问题 解答题
已知数列{an}满足:a1=
1
2
an+1=
an
enan+e
,n∈N*
(其中e为自然对数的底数).
(1)求数列{an}的通项an
(2)设Sn=a1+a2+…+an,Tn=a1•a2•a3•…•an,求证:Sn
n
n+1
Tne-n2
答案

(1)∵an+1=

an
enan+e

1
an+1
=
e
an
+en

1
enan+1
=
1
en-1an
+1.         …(3分)

bn=

1
en-1an
,则bn+1=bn+1,b1=
1
a1
=2

因此,数列{bn}是首项为2,公差为1的等差数列.

bn=2+(n-1)•1=n+1,…(5分)

an=

1
bnen-1
=
1
(n+1)en-1
.                     …(6分)

(2)(方法一)先证明当n∈N*时,en-1≥n.

设f(x)=ex-1-x,x∈[1,+∞),则f'(x)=ex-1-1,

∵当x>1时,f'(x)>0

f(x)在(1,+∞)上是增函数,则当x≥1时,f(x)≥f(1)=0,即ex-1≥x.…(8分)

因此,当n∈N*时,en-1≥n,an=

1
(n+1)en-1
1
(n+1)n
=
1
n
-
1
n+1
,…(9分)

当n∈N*时,n+1<enan=

1
(n+1)en-1
1
enen-1
=e-(2n-1). …(10分)

Sn=a1+a2+…+an≤(1-

1
2
)+(
1
2
-
1
3
)+…+(
1
n
-
1
n+1
)=1-
1
n+1
=
n
n+1

…(12分)

Tn=a1a2a3•…•ane-1e-3e-5•…•e-(2n+1)=e-[1+3+5+…+(2n-1)]=e-n2

…(14分)

(方法二)数学归纳法证明

(1)∵S1=a1=

1
2
n
n+1
=
1
2

∴当n=1时,Sn

n
n+1
成立;

T1=a1=

1
2
e-n2=
1
e

又∵e>2,∴

1
2
1
e

∴当n=1时,Tne-n2成立.           …(8分)

(2)设n=k时命题成立,即Sk

k
k+1
Tke-k2

当n=k+1时,Sk+1=Sk+ak+1

k
k+1
+
1
(k+2)ek

要证Sk+1

k+1
k+2
,即证
k
k+1
+
1
(k+2)ek
k+1
k+2

化简,即证ek≥k+1.                                 …(9分)

设f(x)=ex-x-1,x∈(0,+∞),则f'(x)=ex-1,

∵当x>0时,f'(x)>0,

∴f(x)在(0,+∞)上是增函数,则当x≥0时,f(x)≥f(0)=0,即ex≥x+1.

因此,不等式ek≥k+1成立,即当n=k+1时Sn

n
n+1
成立. …(11分)

当n=k+1时,Tk+1=Tkak+1e-k2

1
(k+2)ek
=
e-k2-k
k+2

要证Tk+1e-(k+1)2,即证

e-k2-k
k+2
e-(k+1)2

化简,即证ek+1>k+2.

根据前面的证明,不等式ek+1>k+2成立,则n=k+1时Tne-n2成立.

由数学归纳法可知,当n∈N*时,不等式Sn

n
n+1
Tne-n2成立.…(14分)

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