已知数列{an}的前n项之和Sn与an满足关系式:nSn+1=(n+2)Sn+an+2 (n∈N+)
(1)若a1=0,求a2,a3的值;(2)求证:a1=0是数列{an}为等差数列的充要条件.
(1)由 nSn+1=(n+2)Sn+an+2 (*)
变形为n(Sn+1-Sn)=2Sn+an+2,而Sn是{an}前n项和,于是有nan+1=2Sn+an+2,a1=0,
在n=1,a2=2a1+a1+2=2,则a2=2,在n=2,2a3=2(a1+a2)+a2+2=4+4=8,则a3=4
(2)充分性:由(1)可猜测到:an=2n-2.下面先用数学归纳法证明:an=2n-2
①在n=1时,a1=2×1-2=0 与已知 a1=0一致 故n=1时,an=2n-2成立.
②假设n=k时,an=2n-2成立,
∴Sk=a1+a2+…+ak=0+2+4+…+(2k-1)=k(k-1)
∵(*)式 nan+1=2Sn+an+2恒成立,则kan+1=2Sk+ak+2=2k(k-1)+(2k-2)+2=2k2
∴ak+1=2k=2[(k+1)-1]
故n=k+1时,an=2n-2成立,综合①②可知:an=2n-2成立对n∈N*恒成立.
∴数列{an}的通项为an=2n-1,∴an-an-1=2(n≥2,n∈N+)
由等差数列定义可知{an}是等差数列,从而充分性得证.
必要性:由(1)可知 nan+1=2Sn+an+2恒成立,则(n-1)an=2Sn-1+an-1+2(n≥2)(**)
若{an}是等差数列,则an-an-1=d(n≥2),且an=a1+(n-1)d.代入(**) 式中有:
n(an+1-an)=2an-an-1∴nd=an+d=a1+(n-1)d+d∴a1=0 从而必要性得证.
因此a1=0 是数列{an}为等差数列的充分条件.