问题 解答题
已知数列an的前n项和Sn=-an-(
1
2
)n-1+2(n∈N*)

(1)令bn=2nan,求证:数列bn是等差数列,并求数列an的通项公式.
(2)令cn=
n+1
n
anTn=c1+c2+…+cn
,试比较Tn
5n
2n+1
的大小,并予以证明.
答案

(1)在Sn=-an-(

1
2
)n-1+2(n∈N*)中,令n=1,可得S1=-a1-1+2=a1,即a1=
1
2

当n≥2时,Sn-1=-an-1-(

1
2
)n-2+2

所以an=Sn-Sn-1=-an+an-1+(

1
2
)n-1

所以2an=an-1+(

1
2
)n-1,即2nan=2n-1an-1+1

因为bn=2nan,所以bn=bn-1+1,即当n≥2时,bn-bn-1=1

又b1=2a1=1,所以数列bn是首项和公差均为1的等差数列

于是bn=1+(n-1)•1=n=2nan,所以an=

n
2n

(2)由1)得cn=

n+1
n
an=(n+1)(
1
2
)n

所以Tn=2×

1
2
+3×(
1
2
)2+…+(n+1)×(
1
2
)n
1
2
Tn=2×(
1
2
)2+3×(
1
2
)3++n•(
1
2
)n+(n+1)•(
1
2
)n+1

由①-②得

1
2
Tn=
3
2
-
n+3
2n+1

所以Tn=3-

n+3
2n
Tn-
5n
2n+1
=3-
n+3
2n
-
5n
2n+1
=
(n+3)(2n-2n-1)
2n(2n+1)

于是确定Tn

5n
2n+1
的大小关系等价于比较2n与2n+1的大小.

猜想当n=1,2时,2n<2n+1,当n≥3时,2n>2n+1

下面用数学归纳法证明:

当n=3时,显然成立

假设当n=k(k≥3)时,2k>2k+1成立

则当n=k+1时,2k+1=2•2k>2(2k+1)=4k+2=2(k+1)+1+(2k-1)>2(k+1)+1

所以当n=k+1时,猜想也成立.

于是,当n≥3,n∈N*时,2n>2n+1成立

综上所述,当n=1,2时,Tn

5n
2n+1

当n≥3时,Tn

5n
2n+1

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