)∵数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=n2an+2a1-1,其中n∈N*.
∴a1=S1=a1+2a1-1,解得a1=
1
2
.
∴n≥2时,Sn=n2an,①
Sn-1=(n-1)2an-1,②
①-②得:an=Sn-Sn-1=n2an-(n-1)2an-1,
整理,得
an
an-1
=
n-1
n+1
,
∴
a2
a1
=
1
3
,
a3
a2
=
2
4
,
a4
a3
=
3
5
,…,
an
an-1
=
n-1
n+1
,
把上面各式相乘,得
an
a1
=
2
n(n+1)
,
∴an=
1
n(n+1)
.
∴Sn=n2an+2a1-1=
n2
n(n+1)
=
n
n+1
.
(Ⅱ)当n=1时,an=
1
2
,
1
2n
=
1
2
,an=
1
2n
,
当n=2时,an=
1
6
,
1
2n
=
1
4
,an<
1
2n
,
当n=3时,an=
1
12
,
1
2n
=
1
8
,an<
1
2n
,
当n=4时,an=
1
20
,
1
2n
=
1
16
,an<
1
2n
,
当n=5时,an=
1
30
,
1
2n
=
1
32
,an>
1
2n
,
∴当n≥5时,an>
1
2n
.
下面用数学归纳法证明:
①当n=5时,an=
1
30
,
1
2n
=
1
32
,an>
1
2n
.
②假设n=k时,成立,则ak>
1
2k
,即
1
k(k+1)
>
1
2k
,
∴2k>k(k+1),
当n=k+1时,ak+1=
1
(k+1)(k+2)
,
∵(k+1)(k+2)=k(k+1)+2(k+1)<2k+2(k+1)<2k+1,
∴,ak+1=
1
(k+1)(k+2)
<
1
2k+1
.
∴当n≥5时,an>
1
2n
.
综上:n=1时,an=
1
2n
;1<n≤4时,an<
1
2n
;当n≥5时,an>
1
2n
.
点评:本题考查数列的通面公式和前n项和公式的求法,考查两个式子的大小的比较,解题时要注意数学归纳法的合理运用.
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