在数列{an}与{bn}中,a1=1,b1=4,数列{an}的前n项和Sn满足nSn+1-(n+3)Sn=0,2an+1为bn与bn+1的等比中项,n∈N*.
(Ⅰ)求a2,b2的值;
(Ⅱ)求数列{an}与{bn}的通项公式;
(Ⅲ)设Tn=(-1)a1b1+(-1)a2b2+…+(-1)anbn,n∈N*.证明|Tn|<2n2,n≥3.
(Ⅰ)由题设有a1+a2-4a1=0,a1=1,解得a2=3.由题设又有4a22=b2b1,b1=4,解得b2=9.
(Ⅱ)由题设nSn+1-(n+3)Sn=0,a1=1,b1=4,及a2=3,b2=9,进一步可得a3=6,b3=16,a4=10,b4=25,猜想an=
,bn=(n+1)2,n∈N*.n(n+1) 2
先证an=
,n∈N*.n(n+1) 2
当n=1时,a1=
,等式成立.当n≥2时用数学归纳法证明如下:1×(1+1) 2
(1)当n=2时,a2=
,等式成立.2×(2+1) 2
(2)假设n=k时等式成立,即ak=
,k≥2.k(k+1) 2
由题设,kSk+1=(k+3)Sk(k-1)Sk=(k+2)Sk-1
①的两边分别减去②的两边,整理得kak+1=(k+2)ak,从而ak+1=
ak=k+2 k
•k+2 k
=k(k+1) 2
.(k+1)[(k+1)+1] 2
这就是说,当n=k+1时等式也成立.根据(1)和(2)可知,等式an=
对任何的n≥2成立.n(n+1) 2
综上所述,等式an=
对任何的n∈N*都成立an=n(n+1) 2 n(n+1) 2
再用数学归纳法证明bn=(n+1)2,n∈N*.
(1)当n=1时,b1=(1+1)2,等式成立.
(2)假设当n=k时等式成立,即bk=(k+1)2,那么bk+1=
=4ak+12 bk
=[(k+1)+1]2.(k+1)2(k+2)2 (k+1)2
这就是说,当n=k+1时等式也成立.根据(1)和(2)可知,等式bn=(n+1)2对任何的n∈N*都成立.
(Ⅲ)证明:当n=4k,k∈N*时,Tn=-22-32+42+52--(4k-2)2-(4k-1)2+(4k)2+(4k+1)2.
注意到-(4k-2)2-(4k-1)2+(4k)2+(4k+1)2=32k-4,故4k(4k+4)-4k=(4k)2+3×4k=n2+3n.
当n=4k-1,k∈N*时,Tn=(4k)2+3×4k-(4k+1)2=(n+1)2+3(n+1)-(n+2)2=n
当n=4k-2,k∈N*时,Tn=(4k)2+3×4k-(4k+1)2-(4k)2=3(n+2)-(n+3)2=-n2-3n-3.
当n=4k-3,k∈N*时,Tn=3×4k-(4k+1)2+(4k-1)2=3(n+3)-(n+4)2+(n+2)2=-n-3.
所以Tn=
,k∈N*.-n-3,n=4k-3 -n2-3n-3,,n=4k-2 n,n=4k-1 n2+3n,n=4k
从而n≥3时,有
=|Tn| n2
+1 n
<2 n=5,9,133 n2 1+
+3 n
<2 n=6,10,143 n2
<2 n=3,7,111 n 1+
<2,n=4,8,123 n
总之,当n≥3时有
<2,即|Tn|<2n2.|Tn| n2