问题
解答题
已知(x+1)n=a0+a1(x-1)+a2(x-1)2+a3(x-1)3+…+an(x-1)n,(其中n∈N*)
(1)求a0及Sn=a1+2a2+3a3+…+nan;
(2)试比较Sn与n3的大小,并说明理由.
答案
(1)取x=1,可得 a0=2n. …(1分)
对等式两边求导,得n(x+1)n-1=a1+2a2(x-1)+3a3(x-1)2+…+nan(x-1)n-1,
取x=2,则Sn=a1+2a2+3a3+…+nan=n•3n-1. …(4分)
(2)要比较Sn与n3的大小,即比较:3n-1与n2的大小,
当n=1,2时,3n-1<n2; 当n=3时,3n-1=n2; 当n=4,5时,3n-1>n2. …(6分)
猜想:当n≥4时,3n-1>n2,下面用数学归纳法证明:
由上述过程可知,n=4时结论成立,
假设当n=k,(k≥4)时结论成立,即3k-1>k2,
当n=k+1时,3(k+1)-1=3•3k-1>3k2.
而3k2-(k+1)2=2k2-2k-1=2k(k-1)-1≥2×4×3-1=23>0,
∴3(k+1)-1>3•3k-1>3k2>(k+1)2,故当n=k+1时结论也成立,
∴当n≥4时,3n-1>n2成立. …(11分)
综上得,当n=1,2时,Sn<n2; 当n=3时,Sn=n2;当n≥4,n∈N*时,Sn>n2.…(12分)