问题 解答题
已知集合A={x|x=-2n-1,n∈N*},B={x|x=-6n+3,n∈N*},设Sn是等差数列{an}的前n项和,若{an}的任一项an∈A∩B,首项a1是A∩B中的最大数,且-750<S10<-300.
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)若数列{bn}满足bn=(
2
2
)an+13n-9
,令Tn=24(b2+b4+b6+…+b2n),试比较Tn
48n
2n+1
的大小.
答案

(Ⅰ)根据题设可得:集合A中所有的元素可以组成以-3为首项,-2为公差的递减等差数列;集合B中所有的元素可以组成以-3为首项,-6为公差的递减等差数列.

由题意,有A∩B=B,A∩B中的最大数为-3,即a1=-3…(2分)

设等差数列{an}的公差为d,则an=-3+(n-1)d,S10=

10(a1+a10)
2
=45d-30

因为-750<S10<-300,∴-750<45d-30<-300,即-16<d<-6

由于B中所有的元素可以组成以-3为首项,-6为公差的递减等差数列

所以d=-6m(m∈Z,m≠0),由-16<-6m<-6⇒m=2,所以d=-12…(5分)

所以数列{an}的通项公式为an=9-12n(n∈N*) …(6分)

(Ⅱ)bn=(

2
2
)an+13n-9=(
2
2
)n

Tn=24(b2+b4+b6+…+b2n)=24×

1
2
[1-(
1
2
)
n
]
1-
1
2
=24(1-
1
2n
)…(8分)

Tn-

48n
2n+1
=24-
24
2n
-
48n
2n+1
=
24(2n-2n-1)
2n(2n+1)

于是确定Tn

48n
2n+1
的大小关系等价于比较2n与2n+1的大小

由2<2×1+1,22<2×2+1,23>2×3+1,24>2×4+1,…

可猜想当n≥3时,2n>2n+1…(10分)

证明如下:

证法1:(1)当n=3时,由上验算可知成立.

(2)假设n=k时,2k>2k+1,

则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

根据(1)(2)可知,对一切n≥3的正整数,都有2n>2n+1

∴当n=1,2时,Tn

48n
2n+1
,当n≥3时Tn
48n
2n+1
…(13分)

证法2:当n≥3时2n=(1+1)n=

C0n
+
C1n
+…+
Cn-1n
+
Cnn
C0n
+
C1n
+
Cn-1n
+
Cnn
=2n+2>2n+1

∴当n=1,2时,Tn

48n
2n+1
,当n≥3时Tn
48n
2n+1
…(13分)

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