问题 解答题
已知数列{an}满足a1=1,an+1=2an+2n(n∈N*).
(1)证明数列{
an
2n
}是等差数列,并求出数列{an}的通项公式an

(2)求等差数列{bn}(n∈N*),使b1Cn0+b2Cn1+b3Cn2+…+bn+1Cnn=an+1对n∈N*都成立;
(3)令cn=nbn(n∈N*),是否存在正常数M,使
c1
a1
+
c2
a2
+
c3
a3
+…+
cn
an
<M对n∈N*恒成立,并证明你的结论.
答案

(1)∵a1=1,an+1=2an+2n(n∈N*),∴

an+1
2n+1
=
an
2n
+
1
2
an+1
2n+1
-
an
2n
=
1
2
.…(3分)

数列{

an
2n
}是以
a1
2
为首项,公差为
1
2
的等差数列,且
an
2n
=
a1
2
+
1
2
(n-1).…(5分)

∴an=n•2n-1(n∈N*).…(6分)

(2)设等差数列{bn}的首项为b1,公差为d,则bn=b1+(n-1)d(n∈N*).…(7分)

考察等差数列,易知:b1+bn+1=b2+bn=b3+bn-1=…=bn+1+b1

又 b1Cn0+b2Cn1+b3Cn2+…+bn+1Cnn=an+1,利用加法交换律把此等式变为bn+1Cnn+bnCnn-1+bn-1Cnn-2+…+b1Cn0=an+1

两式相加,利用组合数的性质Cnm=Cnn-m化简,得(b1+bn+1)(Cn0+Cn1+…+Cnn)=2an+1,即b1+bn+1=2n+2.…(10分)

再分别令n=1,n=2,得

b1+b2=4
b1+b3=6
,进一步可得
b1=1
d=2
.…(11分)

因此,满足题设的等差数列{bn}的通项公式为bn=2n-1(n∈N*).…(12分)

(3)结论:

存在正常数M(只要M>6即可)使得

c1
a1
+
c2
a2
+
c3
a3
+…+
cn
an
<M对n∈N*恒成立.(13分)

证明 由(2)知,bn=2n-1,于是,cn=n(2n-1),

cn
an
=
n(2n-1)
n•2n-1
=
2n-1
2n-1
.…(14分)

A=

c1
a1
+
c2
a2
+…+
cn
an
,则A=
1
20
+
3
21
+
5
22
+…+
2n-3
2n-2
+
2n-1
2n-1
1
2
A=
1
21
+
3
22
+
5
23
+…+
2n-3
2n-1
+
2n-1
2n
.此两式相差,得
1
2
A=
1
20
+
2
21
+
2
22
+
2
23
+…+
2
2n-1
-
2n-1
2n
.进一步有A=6-
1
2n-3
-
2n-1
2n-1
<6
.…(18分)

所以,当且仅当正常数M>6时,

c1
a1
+
c2
a2
+
c3
a3
+…+
cn
an
<M对n∈N*恒成立.

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