问题 解答题
已知数列{an}的前n项和为Sn,且Sn=n+
3
2
an
(n∈N*).数列{bn}是等差数列,且b2=a2,b20=a4
(1)求证:数列{an-1}是等比数列;
(2)求数列{
bn
an-1
}
的前n项和Tn
(3)若不等式Tn+
-n2+11n-6
3n
<lo
g a
x
(a>0且a≠1)对一切n∈N*恒成立,求实数x的取值范围.
答案

(1)由Sn=n+

3
2
an,①当n≥2时,Sn-1=n-1+
3
2
an-1
,②

两式相减得an=1+

3
2
an-
3
2
an-1,即an=3an-1-2,(1分)

当n≥2时,

an-1
an-1-1
=
3an-1-2-1
an-1-1
=3为定值,(2分)

所以数列{an-1}是等比数列,公比是3,(3分)

(2)由Sn=n+

3
2
an,令n=1,得a1=-2. 所以数列{an-1}是等比数列,公比是3,首项为-3.

∴an-1=-3×3n-1,即an-1=-3n.(4分)∴b2=-8,b20=-80.

由{bn}是等差数列,求得bn=-4n(5分)

Tn=

b1
a1-1
+
b2
a2-1
+…+
bn-1
an-1-1
+
bn
an-1
=4[
1
31
+
2
32
+…+
(n-1)
3n-1
+
n
3n
]

1
3
Tn=4[
1
32
+
2
33
+…+
(n-1)
3n
+
n
3n+1
],

相减得

2
3
Tn=4(
1
31
+
1
32
+…+
1
3n
-
n
3n+1
),即Tn=2(
1
30
+
1
31
+…+
1
3n-1
)-
2n
3n

则 Tn=2

1-(
1
3
)
n
1-
1
3
-
2n
3n
=3-
2n+3
3n
.(8分)

(3)令Pn=Tn+

-n2+11n-6
3n
Pn=3-
2n+3
3n
+
-n2+11n-6
3n
=3+
-n2+7n-12
3n
(9分)Pn+1=3+
-n2+5n-6
3n+1
Pn+1-Pn=
-n2+5n-6
3n+1
-
-n2+7n-12
3n

=

2n2-16n+30
3n+1
=
(n-3)(n-5)
3n+1
(10分)

∴当n>5时Pn+1-Pn>0此时Pn单调递增;(11分)

∵当n>5时,-n2+7n-12<0从而3+

-n2+7n-12
3n
<3∴当n>5时,Pn<3

∵P1=3-1=2,P2=3-

1
9
<3,P3=P4=3,P5=P6=3-
1
243
<3

∴当n∈N*时,Pn的最大值为3(13分)

∵不等式Tn+

-n2+11n-6
3n
<lo
g a
x(a>0且a≠1)对一切n∈N*恒成立∴logax>3.(14分)

故当a>1时,x≥a3;当0<a<1时,0<x≤a3.(16分)

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