问题 解答题
设数列{an}的前n项和为Sn,对任意n∈N*都有Sn=(
an+1
2
2成立.
(1)求数列{an}的前n项和Sn
(2)记数列bn=an+λ,n∈N*,λ∈R,其前n项和为Tn
①若数列{Tn}的最小值为T6,求实数λ的取值范围;
②若数列{bn}中任意的不同两项之和仍是该数列中的一项,则称该数列是“封闭数列”.试问:是否存在这样的“封闭数列”{bn},使得对任意n∈N*,都有Tn≠0,且
1
12
1
T1
+
1
T2
+
1
T3
+L+
1
Tn
11
18
.若存在,求实数λ的所有取值;若不存在,请说明理由.
答案

(1)法一:由Sn=(

an+1
2
2 得:4Sn=
a2n
+2an+1
①,4Sn+1=
a2n+1
+2an+1+1
②,

②-①得4an+1=

a2n+1
-
a2n
+2an+1-2an,得到2(an+1+an)=(an+1+an)(an+1-an

由题知an+1+an≠0得an+1-an=2,

S1=a1=(

a1+1
2
)2,化为4a1=
a21
+2a1+1
,解得a1=1.

∴数列{an}是以1为首项,2为公差的等差数列,∴an=1+(n-1)×1=2n-1,

因此前n项和Sn=

n(1+2n-1)
2
=n2

法二:由S1=a1=(

a1+1
2
)2,化为4a1=
a21
+2a1+1
,解得a1=1.

当n≥2时,2

Sn
=an+1=Sn-Sn-1+1,

得到(

Sn
-1)2=Sn1,即
Sn
-
Sn-1
=1

所以数列{

Sn
}是以1为首项,1为公差的等差数列,

Sn
=1+(n-1)×1=n,得到Sn=n2

(2)①由bn+2n-1+λ得到其前n项和Tn=n2+λn,

由题意Tn最小值为T6,即Tn≥T6,n2+λn≥36+6λ,

化为

11
2
≤-
λ
2
13
2
,∴λ∈[-13,-11].

②因{bn}是“封闭数列”,设bp+bq=bm(p,q,m∈Z*,且任意两个不相等 )得

2p-1+λ+2q-1+λ=2m-1+λ,化为λ=2(m-p-q)+1,则λ为奇数.

由任意n∈N*,都有Tn≠0,且

1
12
1
T1
+
1
T2
+
1
T3
+…+
1
Tn
11
18

得 

1
12
T1
11
18
,化为
7
11
<λ<11
,即λ的可能值为1,3,5,7,9,

Tn=n2+λn>0,因为

1
n(n+λ)
=
1
λ
(
1
n
-
1
n+λ
),

检验得满足条件的λ=3,5,7,9,

即存在这样的“封闭数列”{bn},使得对任意n∈N*,都有Tn≠0,

1
12
1
T1
+
1
T2
+
1
T3
+…+
1
Tn
11
18
.,

所以实数λ的所有取值集合为{3,5,7,9}.

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